專利名稱：紙漿濃度自動控制儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，具體涉及一種紙漿濃度自動控制儀。
本發(fā)明所稱的紙漿濃度是指注入調(diào)漿池的細紙漿的濃度。
調(diào)節(jié)紙漿濃度在造紙工藝過程中是非常重要的環(huán)節(jié)，處理得優(yōu)劣直接影響成紙合格率。在造紙工業(yè)中，現(xiàn)采用由電子元件構(gòu)成的濃度調(diào)節(jié)儀，如武漢自動化儀表廠生產(chǎn)的紙漿濃度調(diào)節(jié)儀由刀式傳感器將紙漿的濃度轉(zhuǎn)換成電信號，電信號通過電子線路處理后，與幅度和選定紙漿濃度相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號比較，給出控制調(diào)節(jié)閥開度的信號，從而控制進入紙漿輸送管中的水量，達到調(diào)節(jié)紙漿濃度的目的。該調(diào)節(jié)儀的缺點是調(diào)整時間長，可靠性差，精度低，故障率極高。經(jīng)統(tǒng)計表明，使用率僅百分之二十左右。迄今，國外采用紙機抄造閉環(huán)控制系統(tǒng)，直接檢測成紙的厚薄來調(diào)節(jié)紙漿的濃度。該類系統(tǒng)十分復(fù)雜，而且對檢測成紙厚薄的探頭的技術(shù)要求很高，一般較難實現(xiàn)。
本發(fā)明目的是提供一種能快速調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定，不易出故障的在線測量紙漿濃度并實時自動調(diào)節(jié)紙漿濃度，還可以隨機或定時自動記錄或顯示紙漿濃度值和工作時間等參數(shù)的紙漿濃度自動控制儀。
蒸煮后的粗漿經(jīng)漂白等處理后形成細漿，并以工藝要求的流速注入調(diào)漿池?？刂萍垵{濃度的工作在這注入過程中完成。一般說來，漿液流速由管道內(nèi)壓力和管道內(nèi)徑?jīng)Q定。為了調(diào)節(jié)紙漿濃度，通常是在流漿管旁通一根具有同等壓力的注水管。按照造漿工藝要求(如麥草造漿)，將濃度為百分之三至百分之四的漿液注入調(diào)漿池，再與恒量水混合，這樣的成紙合格率最高。成紙允許的工藝調(diào)漿濃度范圍僅百分之二至百分之六。由于漿液受前序處理的影響，其濃度總是處在不穩(wěn)定狀態(tài)。
實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，是在流漿管內(nèi)設(shè)置浮刀并與位移傳感器相連接。位移傳感器的輸出端與將表示紙漿濃度的電流信號變換成電壓信號的電流/電壓轉(zhuǎn)換器相接，電流/電壓轉(zhuǎn)換器與將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器相接，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出接口與設(shè)有控制程序的CP-U輸入接口相接，CPU的輸出接口與將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸入接口相接，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出接口與設(shè)置在旁通注水管上的電動調(diào)節(jié)閥相接。CPU的輸出接口還與鍵盤，顯示器，打印機和報警系統(tǒng)等外圍設(shè)備相接。
當(dāng)漿液流速穩(wěn)定時，漿液濃度的大小會使浮刀產(chǎn)生位移，這個位移量使位移傳感器的電渦流發(fā)生變化，輸出電流信號。該電流信號經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換器后輸出相應(yīng)的電壓信號，電壓信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器后形成數(shù)字信號進入CPU。CPU對該信號進行處理后產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號，該調(diào)節(jié)信號經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器后輸出到設(shè)置在旁通注水管上的電動調(diào)節(jié)閥，控制該調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)度，調(diào)節(jié)注水量，從而達到自動調(diào)節(jié)漿液濃度的目的。CPU還可以通過輸出接口按用戶的要求顯示或打印出某一時刻的紙漿濃度和累計工作時間等參數(shù)。
本發(fā)明的優(yōu)點是采用了先進的微處理機技術(shù)，使紙漿濃度自動控制儀結(jié)構(gòu)簡化，提高了紙漿濃度在線測量和實時自動控制的精度，可以根據(jù)工藝要求靈活地給定紙漿濃度，大大縮短了調(diào)整時間，明顯地提高了經(jīng)濟效益。同時還可以根據(jù)用戶要求隨時或定時打印或顯示紙漿濃度值和累計工作時間等參數(shù)。該儀器可以在無人監(jiān)控的狀態(tài)下連續(xù)、穩(wěn)定地運行。使用該儀器可以在開機后兩分鐘內(nèi)使紙漿濃度穩(wěn)定地達到所需濃度。


