【正文】 于某種緊急狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)能發(fā)出提醒人們警覺(jué)的報(bào)警信號(hào)或提示信號(hào)，常見(jiàn)的報(bào)警信號(hào)可分為閃光報(bào)警、鳴音報(bào)警和音樂(lè)報(bào)警。他直觀、靈活、不但可以顯示數(shù)字，而且可以顯示畫(huà)面及報(bào)表，如生產(chǎn)流程圖、報(bào)警畫(huà)面、動(dòng)態(tài)趨勢(shì)圖、條形圖，以及狀態(tài)和回路查詢畫(huà)圖等 [23][24][25]。而 LCD 則以其功耗極低的特點(diǎn)，占據(jù)了從電子表到計(jì)算器，從袖珍儀表到便攜式微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等應(yīng)用場(chǎng)合，為人矚 目。但它的價(jià)錢較貴，且為模擬信號(hào)表示，讀數(shù)不方便，有一定的誤差，所以它只能用于企業(yè)的技術(shù)改造，在新設(shè)計(jì)的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不宜采用。 常用的顯示器 件有： ① 顯示和記錄儀表，② CRT 顯示終端，③ LED 或 LCD 顯示器，④大屏幕顯示器。 本系統(tǒng) 中用到的鍵盤數(shù)目較少，只有幾個(gè)功能鍵，因此采用 獨(dú)立式按鍵即可。行列式鍵盤有 3 3 的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成 1個(gè)具有 9個(gè)按鍵的鍵盤。 行列式 （也稱矩陣式） 鍵盤適用于按 鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行列線分別連在按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。 12 獨(dú)立式鍵盤就是各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個(gè)按鍵被按下。 2． 3． 1 鍵盤的選擇 鍵盤是若干按鍵的集合，是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。這些輸入 /輸出設(shè)備主要有鍵盤、顯示器和打印機(jī)等。設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大輸 入值為 Umax ,最小輸入值為 Umin，靈敏度為λ，可得 D/A 轉(zhuǎn)換器字長(zhǎng) [14]： log )(2 m inm ax? ?n UU ? 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的電動(dòng)執(zhí)行器的控制信號(hào)是 0~10mA 控制電流 ,其啟動(dòng)電流 (即控制死區(qū) )通常是 150μ : 7lo glo g 672)150 001(2 ????n AmAmA ? 根據(jù)本系統(tǒng)的要求，選擇 DAC0832 作為電路的 D/A 轉(zhuǎn)換器。對(duì)于 內(nèi)部帶有鎖存器的 D/A轉(zhuǎn)換器 ， 可與 單片機(jī) 直接相接。 （ 2） D/A 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部是否有 鎖存器 由于 D/A轉(zhuǎn)換是需要一定時(shí)間的，在這段時(shí)間內(nèi) D/A 轉(zhuǎn)換器輸入端的數(shù)字量應(yīng)保持穩(wěn)定，為此應(yīng)當(dāng)在 D/A 轉(zhuǎn)換器數(shù)字量輸入端的前面設(shè)置鎖存器 。另一種是電流輸出形式，即輸出電流 。 在選擇 D/A 轉(zhuǎn)換器時(shí)， 通常從下面幾個(gè)方面考慮。 二、 D/A 轉(zhuǎn)換器的確定 11 D/A 轉(zhuǎn)換器的 種類很多，按輸入數(shù)字量位數(shù)來(lái)分， D/A 轉(zhuǎn)換器有 8 位、 10 位、12 位和 16 位等。液動(dòng)執(zhí)行器的特點(diǎn)是推力最大，但目前使用不多。其中，氣動(dòng)執(zhí)行器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠、價(jià)格便宜、維護(hù)方便、防火防爆等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)控制中獲得最普遍的應(yīng)用。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)部分，它按照調(diào)節(jié)器所給信號(hào)的大小，產(chǎn)生推力或位移；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，最常見(jiàn)的是調(diào)節(jié)閥，它受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作，改變閥心與閥座間的流通面積，調(diào)節(jié)工藝介質(zhì)的流量 [19]。執(zhí)行器在系統(tǒng)中的作用是根據(jù)調(diào)節(jié)器的命令，直接控制能量或物料等被調(diào)介質(zhì)的輸送量，達(dá)到調(diào)節(jié)溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)的目的。 2． 2． 2 模擬量輸出通道的確定 模擬輸出通道 主要 包括 D/A 轉(zhuǎn)換器和執(zhí)行器。本系統(tǒng)采用 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器。近年來(lái)，隨著微型計(jì)算機(jī)的大量使用，出現(xiàn)了許多物美價(jià)廉的串行 A/D 轉(zhuǎn)換器，如 MAX195 等。