王嘉瑋

（西北工業(yè)大學航空學院陜西西安710072）

1 引言

在紡織生產過程中，根據棉、麻、毛等各類纖維以及設計工藝的特點，需要特定的工藝環(huán)境?？椩燔囬g的工藝生產環(huán)境，主要包括溫度、濕度、塵埃的濃度和光線照度?？椩燔囬g的溫濕度要根據紗線種類來設定，一般控制在23℃－30℃之間，相對濕度必須控制在70%RH－80%RH之間。合理控制濕度能夠使紗線的強力增強，斷頭率下降，降低工作環(huán)境的飛毛現象，消除靜電、加濕除塵，能夠改善織物質量，提高產品成品率及質量。而高濕度環(huán)境會降低工人的舒適度，環(huán)境測控系統(tǒng)應在保證工藝環(huán)境的同時，兼顧操作工人的舒適度環(huán)境。

現代化織造車間環(huán)境使用的大型設備主要是空調或風機等溫度調節(jié)設備、加濕器或濕簾風機等濕度調節(jié)設備、排風除塵設備和燈光照明設備。不同織造品種對環(huán)境要求會有所不同，環(huán)境的調節(jié)可以單獨使用一種設備或幾種設備配合使用，如降溫濕簾風機既可以實現降溫還可達到加濕效果。應用先進的環(huán)境檢測與控制方法，利用虛擬器對車間的大型耗能設備實時調節(jié)和控制，可以在保證工藝要求、提高產品質量、保證工人健康的同時降低能源消耗。

虛擬儀器技術是美國國家儀器公司（NI）提出的虛擬測量儀器（VI）概念，“軟件即是儀器”是虛擬儀器理念的核心思想?；陔娔X或工作站、軟件和I/O部件來構建虛擬儀器，I/O部件可以是獨立儀器、模塊化儀器、數據采集板（DAQ）或傳感器。虛擬儀器技術本質上是一個集成的軟硬件概念，NI的虛擬儀器軟件平臺為所有的I/O設備提供了標準的接口，用戶可以自由組合計算機平臺、硬件和軟件，軟件主要由面板控制、數據分析處理、儀器驅動、通用I/O接口等軟件。

2 系統(tǒng)主要測控對象

本系統(tǒng)主要環(huán)境條件包括溫度、濕度、塵埃濃度和光照度等環(huán)境條件。利用虛擬儀器設定環(huán)境參數的理想值，根據實時檢測數據大小和變化，按預先設定的方式驅動執(zhí)行機構，達到改善環(huán)境的目的。也可設定每種參數的上下限值，實現超限告警。

織造車間的溫度、濕度要根據紗線種類來設定。溫度的調節(jié)包括保溫、加溫和降溫，通過改變空調或濕簾風機的數量或通風量來實現。濕度的調節(jié)包括保濕、加濕和除濕，通過改變濕簾風機或加濕器數量、噴霧量來實現，必要時可以利用空調的除濕功能完成。車間灰塵濃度應低于國家標準，又要考慮節(jié)約能源的原則，通過控制除塵設備排風量的大小實現排風和除塵，當檢測到濃度超標時，應加大排風量，也可以根據紗線的品種設定開機數量或風量大小?？棽架囬g屬于精細加工，需要比較高的照度，工位照度一般不低于500LUX，織布對顏色有一定的標準要求，應采用高顯色指數的光源。選用多大功率，要根據安裝高度和布燈密度來確定，光照強度應根據晝夜和環(huán)境光強的變化，利用傳感器檢測是否達到標準，燈管排列根據具體情況間隔排列，分成幾組，便于控制開關，根據光照強度實時地調整開燈的數量為全亮、部分亮或全滅幾種模式。

3 測控系統(tǒng)的設計

3.1 系統(tǒng)硬件結構

車間環(huán)境的測控系統(tǒng)的硬件，包括環(huán)境參數檢測系統(tǒng)和環(huán)境調控系統(tǒng)兩部分，系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結構框圖