圖1為紙漿濃度自動控制儀原理圖，圖2為控制程序邏輯流程圖，圖3為管理程序邏輯流程圖，圖4為微處理機作上位機和下位機的紙漿濃度自動控制儀原理圖，圖5為HX-20機主控程序邏輯流程圖，圖6為單片機控制程序邏輯流程圖。
實施例1該儀器(見圖1)主要由傳感器3，微處理機10和電動調(diào)節(jié)閥13組成。具體結(jié)構(gòu)為將浮刀2設(shè)置在流漿管1內(nèi)，使它與流漿管外面的位移傳感器3相接。位移傳感器3與將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的電流/電壓轉(zhuǎn)換器4相接，電流/電壓轉(zhuǎn)換器4與將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5相接，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5的輸出接口與設(shè)有控制程序的CPU6輸入接口相接，CPU6的輸出接口與將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器11的輸入接口相接，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器11的輸出接口與安置在旁通注水管12上的電動調(diào)節(jié)閥13相接。CPU6的輸出接口還與鍵盤8、顯示器7、打印機9和報警系統(tǒng)(警燈和警鈴)等外圍設(shè)備相接。
CPU中控制程序(見圖2)的邏輯流程為開機后CPU初始化，顯示并打印此刻年、月、日、時和分，漢字提示輸入班組號和設(shè)定濃度值H%，一般情況下H值取2至6之間。設(shè)定P、I、D參數(shù)值(P是比例常數(shù)，I是積分常數(shù)，D是微分常數(shù))。然后取工作開始時間，取濃度值8次(由濃度傳感器輸出，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入)，計算8次的平均值，判斷紙漿濃度是否為零，是則停止有效工時累計，將調(diào)節(jié)閥全關(guān)上，顯示濃度并執(zhí)行調(diào)節(jié)閥的開關(guān)度為零，然后再取濃度值8次，重復(fù)上述步驟。若濃度值不為零，則開始累計有效工時并根據(jù)PID算法計算調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)度。假設(shè)計算結(jié)果要求關(guān)閉調(diào)節(jié)閥，則判斷調(diào)節(jié)閥是否已全關(guān)上，是則報警，并保持調(diào)節(jié)閥全關(guān)狀態(tài)。此刻表示紙漿濃度太低，旁通注水管不通水都不能滿足紙漿濃度的要求。如果調(diào)節(jié)閥沒有全關(guān)上則顯示此刻濃度及執(zhí)行的開、關(guān)度，將調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)度送數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后發(fā)往調(diào)節(jié)閥執(zhí)行。假設(shè)計算結(jié)果要求開調(diào)節(jié)閥，則判斷調(diào)節(jié)閥是否已全打開，是則報警并保持開度最大值。此時表示紙漿濃度太高，旁通注水管開到最大都不能滿足紙漿濃度的要求。如果調(diào)節(jié)閥沒有全打開則將調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)度送到數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后發(fā)往調(diào)節(jié)閥執(zhí)行。根據(jù)用戶的要求還可以加入一些管理程序(見圖3)，如按給定的時間間隔顯示或打印出該時間和濃度值，打印出各班組的有效工作時間，修改班組號，修改給定濃度值H%，修改PID常數(shù)等等工作。
實施例2圖4表示本發(fā)明的另一實施例。本實施例中微處理機采用了另一種結(jié)構(gòu)。它由上位機18和下位機14及外圍電路組成。上位機18采用HX-20機。該機是一種外圍設(shè)備齊全，具有較高的編程能力，可運行高級語言程序，還具有較高的屏顯和打印設(shè)備的便攜式微機。用它作上位機不但可以滿足紙漿濃度控制的要求，而且還可以實現(xiàn)用戶要求的管理工作。下位機14選用8031單片機，再擴充一片2764作為程序存貯器15，和一片373作為地址鎖存器16。上位機18和下位機14之間的通訊接口17采用RS232。電流/電壓轉(zhuǎn)換器4與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5相接，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5的輸出接口與單片機14相接，以中斷工作方式采集模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)。單片機14的輸出接口與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器11的輸入接口相接，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器11的輸出接口與電動調(diào)節(jié)閥13相接。