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，又生產(chǎn)出多功能 A/D 轉(zhuǎn)換芯片， AD363 就是它的一種典型芯片。位數(shù)越高，其分辨率也越高， 但價(jià)格也越貴。能夠完成這一任務(wù)的器件叫做 A/D 轉(zhuǎn)換器。 為了降低成本，本系統(tǒng)采用第二種方案，即三路通道公用一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器。這種電路工作時(shí)，是由計(jì)算機(jī)通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)，分時(shí)地把一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器的輸出送至各個(gè)采樣保持 10 器，對(duì)模擬電壓進(jìn)行保持。但是，如果模擬量輸入 通道較多，就會(huì)使系統(tǒng)造價(jià)增加很多，尤其 是 采用高精度的 A/D 轉(zhuǎn)換器 。 （ 1） 每個(gè)通道設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的A/D 轉(zhuǎn)換器。 圖 22 定量測(cè)量原理圖 二、 模擬量通道數(shù)及通道形式的確定 本系統(tǒng)中需要對(duì)三點(diǎn)的紙張厚度進(jìn)行檢測(cè)，因此有三路模擬信號(hào)輸入。本 系統(tǒng) 采 用 β射線測(cè)厚儀測(cè)量紙張定量 。 本 系統(tǒng)中紙張定量是主要的檢測(cè)量， 主要是檢測(cè)紙張的 厚度。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦兄苯痈惺鼙粶y(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髂軐⒚舾性妮敵鲛D(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。 9 2． 2． 1 模擬量輸入通道方案的確定 輸入通道 主要 包括傳感器和 A/D 轉(zhuǎn)換器。 2． 2 輸入輸出通道方案的確定 被控過(guò)程的各種信息由傳感器檢測(cè)后，通過(guò)過(guò)程控制通道送到微型計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理后發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，這些控制信號(hào)又通過(guò)過(guò)程通道輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu) ，從而控制生產(chǎn)過(guò)程按要求的目標(biāo)有條不紊的運(yùn)行。它主要包括三個(gè)基本型 803 805 8751。 MCS 是 Intel 公司生產(chǎn)的單片機(jī)系列，它包括 Intel 公司的MCS4 MCS5 MCS96 系列單片機(jī)。 （ 6）容易實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化：通過(guò)與上位計(jì)算機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)信息處理、生產(chǎn)管理、整體優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和控制管理一體化，提高自動(dòng)化程度。 （ 4）單片機(jī)控制系統(tǒng)的可重復(fù)性強(qiáng)：?jiǎn)纹瑱C(jī) 由數(shù)字集成電路組成，受溫度、振動(dòng)等環(huán)境條件的變化影響不大，因此通常不須要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，同類產(chǎn)品互換性強(qiáng)。單片機(jī)不存在模擬調(diào)節(jié)器零點(diǎn)漂移問(wèn)題，比較容易解決非線性特性以及各種噪聲干擾，通過(guò)重復(fù)測(cè)量可以有效的提高測(cè)量精度。 （ 2）單片機(jī)控制系統(tǒng)精度高，量程大：模擬調(diào)節(jié)器的精度通常為 %左右，而數(shù)字計(jì)算機(jī)的精度可通過(guò)擴(kuò)展字節(jié)不斷提高。單片機(jī)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)相比具有很多優(yōu)點(diǎn) [15]： （ 1）單片機(jī)控制系統(tǒng)的算 法靈活，控制功能強(qiáng)：不改變硬件即可改變控制算法及控制方式，從而提高系統(tǒng)的性能。它是工業(yè)控制和智能化系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種模式。 由于 PLC 是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固，體積小巧，易于裝入 機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備，但價(jià)格相對(duì)比較貴。如今的 PLC 幾乎無(wú)一例外地采用微處理器作為主控制器，又采用大規(guī)模集成電路作為存儲(chǔ)器及 I/O 接口，因而使其可靠性、功能、價(jià)格、體積都達(dá)到了比較成熟和完美的境地，并以其卓越的技術(shù)指標(biāo)和優(yōu)異的抗干擾能力得到了廣泛的應(yīng)用，受到工業(yè)界的矚目。 可編程控制邏輯器（ Programmable Logical Controller），簡(jiǎn)稱 PLC，是早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微型計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合。 