CN104020800A - 一种染色在线反馈控制***及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种染色在线反馈控制***，包括：用于检测反应釜内工作温度的温度传感器，用于根据工作温度、盐浓度和浴比测算上染率的多因素上染率模型，用于根据实时得到的上染率与设定的上染率比较得到误差和误差变化量，并根据误差和误差变化量得到温度变化值的在线监督控制器；以及，用于根据温度变化值与当前工作温度比较得到温度调节值，并根据温度调节值控制反应釜的加热***工作的温度调节控制器。以及提供了一种染色在线反馈控制方法。本发明实时在线反馈控制、控制精度较高、工作效率较高。
Description
技术领域
本发明属于印染行业的自动控制领域，涉及一种染色在线反馈控制***及其方法。
背景技术
目前，作为我国传统行业的纺织印染行业得到迅猛发展，其产量虽然逐年增加，但效益却不尽人意。其根本原因在于印染行业的快速发展伴随着高能耗、高污染排放和高耗水。因此有必要将自动化技术和现代电子技术等高技术应用于印染行业，并积极研究印染行业新技术和新工艺，改变传统印染行业的增长模式，达到降低能耗和减少污染物排放的目的，提高企业的盈利能力以及盈利水平，使经济增长的质量和效益得以提高。
发明内容
为了克服已有印染设备无法在线反馈控制、控制精度较低、工作效率较低的不足,本发明提供了一种实时在线反馈控制、控制精度较高、工作效率较高的染色在线反馈控制***及其方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种染色在线反馈控制***，所述控制***包括：
用于检测反应釜内工作温度的温度传感器，
用于根据工作温度、盐浓度和浴比测算上染率的多因素上染率模型，
用于根据实时得到的上染率与设定的上染率比较得到误差和误差变化量，并根据误差和误差变化量得到温度变化值的在线监督控制器；
以及，用于根据温度变化值与当前工作温度比较得到温度调节值，并根据温度调节值控制反应釜的加热***工作的温度调节控制器；
所述温度传感器位于反应釜内，与多因素上染率模型的数据输入端连接，所述多因素上染率模型的输出端与监督控制器的输出端连接，所述温度传感器、监督控制器的输出端分别与所述温度调节器的输入端连接，所述温度调节器的输出端与反应釜的加热***的控制端连接。
进一步，所述温度传感器包括K型热电偶和温度采集模块，所述K型热电偶一端与温度采集模块相连，另一端***在反应釜的中部温度采集口。
进一步，所述多因素上染率模型为基于多因素的BP神经网络模型。
更进一步，所述控制***还包括：用于根据间歇式染色过程中温度、盐浓度和浴比等影响因素对上染率的影响程度大小，为控制***选择温度作为主控对象的离线监督控制器。
所述的离线监督控制器采用田口方法。
再进一步，所述在线监督控制器中，误差和误差变化量通过模糊控制方法得到温度变化值。
一种染色在线反馈控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
1)采集反应釜的实时温度，由染色工艺要求确定盐浓度和浴比，经多因素上染率模型得出实时上染率；
2)在线监督控制器将实时上染率和设定上染率之间的误差和误差变化率作为输入，进行模糊运算建立查询表，查询得出的模糊量经反模糊化即可得出需要调节的温度变化值；该温度变化值和实时温度值比较得到温度调节值，该温度调节值作为温度调节控制器的输入；
3)温度调节控制器中，根据温度调节值控制反应釜的加热***的通断电时间，控制反应过程的温度按照指定的斜率到指定温度值，实现对染色过程上染率的精确控制。
进一步，所述控制方法包括以下步骤：所述控制方法还包括：4)如实时温度超过预设安全值，进行报警。
进一步，所述多因素上染率模型为基于多因素的BP神经网络模型。
更进一步，所述的离线监督控制器采用田口方法，根据间歇式染色过程中温度、盐浓度和浴比等影响因素对上染率的影响程度大小，为控制***选择温度作为主控对象。
再进一步，所述步骤2)中，所述在线监督控制器中，误差和误差变化量通过模糊控制方法得到温度变化值。
本发明的有益效果主要表现在：通过在线监督控制器对染液状态进行实时在线检测和预测，温度调节控制器利用先进的鲁棒控制算法来决定恰当的控制行为，使染色效果最大程度地接近目标效果，实现在线反馈控制，从而稳定了染色产品的质量，染色一次成功率得到提高。对于染整行业更为重要的意义在于染色过程的在线反馈控制是根据染液状态来改变染色工艺，达到缩短染色时间、降低能耗和废水排放。
本发明的染色在线反馈控制***及其方法，可实现在中等规模染缸生产线上进行染色生产，能够运用“软测量”的方法实现在线检测出染料的上染率，再利用监督控制器、温度调节控制器控制温度，实现染缸实时上染率跟踪设定的上染率曲线，以利于改善织物染色的匀染效果。整套***结构简单、操作方便、“软测量”精度高、工作效率高等特点。
附图说明
图1是染色机的示意图，其中，1—调节阀，2—PT100热电偶，3—液位计，4—电机，5—加热棒，6—加油管，7—计量罐(染料)，8—计量罐(助剂)，9—循环管，10—筛板，11—计量罐(ph液)，12—出料阀，13—减速机。
