2.4 紅外輻射布溫的測(cè)控
紅外輻射測(cè)量布面溫度是一種先進(jìn)的方法，不論烘房的熱源是熱風(fēng)還是輻射能源，所采集的溫度是布身溫度。輻射能在測(cè)量的路徑上，由于氣氛的吸收、煙霧、灰塵散射等原因所引起的衰減，以及環(huán)境溫度的影響等等，將會(huì)帶來(lái)一定的溫差。為了消除此誤差，常采用比色法，也就是采用具有雙通道的測(cè)量裝置，每條光路帶有適當(dāng)?shù)臑V塵片，分別測(cè)量目標(biāo)輻射和標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射的一個(gè)單色輻射功率，用兩者之比值代替上述方法中的輻射功率，進(jìn)行溫度定標(biāo)，并進(jìn)而確定溫度。如果兩個(gè)單色波長(zhǎng)選擇適當(dāng)，在測(cè)量路徑中的干擾是完全相同的，積累誤差為“0”，兩個(gè)輻射功率之比與干擾無(wú)關(guān)，從而大大提高了測(cè)量精度。這一系統(tǒng)性能優(yōu)異，但價(jià)格太高。
布面溫度量度及控制儀，用于測(cè)量在線織物表面溫度，并利用測(cè)量溫度與給定值的差值信號(hào)，通過(guò)控制器發(fā)出信號(hào)，控制車速，達(dá)到最佳的熱定形效果。該儀表測(cè)量精度可達(dá)±1℃。圖5所示是測(cè)量頭的結(jié)構(gòu)示意圖。測(cè)量頭只能安置在周圍環(huán)境溫度60℃以下的地方，冷卻風(fēng)扇2用來(lái)保護(hù)檢測(cè)頭1不受烘房高溫影響，冷卻風(fēng)機(jī)的電源應(yīng)與主機(jī)電源相連，切忌與信號(hào)器相連，避免干擾信號(hào)。冷卻風(fēng)機(jī)亦可防止烘房?jī)?nèi)塵埃進(jìn)入檢測(cè)頭。檢測(cè)頭的工作原理如圖6所示。
烘房?jī)?nèi)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的織物，所輻射出的紅外電磁波通過(guò)透鏡7射入測(cè)量頭，經(jīng)同步電動(dòng)機(jī)6（750r/min）帶動(dòng)的機(jī)械式光調(diào)制器2的作用，使得入射的連續(xù)式紅外電磁波變成頻率一定的時(shí)亮?xí)r暗的脈沖波，再通過(guò)光學(xué)通道射入到反射鏡3上，經(jīng)反射鏡3的反射作用，把脈沖波反射到二氧化鋰鈦（LiTiO2）光電二極管4上，由光電二極管把脈沖的紅外波變成微弱的脈沖電流信號(hào)，該電流信號(hào)再經(jīng)由交流放大器、解調(diào)整流器的作用，得到放大了的與溫度有關(guān)的直流電壓信號(hào)，最后再經(jīng)溫度補(bǔ)償后，輸出信號(hào)，指示儀表指示，與給定信號(hào)比較放大后，輸給控制器，發(fā)出控制脈沖信號(hào)，控制車速。
由于環(huán)境溫度的影響，而且根據(jù)斯忒藩——玻爾茲曼公式可以看出，總輻射強(qiáng)度與溫度是非線性關(guān)系，因此，溫度補(bǔ)償是十分必要的。
紅外輻射測(cè)量頭一般安裝在拉幅定形機(jī)的頂 部，距離布面1m左右的地方，為了測(cè)量精確，應(yīng)多安置幾個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。一般對(duì)于薄織物，儀表的測(cè)量頭應(yīng)設(shè)置在烘箱的前半部，占烘箱烘道的40%長(zhǎng)度處，而對(duì)厚濕織物的加工、檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)放在烘箱烘道全長(zhǎng)的60%處。
根據(jù)不同織物制訂的熱定形工藝時(shí)間，由于受電網(wǎng)電壓變化、烘房濕度波動(dòng)、車速、織物進(jìn)烘房含水率改變等干擾因素的影響，從而使熱定形工藝時(shí)間得不到保證。采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的定形時(shí)間控制儀，隨時(shí)采樣進(jìn)入定形機(jī)烘房的織物溫升工況，在屏幕上可清楚地看到織物的溫升曲線，當(dāng)織物達(dá)到定形溫度時(shí)，計(jì)算機(jī)就根據(jù)定形時(shí)間要求，算出織物應(yīng)該運(yùn)行的車速，加以控制，此控制系統(tǒng)采用溫度傳感，控制對(duì)象卻是車速，而控制目標(biāo)實(shí)為定形時(shí)間，乃溫控的一特例。