它具有：（ 1）小板結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)；（ 2）標(biāo)準(zhǔn)化及兼容性；（ 3）面向 I/O 口設(shè)計(jì)；（ 4）高可靠性等特點(diǎn)。根據(jù)被控對(duì)象的規(guī)模主要在工業(yè)控制中使用的計(jì)算機(jī)可以有：STD 工控機(jī)、 PLC 和單片機(jī)系統(tǒng)等。 2． 1． 2 微控制器方案的確定 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，促進(jìn)了工業(yè)控制的進(jìn)步。另外，計(jì)算機(jī)計(jì)算能力強(qiáng)，可以有效地實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，用來(lái)改善控制質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益 [21]。在常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)中，控制器一經(jīng)選定，其控制方法也就確定了，要改變控制方法就必須改變硬件，這就往往難度較大。 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的（ DDC）是閉環(huán)系統(tǒng)，是微機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最普遍的一種應(yīng)用。 在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出不直接作用于生產(chǎn)對(duì)象，屬于開(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)。 閉環(huán) 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 21 所示： 控制器 檢測(cè)裝置 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對(duì)象 7 圖 21 控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 2． 1． 1 控制系統(tǒng)類型的確定 隨著計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛， 控制系統(tǒng)中的控制器也越來(lái)越多的采用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。閉環(huán)控制能對(duì)輸入量和輸出量進(jìn)行比較 ，并且將他們的偏差作為控制手段，以保持兩者之間的預(yù)定關(guān)系。 一般的紙張絕干定量占定量的 95%左右，含 水約為 5%，因此如果把絕干定量控制的很穩(wěn)定，波動(dòng)很小，那么定量的波動(dòng)也就可以大大減小了，因此可以直接利用單變量的 控制 方法來(lái)對(duì)絕干定量加以控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)定量的控制要求。從絕干定量的定義可知，它與紙的含水量無(wú)關(guān)，也不受烘缸中蒸汽壓力的影響，因此實(shí)現(xiàn)了解耦，它只是由濃漿流量來(lái)決定。 5克 /平方米 。因此，控制的首要任務(wù)是使定量和水份保持在設(shè)定值上。定量反映了紙張的厚度。目前該公司開(kāi)發(fā)成功了 SYQCS3000 增強(qiáng)型定量水分控制系統(tǒng)、 SYGCS－ 3000 熱泵供汽控制系統(tǒng)、SYNCS3000 紙漿濃度控制系統(tǒng)、 SYHCS3000 上網(wǎng)流送過(guò)程控制系統(tǒng)、 SYDCS3000 制漿造紙過(guò)程集散控制系統(tǒng)、 SYWIS3000 在線紙病檢測(cè)系統(tǒng)、 SYNET3000 制漿造紙企業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)等面向制漿造紙行業(yè)自動(dòng)化系列產(chǎn)品。 1984 年 7 月，國(guó)內(nèi)第一套紙機(jī)定量、水分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在浙江嘉興民豐造紙廠的 1 號(hào)紙機(jī)上運(yùn)行成功，取得了重大得經(jīng)濟(jì)效益，打破了外國(guó)壟斷造紙機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的局面。雖然當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)已有廠家引進(jìn)了幾套國(guó)外成套的紙機(jī)定量、水分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，但 國(guó)外廠商的技術(shù)保密使得國(guó)內(nèi)的研究工作幾乎是白手起家。對(duì)于大規(guī)模提高我國(guó)造紙工業(yè)自動(dòng)化水平極為不利。使用進(jìn)口設(shè)備的弊端是國(guó)外公司的技術(shù)保密，引進(jìn)后只能使用，而對(duì)其內(nèi)部硬、軟件原理都不能了解。引進(jìn)的控制系統(tǒng)多用于生產(chǎn)牛皮紙、新聞紙的大型 高速紙機(jī)上，產(chǎn)量高，效益顯著。 1978 年，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)了幾套定量水分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，用于大型紙機(jī)的控制， 取得了經(jīng)驗(yàn)。 我國(guó)造紙企業(yè)中， 1978 年之前還沒(méi)有一套造紙機(jī)定量、水分計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) [12]。 