图2是控制***的框图。
图3是控制***的原理图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种染色在线反馈控制***，所述控制***包括：
用于检测反应釜内工作温度的温度传感器，
用于根据工作温度、盐浓度和浴比测算上染率的多因素上染率模型，
用于根据实时得到的上染率与设定的上染率比较得到误差和误差变化量，并根据误差和误差变化量得到温度变化值的在线监督控制器；
以及，用于根据温度变化值与当前工作温度比较得到温度调节值，并根据温度调节值控制反应釜的加热***工作的温度调节控制器；
所述温度传感器位于反应釜内，与多因素上染率模型的数据输入端连接，所述多因素上染率模型的输出端与监督控制器的输出端连接，所述温度传感器、监督控制器的输出端分别与所述温度调节器的输入端连接，所述温度调节器的输出端与反应釜的加热***的控制端连接。
进一步，所述温度传感器包括K型热电偶和温度采集模块，所述K型热电偶一端与温度采集模块相连，另一端***在反应釜的中部温度采集口。
进一步，所述多因素上染率模型为基于多因素的BP神经网络模型。
更进一步，所述控制***还包括：用于根据间歇式染色过程中温度、盐浓度和浴比等影响因素对上染率的影响程度大小，为控制***选择温度作为主控对象的离线监督控制器。
所述的离线监督控制器采用田口方法。
再进一步，所述在线监督控制器中，误差和误差变化量通过模糊控制方法得到温度变化值。
本实施例中，反应釜结构包括减速机和搅拌叶片；电气控制柜实现对整个控制***的启动和急停等功能，包括固态继电器，中间继电器，接触器，热继电器；PLC控制***包括ADAM5510型PLC、K型热电偶、多因素上染率模型、监督控制器、温度调节控制器。
所述的反应釜，采用内外两层机械结构，具有三根加热棒。
所述的K型热电偶与温度采集模块相连。
所述的中间继电器、固态继电器与数字输出量模块相连。
所述的多因素上染率模型，基于单因素上染率灰色模型，不进行累减操作，结合神经网络建立多因素上染率模型，用于计算实时上染率，精度高。
所述的监督控制器，按状态可分在线监督控制器和离线监督控制器。
所述的温度调节控制器，利用算法的强鲁棒性控制实验平台加热棒的加热时间，达到对温度进行精准控制的目的，有效解决温度变化的时滞缺点。
一种染色在线反馈控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
1)采集反应釜的实时温度，由染色工艺要求确定盐浓度和浴比，经多因素上染率模型得出实时上染率；
2)在线监督控制器将实时上染率和设定上染率之间的误差和误差变化率作为输入，进行模糊运算建立查询表，查询得出的模糊量经反模糊化即可得出需要调节的温度变化值；该温度变化值和实时温度值比较得到温度调节值，该温度调节值作为温度调节控制器的输入；
3)温度调节控制器中，根据温度调节值控制反应釜的加热***的通断电时间，控制反应过程的温度按照指定的斜率到指定温度值，实现对染色过程上染率的精确控制。
进一步，所述控制方法包括以下步骤：所述控制方法还包括：4)如实时温度超过预设安全值，进行报警。
进一步，所述多因素上染率模型为基于多因素的BP神经网络模型。
更进一步，所述的离线监督控制器采用田口方法：根据间歇式染色过程中温度、盐浓度和浴比等影响因素对上染率的影响程度大小，为控制***选择温度作为主控对象。
再进一步，所述步骤2)中，所述在线监督控制器中，误差和误差变化量通过模糊控制方法得到温度变化值。
本实施例中，在线检测染料的实时上染率，反馈至控制***的输入端，实现染料上染率精确控制的方法，包括如下步骤：
1)离线监督控制器采用田口方法为控制***选择合适的控制参数，得出温度是间歇式染色过程中对上染率的影响程度最大的因素，将温度作为控制***主控对象；
2)采集染缸的实时温度，经多因素上染率模型得出相应的上染率；
3)在线监督控制器将软测量模型“采集”的实时上染率和设定上染率之间的误差和误差变化率作为输入，以专家控制经验进行模糊运算，建立查询表，查询得出的模糊量经反模糊化即可得出需要调节的温度值，作为温度调节控制器的输入；
4)温度调节控制器输出实验平台加热棒的通断电时间，控制反应过程的温度按照指定的斜率(由染整行业的学者提供)上升(或下降)到指定温度值(当前温度和所需要调节温度值之和)，实现对染色过程上染率的精确控制；
5)控制过程2)-4)步循环直到保温阶段结束，如温度超限，PLC进行报警。
如图2所示，在线反馈控制***包括PLC控制***和反应釜染色装置。本***采用PLC控制、PC监控的工作方式。操作人员无需很强的理论知识，只需要按照规定的动作操作即可完成整个染色流程。
所述田口方法的实施过程如下：
1)选定品质特性：选择染料上染率作为品质特性。
2)判定品质特性的机能：望大型品质特性，工程师都希望上染率越高越好，所以上染率要尽可能大。
3)列出所有影响上染率的因子：
温度、盐度、pH值、浴比、保温时间、固色时间、配制染液的水质、布料的大小、布料形态(精梳或普梳)和机子转速。
