专利名称：纸浆浓度自动控制仪的制作方法
技术领域：
本发明属于工业自动化控制领域，具体涉及一种纸浆浓度自动控制仪。
本发明所称的纸浆浓度是指注入调浆池的细纸浆的浓度。
调节纸浆浓度在造纸工艺过程中是非常重要的环节，处理得优劣直接影响成纸合格率。在造纸工业中，现采用由电子元件构成的浓度调节仪，如武汉自动化仪表厂生产的纸浆浓度调节仪由刀式传感器将纸浆的浓度转换成电信号，电信号通过电子线路处理后，与幅度和选定纸浆浓度相对应的标准信号比较，给出控制调节阀开度的信号，从而控制进入纸浆输送管中的水量，达到调节纸浆浓度的目的。该调节仪的缺点是调整时间长，可靠性差，精度低，故障率极高。经统计表明，使用率仅百分之二十左右。迄今，国外采用纸机抄造闭环控制系统，直接检测成纸的厚薄来调节纸浆的浓度。该类系统十分复杂，而且对检测成纸厚薄的探头的技术要求很高，一般较难实现。
本发明目的是提供一种能快速调整，结构简单、性能稳定，不易出故障的在线测量纸浆浓度并实时自动调节纸浆浓度，还可以随机或定时自动记录或显示纸浆浓度值和工作时间等参数的纸浆浓度自动控制仪。
蒸煮后的粗浆经漂白等处理后形成细浆，并以工艺要求的流速注入调浆池。控制纸浆浓度的工作在这注入过程中完成。一般说来，浆液流速由管道内压力和管道内径决定。为了调节纸浆浓度，通常是在流浆管旁通一根具有同等压力的注水管。按照造浆工艺要求(如麦草造浆)，将浓度为百分之三至百分之四的浆液注入调浆池，再与恒量水混合，这样的成纸合格率最高。成纸允许的工艺调浆浓度范围仅百分之二至百分之六。由于浆液受前序处理的影响，其浓度总是处在不稳定状态。
实现本发明的技术方案，是在流浆管内设置浮刀并与位移传感器相连接。位移传感器的输出端与将表示纸浆浓度的电流信号变换成电压信号的电流/电压转换器相接，电流/电压转换器与将电压信号转换成数字信号的模/数转换器相接，模/数转换器的输出接口与设有控制程序的CP-U输入接口相接，CPU的输出接口与将数字信号转换成电压信号的数/模转换器的输入接口相接，数/模转换器的输出接口与设置在旁通注水管上的电动调节阀相接。CPU的输出接口还与键盘，显示器，打印机和报警系统等外围设备相接。
当浆液流速稳定时，浆液浓度的大小会使浮刀产生位移，这个位移量使位移传感器的电涡流发生变化，输出电流信号。该电流信号经过电流/电压转换器后输出相应的电压信号，电压信号经过模/数转换器后形成数字信号进入CPU。CPU对该信号进行处理后产生调节信号，该调节信号经过数/模转换器后输出到设置在旁通注水管上的电动调节阀，控制该调节阀的开、关度，调节注水量，从而达到自动调节浆液浓度的目的。CPU还可以通过输出接口按用户的要求显示或打印出某一时刻的纸浆浓度和累计工作时间等参数。
本发明的优点是采用了先进的微处理机技术，使纸浆浓度自动控制仪结构简化，提高了纸浆浓度在线测量和实时自动控制的精度，可以根据工艺要求灵活地给定纸浆浓度，大大缩短了调整时间，明显地提高了经济效益。同时还可以根据用户要求随时或定时打印或显示纸浆浓度值和累计工作时间等参数。该仪器可以在无人监控的状态下连续、稳定地运行。使用该仪器可以在开机后两分钟内使纸浆浓度稳定地达到所需浓度。
图1为纸浆浓度自动控制仪原理图，图2为控制程序逻辑流程图，图3为管理程序逻辑流程图，图4为微处理机作上位机和下位机的纸浆浓度自动控制仪原理图，图5为HX-20机主控程序逻辑流程图，图6为单片机控制程序逻辑流程图。
实施例1该仪器(见图1)主要由传感器3，微处理机10和电动调节阀13组成。具体结构为将浮刀2设置在流浆管1内，使它与流浆管外面的位移传感器3相接。位移传感器3与将电流信号转换成电压信号的电流/电压转换器4相接，电流/电压转换器4与将电压信号转换成数字信号的模/数转换器5相接，模/数转换器5的输出接口与设有控制程序的CPU6输入接口相接，CPU6的输出接口与将数字信号转换成电压信号的数/模转换器11的输入接口相接，数/模转换器11的输出接口与安置在旁通注水管12上的电动调节阀13相接。CPU6的输出接口还与键盘8、显示器7、打印机9和报警系统(警灯和警铃)等外围设备相接。
CPU中控制程序(见图2)的逻辑流程为开机后CPU初始化，显示并打印此刻年、月、日、时和分，汉字提示输入班组号和设定浓度值H%，一般情况下H值取2至6之间。设定P、I、D参数值(P是比例常数，I是积分常数，D是微分常数)。然后取工作开始时间，取浓度值8次(由浓度传感器输出，经模/数转换器输入)，计算8次的平均值，判断纸浆浓度是否为零，是则停止有效工时累计，将调节阀全关上，显示浓度并执行调节阀的开关度为零，然后再取浓度值8次，重复上述步骤。若浓度值不为零，则开始累计有效工时并根据PID算法计算调节阀的开、关度。假设计算结果要求关闭调节阀，则判断调节阀是否已全关上，是则报警，并保持调节阀全关状态。此刻表示纸浆浓度太低，旁通注水管不通水都不能满足纸浆浓度的要求。如果调节阀没有全关上则显示此刻浓度及执行的开、关度，将调节阀的开、关度送数/模转换器转换后发往调节阀执行。假设计算结果要求开调节阀，则判断调节阀是否已全打开，是则报警并保持开度最大值。此时表示纸浆浓度太高，旁通注水管开到最大都不能满足纸浆浓度的要求。如果调节阀没有全打开则将调节阀的开、关度送到数/模转换器转换后发往调节阀执行。根据用户的要求还可以加入一些管理程序(见图3)，如按给定的时间间隔显示或打印出该时间和浓度值，打印出各班组的有效工作时间，修改班组号，修改给定浓度值H%，修改PID常数等等工作。