系統(tǒng)軟件分為兩部分，分別置于8031單片機和HX-20機內(nèi)。單片機主要完成信號采集、數(shù)字轉(zhuǎn)換、與HX-20機的通訊管理/約定實現(xiàn)、送出調(diào)節(jié)信號和驅(qū)動電動閥等工作。HX-20機主要完成主控程序的執(zhí)行，用戶要求的信息屏顯和隨機打印與定時打印以及統(tǒng)計工作時間等管理工作。
HX-20機內(nèi)的主控程序流程(見圖5)為開機后HX-20機初始化，鍵入設(shè)定的濃度值H%，設(shè)定P、I、D值，取開始工作時間，按照采樣周期與8031單片機通訊，取濃度值H%，開始累計工作時間。根據(jù)PID算法計算調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)度，將計算結(jié)果送到8031單片機，累計工作時間是否有半小時，是則漢字打印班組號、時間和紙漿濃度，然后轉(zhuǎn)入下一步。如果不足半小時則判斷是否有中斷信號，有中斷信號則執(zhí)行鍵入指令，無中斷信號則返回與8031單片機通訊取濃度值，重復(fù)前述的步驟。
8031單片機內(nèi)的程序流程(見圖6)為開始，初始化，等待與HX-20機通訊，判斷HX-20機是否需要充電，需要充電則對HX-20機充電，不需要充電則置3秒定時，取濃度值，求8次濃度測定值的平均值并送HX-20機緩沖區(qū)，判斷濃度值是否在2%～6%內(nèi)，不在此范圍內(nèi)則報警，表示濃度太釋或太濃，在此范圍內(nèi)則等待HX-20機發(fā)來命令，有命令則將命令送到數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸入電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行，進行閥開度累計，判斷調(diào)節(jié)閥全部開啟或關(guān)閉時濃度仍不在2%～6%內(nèi)，是則報警，表示濃度太釋或太濃，不是則返回取濃度值的步驟。
實驗中，我們對紙漿中濃度(2%～6%)控制時，選取P＝2.5，I＝1，D＝1，采樣周期T＝1秒，調(diào)節(jié)時振蕩周期最短，調(diào)節(jié)漿料濃度誤差在±0.1%以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種紙漿濃度自動控制儀，包括放置在流漿管1內(nèi)的浮刀2，與浮刀相連接的位移傳感器3，電動調(diào)節(jié)閥13，本發(fā)明的特征是位移傳感器3的輸出端與將表示紙漿濃度的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的電流/電壓轉(zhuǎn)換器4相接，電流/電壓轉(zhuǎn)換器4與將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5相接，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5的輸出接口與微處理機中設(shè)有控制程序的CPU6輸入接口相接，CPU以一定的周期從模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5采取表示紙漿濃度的數(shù)字信號并經(jīng)過PID算法計算出調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)度，CPU6的輸出接口與將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器11的輸入接口相接，將CPU計算出的調(diào)節(jié)閥開、關(guān)度轉(zhuǎn)換成電壓信號，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器11的輸出接口與設(shè)置在旁通注水管12上的電動調(diào)節(jié)閥13相接，通過來自數(shù)/模轉(zhuǎn)換器11的調(diào)節(jié)閥開、關(guān)度信號驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥13，調(diào)節(jié)旁通注水管12的注水量。
2.如權(quán)利要求1所述的紙漿濃度自動控制儀，其特征是CPU6的輸出接口與鍵盤8，用于顯示或打印紙漿濃度和有效工作時間的顯示器7和打印機9相接。
3.如權(quán)利要求1所述的紙漿濃度自動控制儀，其特征是CPU6的輸出接口與用于表示紙漿濃度太釋或太濃的警燈和警鈴相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紙漿濃度自動控制儀。該儀由安置在流漿管上的濃度傳感器，微處理機和安置在旁通注水管上的電動調(diào)節(jié)閥組成。該儀結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)紙漿濃度在線測量和實時自動控制，可以根據(jù)工藝要求靈活地給定紙漿濃度并在2分鐘內(nèi)使紙漿濃度穩(wěn)定地達到所需的濃度值。
文檔編號D21F1/08GK1044505SQ90100279
公開日1990年8月8日 申請日期1990年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1990年1月22日
發(fā)明者李奇峰, 王葆敏, 陳秀敏, 楊勁 申請人:西南計算中心