4)定出控制因子的水准
5)定出干扰因子的水准
6)建立适当的直交表，制定完整的试验计划，执行实验并记录、分析实验数据。
7)分析实验得出温度、盐度和浴比这三个参数对上染率影响最大的参数。
在启动本装置之前，需要认真检查电气控制柜中的连接线路是否正常，PC机和PLC之间的交叉线是否连接正常，确保管道接口处不存在漏液情况，测温管内的液压油量是否满足要求，***的工作过程如下：
(1)在反应釜的加油口注入液压油(60L)，测温管中也注入液压油(3/5管)。并将K型热电偶***测温管内。注意管内的油量不能太多，否则加温后会溢出。
(2)取下反应釜上的电机4，减速机13，上盖，上筛板，配制好染液(按照给定的盐度、浴比配制)，将布料叠在两层筛板之间，固定住上筛板，装上电机和减速机。
(3)检查接线是否正确且确保反应釜放空孔畅通。
(4)按下电气控制柜面板上的启动按钮，先合上电气控制柜中的断路器，整个控制***开始工作。
(5)染色过程中，温度采集模块负责采集K型热电偶的温度数据，数据经上染率模型计算得出实时上染率并与***上染率设定值比较得出误差及误差变化率，以此作为在线监督控制器的输入；在线监督控制器响应输入，输出需要调整的温度值，并将其作为温度调节控制器的输入；温度调节控制器对此做出响应，通过调整加热棒通断电时间，控制反应过程的温度按照指定的斜率(由染整行业的学者提供)上升(或下降)到指定温度值，实现对染色过程上染率进行精确控制。综上所述，温度数据采集、处理等均有相关控制程序完成，无需操作人员的过多手动操作，操作人员只需要随时注意温度不能超限(超限会有报警灯闪烁)，一旦超限需要按下急停按钮。
(6)当PC机界面上显示染缸温度大于等于90oC时，按下停止按钮。
(7)按照步骤2相似的步骤取下布料并放出染液，在清洗染缸。
(8)布料取出后需要经过水洗，再晾干。
(9)操作完毕。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种染色在线反馈控制***，其特征在于：所述控制***包括：
用于检测反应釜内工作温度的温度传感器，
用于根据工作温度、盐浓度和浴比测算上染率的多因素上染率模型，
用于根据实时得到的上染率与设定的上染率比较得到误差和误差变化量，并根据误差和误差变化量得到温度变化值的在线监督控制器；
以及，用于根据温度变化值与当前工作温度比较得到温度调节值，并根据温度调节值控制反应釜的加热***工作的温度调节控制器；
所述温度传感器位于反应釜内，多因素上染率模型的数据输入端连接，所述多因素上染率模型的输出端与监督控制器的输出端连接，所述温度传感器、监督控制器的输出端分别与所述温度调节器的输入端连接，所述温度调节器的输出端与反应釜的加热***的控制端连接。
2.如权利要求1所述的一种染色在线反馈控制***，其特征在于：所述温度传感器包括K型热电偶和温度采集模块，所述K型热电偶一端与温度采集模块相连，另一端***在反应釜的中部温度采集口。
3.如权利要求1或2所述的一种染色在线反馈控制***，其特征在于：所述多因素上染率模型为基于多因素的BP神经网络模型。
4.如权利要求1或2所述的一种染色在线反馈控制***，其特征在于：所述控制***还包括：用于根据间歇式染色过程中温度、盐浓度和浴比等影响因素对上染率的影响程度大小，为控制***选择温度作为主控对象的离线监督控制器。
5.如权利要求4所述的一种染色在线反馈控制***，其特征在于：所述的离线监督控制器采用田口方法。
6.如权利要求1或2所述的一种染色在线反馈控制***，其特征在于：所述在线监督控制器中，误差和误差变化量通过模糊控制方法得到温度变化值。
7.一种如权利要求1所述的染色在线反馈控制***实现的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：
1)采集反应釜的实时温度，由染色工艺要求确定盐浓度和浴比，经多因素上染率模型得出实时上染率；
2)在线监督控制器将实时上染率和设定上染率之间的误差和误差变化率作为输入，进行模糊运算建立查询表，查询得出的模糊量经反模糊化即可得出需要调节的温度变化值；该温度变化值和实时温度值比较得到温度调节值，该温度调节值作为温度调节控制器的输入；
3)温度调节控制器中，根据温度调节值控制反应釜的加热***的通断电时间，控制反应过程的温度按照指定的斜率到指定温度值，实现对染色过程上染率的精确控制。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：所述控制方法还包括：4)如实时温度超过预设安全值，进行报警。
9.如权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于：所述多因素上染率模型为基于多因素的BP神经网络模型。
10.如权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述在线监督控制器中，误差和误差变化量通过模糊控制方法得到温度变化值。
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