实施例2图4表示本发明的另一实施例。本实施例中微处理机采用了另一种结构。它由上位机18和下位机14及外围电路组成。上位机18采用HX-20机。该机是一种外围设备齐全，具有较高的编程能力，可运行高级语言程序，还具有较高的屏显和打印设备的便携式微机。用它作上位机不但可以满足纸浆浓度控制的要求，而且还可以实现用户要求的管理工作。下位机14选用8031单片机，再扩充一片2764作为程序存贮器15，和一片373作为地址锁存器16。上位机18和下位机14之间的通讯接口17采用RS232。电流/电压转换器4与模/数转换器5相接，模/数转换器5的输出接口与单片机14相接，以中断工作方式采集模/数转换器的数据。单片机14的输出接口与数/模转换器11的输入接口相接，数/模转换器11的输出接口与电动调节阀13相接。
系统软件分为两部分，分别置于8031单片机和HX-20机内。单片机主要完成信号采集、数字转换、与HX-20机的通讯管理/约定实现、送出调节信号和驱动电动阀等工作。HX-20机主要完成主控程序的执行，用户要求的信息屏显和随机打印与定时打印以及统计工作时间等管理工作。
HX-20机内的主控程序流程(见图5)为开机后HX-20机初始化，键入设定的浓度值H%，设定P、I、D值，取开始工作时间，按照采样周期与8031单片机通讯，取浓度值H%，开始累计工作时间。根据PID算法计算调节阀的开、关度，将计算结果送到8031单片机，累计工作时间是否有半小时，是则汉字打印班组号、时间和纸浆浓度，然后转入下一步。如果不足半小时则判断是否有中断信号，有中断信号则执行键入指令，无中断信号则返回与8031单片机通讯取浓度值，重复前述的步骤。
8031单片机内的程序流程(见图6)为开始，初始化，等待与HX-20机通讯，判断HX-20机是否需要充电，需要充电则对HX-20机充电，不需要充电则置3秒定时，取浓度值，求8次浓度测定值的平均值并送HX-20机缓冲区，判断浓度值是否在2%～6%内，不在此范围内则报警，表示浓度太释或太浓，在此范围内则等待HX-20机发来命令，有命令则将命令送到数/模转换器转换后输入电动调节阀执行，进行阀开度累计，判断调节阀全部开启或关闭时浓度仍不在2%～6%内，是则报警，表示浓度太释或太浓，不是则返回取浓度值的步骤。
实验中，我们对纸浆中浓度(2%～6%)控制时，选取P＝2.5，I＝1，D＝1，采样周期T＝1秒，调节时振荡周期最短，调节浆料浓度误差在±0.1%以内。
权利要求
1.一种纸浆浓度自动控制仪，包括放置在流浆管1内的浮刀2，与浮刀相连接的位移传感器3，电动调节阀13，本发明的特征是位移传感器3的输出端与将表示纸浆浓度的电流信号转换成电压信号的电流/电压转换器4相接，电流/电压转换器4与将电压信号转换成数字信号的模/数转换器5相接，模/数转换器5的输出接口与微处理机中设有控制程序的CPU6输入接口相接，CPU以一定的周期从模/数转换器5采取表示纸浆浓度的数字信号并经过PID算法计算出调节阀的开、关度，CPU6的输出接口与将数字信号转换成电压信号的数/模转换器11的输入接口相接，将CPU计算出的调节阀开、关度转换成电压信号，数/模转换器11的输出接口与设置在旁通注水管12上的电动调节阀13相接，通过来自数/模转换器11的调节阀开、关度信号驱动电动调节阀13，调节旁通注水管12的注水量。
2.如权利要求1所述的纸浆浓度自动控制仪，其特征是CPU6的输出接口与键盘8，用于显示或打印纸浆浓度和有效工作时间的显示器7和打印机9相接。
3.如权利要求1所述的纸浆浓度自动控制仪，其特征是CPU6的输出接口与用于表示纸浆浓度太释或太浓的警灯和警铃相连。
全文摘要
本发明公开了一种纸浆浓度自动控制仪。该仪由安置在流浆管上的浓度传感器，微处理机和安置在旁通注水管上的电动调节阀组成。该仪结构简单，能够实现纸浆浓度在线测量和实时自动控制，可以根据工艺要求灵活地给定纸浆浓度并在2分钟内使纸浆浓度稳定地达到所需的浓度值。
文档编号D21F1/08GK1044505SQ90100279
公开日1990年8月8日 申请日期1990年1月22日 优先权日1990年1月22日
发明者李奇峰, 王葆敏, 陈秀敏, 杨劲 申请人:西南计算中心