縱觀國(guó)內(nèi)外自控技術(shù)的發(fā)展情況，我國(guó)自動(dòng)控制技術(shù)的研究和應(yīng)用水平還很欠缺，造紙過(guò)程控制更是如此。 1998 年全國(guó)造紙企業(yè)年產(chǎn)量在 10 萬(wàn)噸以上的只有 32 家 ,急需用規(guī)模化和現(xiàn)代化技術(shù)取代舊模式。它們的成套技術(shù)和實(shí)施技術(shù)也是最高水平的，模型和控制算法比較簡(jiǎn)單。美國(guó)于 1960 年最早實(shí)現(xiàn)了造紙過(guò)程計(jì)算機(jī)控制 [2][3]。國(guó)外對(duì)回收過(guò)程的動(dòng)態(tài)建模和控制方面的研究始于五六十年代，但至今建立的各種模型大多是過(guò)阻尼類的線性模型，很難解釋多效蒸發(fā)系統(tǒng)的欠阻尼振蕩現(xiàn)象，而控制策略大多是 PID 反饋加前饋的傳統(tǒng) 控制方法，現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用還不成熟。 1974 年瑞典 Modocell AB 和 ASEALME AutomationAB 公司 ,研制出具有蒸鍋內(nèi)堿液濃度在線分析的間歇蒸煮計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) [1]。國(guó)外對(duì)制漿過(guò)程計(jì)算機(jī)控制的研究始于上世紀(jì)六十年代末，在此期間，研究者建立了各種能適用于計(jì)算機(jī)控制的數(shù)學(xué)模型。按產(chǎn)量排序，我國(guó)目前可以稱為紙業(yè)大國(guó)，但我國(guó)決不是紙業(yè)強(qiáng)國(guó) [11][13]。建國(guó)以來(lái)，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)造紙工業(yè)得到了快速發(fā)展。 1995 年，全球造紙工業(yè)的總銷售額為 2600 億美元，總資產(chǎn)為 4000 億美元。 隨著文化和信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，造紙業(yè)在全世界產(chǎn)業(yè)中的地位已經(jīng)變得越來(lái)越重要，被列為國(guó)民經(jīng)濟(jì)十大支柱制造產(chǎn)業(yè)之一。約 200 年前，機(jī)制紙技術(shù)首先在歐洲出現(xiàn)，后逐漸傳播到世界各地。 1． 3 造紙過(guò)程國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 造紙起源于我國(guó)，是我國(guó)古代的四大發(fā)明之一。烘缸內(nèi)充有蒸汽，蒸汽流量控制著烘干的程度，即紙張水份的含量。紙漿在網(wǎng)上被脫水，然后在烘干缸段被擠壓，烘干和壓光。它的多少直接影響紙張的厚度 ，即紙張的定量。流漿箱里的液位和壓力都要求保持恒定，以保證稀紙漿以恒定的速度由流漿箱均勻地噴到銅網(wǎng)上。 圖 1－ 1紙張生產(chǎn)過(guò)程系統(tǒng)示意圖 經(jīng)過(guò)打漿處理的濃紙漿（濃度約為 3%），用回水池中的水稀釋到 %左右，通過(guò)除砂與過(guò)濾處理后送入稀漿池中。如圖 11 所示：典型長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)可以看作由多臺(tái)設(shè)備組成的聯(lián)動(dòng)機(jī)，通常分為濕部和干部?jī)刹糠?。長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)與其他三種的不同之處，主要是網(wǎng)部由網(wǎng)籠和網(wǎng)槽組成。 1． 2 紙機(jī)的工藝過(guò)程 紙機(jī)按結(jié)構(gòu)（主要是網(wǎng)部結(jié)構(gòu)） 不同，有長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)，圓網(wǎng)紙機(jī)，夾網(wǎng)紙機(jī)和復(fù)合紙機(jī)幾種類型。但是在生產(chǎn)過(guò)程中，由于種種干擾因素的影響，定量和水 份的波動(dòng)總是存在的，它們都是圍繞各自平均值上下波動(dòng)的隨機(jī)變量。水分控制與定量控制類似。 5 克 /米 ，若實(shí)現(xiàn)下偏差卡邊控制后，使定量穩(wěn)定在 96 克 /米 ，生產(chǎn)同樣長(zhǎng)度的紙，可節(jié)約紙漿 4％。定量控制的效益來(lái)自定量偏差的 減小。水份就是紙中的含水率，起值過(guò)高，將導(dǎo)致紙頁(yè)容易撕裂，過(guò)低有會(huì)導(dǎo)致紙張發(fā)脆，撕裂度差。 在紙張生產(chǎn)中，表示紙張的質(zhì)量有一系列指標(biāo)，如定量，水份，灰份，平滑度，光潔度等，其中最重要的是定量和水份。整個(gè)制漿造紙生產(chǎn)過(guò)程變得越來(lái)越復(fù)雜，人工操作難以保證達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)造紙過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制迫在眉睫。我國(guó)造紙工業(yè)技術(shù)落后，自動(dòng)化程度很低，絕大部分生產(chǎn)流程還是人工操作，限制了我國(guó)造紙工業(yè)的發(fā)展。隨著人們生活水平的提高，紙和紙板所需的品種和數(shù)量日益增長(zhǎng)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有越來(lái)越重要的地位。造紙機(jī)是生產(chǎn)紙張的主要工具 ,造紙機(jī)生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行的好壞對(duì)紙張的產(chǎn)量，質(zhì)量以及原料的消耗關(guān)系很大。 1 目 錄