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纸或纸浆白度的提高意味着纸浆外观质量及其档次的提高,造纸工业中都要对纸或纸浆的白度进行测试,从而精确控制漂白化学药剂的添加量,提高产品质量,降低生产成本。
现有的白度测量仪器仪表很多,但信号处理大多采用数字电路或单片机完成,且不具备与现场总线进行通信和控制的功能,目前含有可编程逻辑控制器(PLC)的集散式控制系统已广泛应用于造纸工业中,而白度作为造纸工业一个重要的物理量目前基本还停留在离线测量的阶段,顺应现场总线成为控制系统发展趋势这一现状,本文设计了一种采用PLC作数据采集及处理的、能与现场总线通信的白度测控系统。本研究成果对造纸过程白度控制精度的提高以及现场总线控制系统的推广和普及有一定积极意义。
本测控系统的传感器基于光度学和色度学,采用差动测量光路,用双光路进行补偿;以西门子公司的小型S7-200 PLC作为数据处理的核心及仪表的管理中心,同时通过它的通讯接口模块,能以PROFIBUS总线通讯方式与上位机实现通讯,从而实现与上层系统和现场仪表的信息交互。它具备了安全可靠、使用方便、性价比高、抗干扰能力强和现场控制等优点。论文的主要工作可总结如下。
首先,介绍了白度测量及控制的意义和现场总线的概念、特点、优点、发展趋势等,并详细介绍了开发过程中所使用的PROFIBUS-DP系统的主要特性及组成功能、PROFIBUS-DP协议结构和通信原理等。
其次,从硬件和软件设计两部分详细论述了该测控系统的设计与实现。在硬件方面,根据工艺要求的精度和实时性要求,选择合适的器件,并对白度传感器、CPU224、EM235、EM277、MAX7219等模块或芯片的特性和功能进行了分析说明。在软件方面,重点进行CPU224部分的软件开发与调试。软件设计是按照系统预定完成的功能,依据硬件电路的实现,以模块化编程方法完成初始化、扩展模块检查、模拟量采样滤波、白度计算以及显示驱动、PROFIBUS-DP总线通信等任务。将程序下载至CPU,对源程序和系统进行调试。最后,针对纸浆漂白过程,使用白度测控系统实现在纸浆漂白工段的控制,并详细介绍了漂白过程工艺、控制要点,所采用的模糊控制算法和实现流程等。