圖7是兩種不同克重的織物，利用處理時(shí)間控制裝置的調(diào)節(jié)過(guò)程?？椢顰90g/m2以40m/min快速干燥和加熱，在M2測(cè)溫探頭處達(dá)到熱定形處理溫度，使織物達(dá)到設(shè)定的工藝定形時(shí)間15s；織物B270g/m2，干燥和加熱時(shí)間較長(zhǎng)，自動(dòng)控制車速到25m/min，在到達(dá)定形溫度時(shí)，織物在烘房?jī)?nèi)行程只有24~17.75（M3處）=6.25m，亦嚴(yán)格遵守給定處理時(shí)間15s。該控制裝置，用于每段工序中使時(shí)間與溫度互相配合。定形機(jī)上設(shè)置3~8個(gè)輻射高溫計(jì)，量度布面溫度，控制器計(jì)算織物通過(guò)機(jī)內(nèi)時(shí)布面溫度上升情況；計(jì)算及調(diào)節(jié)最高車速以適應(yīng)個(gè)別布種，達(dá)到預(yù)定溫度定形及維持工藝預(yù)設(shè)定的定形時(shí)間。計(jì)算機(jī)不停地進(jìn)行取樣，經(jīng)計(jì)算控制車速升降，使車速始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)，并保證了定形時(shí)間，這樣織物定形質(zhì)量穩(wěn)定，節(jié)約了能源，提高了產(chǎn)量。
3 FCS上掛接溫度智能變送器
采用現(xiàn)場(chǎng)總線HART協(xié)議，使溫度變送器在兩根電源線上既可以傳送模擬信號(hào)(4~20mA),又可以接收發(fā)送數(shù)字信號(hào)。溫度變送器的輸出不再局限于只通過(guò)電流值單純地反映測(cè)量溫度，而是同時(shí)可以通過(guò)數(shù)字信號(hào)把諸如環(huán)境溫度、輸出電流、電流百分比、溫度傳感器類型、量程、控制設(shè)定值、偏差、PID參數(shù)、報(bào)警信息、自檢信息、運(yùn)行情況、設(shè)備類型、ID號(hào)以及軟硬件版本號(hào)等傳送給需要這些信息的監(jiān)控設(shè)備。
ITT智能溫度變送器的應(yīng)用：
由于HART是一個(gè)過(guò)渡性的協(xié)議，對(duì)老系統(tǒng)是兼容的，而新系統(tǒng)是按照本質(zhì)安全的要求來(lái)設(shè)計(jì)的，因此只要是使用4~20mA溫度變送器的地方，都可以直接將其更換上，而不需對(duì)線路做任何改動(dòng)。安裝完畢后，用戶的PC機(jī)配上相應(yīng)的軟件和符合Bell 202通信標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制解調(diào)器，就可以與ITT變送器進(jìn)行通信了。圖8給出了變送器現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖。圖中虛線部分為用戶以前的線路和設(shè)備，實(shí)線部分為用戶安裝的HART設(shè)備。由于HART協(xié)議允許多主機(jī)共存，因此變送器可以把自己的信息同時(shí)送到多個(gè)主線(如在圖中變送器把信息傳給PC監(jiān)控站的同時(shí)，又通過(guò)網(wǎng)關(guān)把信息傳給了其他的管理或測(cè)試網(wǎng))，給用戶帶來(lái)許多便利。
另外，如果用戶系統(tǒng)只需要變送器所傳送的數(shù)字信號(hào)，而不需要4~20mA的模擬信號(hào)，那么用戶可以采用如圖9所示的多從站通信結(jié)構(gòu)。由于這時(shí)4~20mA的信號(hào)已經(jīng)沒(méi)有意義，所以每個(gè)HART設(shè)備環(huán)路的電流只需要保持設(shè)備正常工作即可。因此，HART協(xié)議規(guī)定，這時(shí)每個(gè)環(huán)路電流為4mA,并且在同一個(gè)電源回路中，最多可連接15臺(tái)HART設(shè)備。
對(duì)比圖8和圖9可以看出，后者比前者節(jié)省了許多主機(jī)適配器（符合Bell 202標(biāo)準(zhǔn)的Modem）和布線費(fèi)用，這對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)非常有利，但也不難發(fā)現(xiàn)多從站結(jié)構(gòu)使每一臺(tái)設(shè)備與主機(jī)通信的周期加長(zhǎng)，這對(duì)測(cè)控網(wǎng)站是不利的。
綜上所述，把圖8和圖9兩種連接方式結(jié)合起來(lái)，再配上相應(yīng)的上位機(jī)及其軟件，就可以構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS），如圖10所示。如果要實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，則可以把它作為整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)設(shè)備級(jí)的子系統(tǒng)。