3.2 系統(tǒng)硬件選擇

計算機是整個測控系統(tǒng)的數據采集、數據管理、控制決策的中心。用于信號檢測的傳感器實現環(huán)境因子的數據的采集并傳送給數據采集板，然后將采集到的數據進行A/D轉換，傳送給計算機進行分析處理。計算機輸出的控制指令通過D/A轉換，輸出給控制執(zhí)行部分，執(zhí)行機構根據控制結果完成相應的動作，最終使車間環(huán)境參數達到理想的狀態(tài)。

當前流行的PC機基本能保證系統(tǒng)的正常運行。溫度檢測采用WB型熱電阻溫度變送器，其感溫元件PT100鉑熱電阻，在0℃—100℃內性質穩(wěn)定。濕度傳感器采用的是JWSL型高分子濕敏電容式濕度變送器，其濕敏元件為HS15高分子感濕探頭，可測量20—100%RH，具有線性好、精度高、響應快等優(yōu)點。本系統(tǒng)采用國產FM-GZ光照度變送器對光照進行測量，在0～200Klux將光照強度轉換為標準的電流或電壓信號輸出。粉塵濃度檢測應用GCG1000粉塵濃度傳感器，測量快速準確、靈敏度高、性能穩(wěn)定，可直接顯示并輸出粉塵濃度，信號輸出為頻率信號。執(zhí)行機構可通過固態(tài)繼電器控制相關設備的開關數量，或根據驅動電流大小控制輸出功率。

虛擬儀器系統(tǒng)中，I/O接口設備主要是數據采集板，系統(tǒng)使用NI公司的數據采集卡PCI-6024E，支持單極性和雙極性模擬信號輸入，其信號輸入范圍分別為-5—+5V和0—10V，還提供16路單端／8路差動模擬輸入通道，2路獨立的D／A輸出通道等多種功能模塊，利用軟件對其進行簡單的設置便可實現系統(tǒng)軟件與數據采集卡之間的通訊。

3.3 軟件開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)采用的LavWindows/CVI 8.0是NI公司推出的交互式C語言開發(fā)平臺，可通過模塊化方式對C語言進行編輯、編譯、連接和調試。主要應用在各種測試、控制、故障分析及信息處理軟件的開發(fā)。它的集成化開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數面板和豐富的庫函數大大增強了語言的功能，可在多操作系統(tǒng)下運行，方便用戶開發(fā)和調試虛擬儀器系統(tǒng)。

3.4 系統(tǒng)軟件總體設計

系統(tǒng)軟件由六大模塊組成：參數設置模塊、數據采集模塊、數據分析和處理模塊、控制輸出模塊、數據管理模塊。軟件主要完成了信號檢測、采集數據的處理和執(zhí)行機構的驅動。系統(tǒng)軟件結構圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件結構圖

4 系統(tǒng)實現的主要功能

4.1 參數設置

操作人員首先登陸進入測控系統(tǒng)，登陸界面如圖3所示，登陸后進入參數設置界面，如圖4所示。根據環(huán)境參數的要求不同，輸入或調整溫度、濕度等環(huán)境參數，作為控制參數向數據采集控制模塊發(fā)送，參數設置功能用于設定人為要求的環(huán)境參數的適宜數值。

圖3 用戶密碼驗證

圖4 系統(tǒng)參數設置

4.2 數據采集與存儲

數據采集界面如圖5所示，主要實現多通道數據同步采集、實時顯示以及數據存儲功能。以動態(tài)曲線或表格的形式顯示環(huán)境參數的實時變化，同時根據設定的報警值，進行報警，實現環(huán)境實時顯示。

圖5 數據采集/存儲界面

4.3 數據處理

在計算機測控系統(tǒng)中，模擬量經A/D轉換后變?yōu)閿底至克陀嬎銠C，數字量在進行顯示、報警和控制之前，還必須根據需要進行數字濾波、標度變換、數值計算、邏輯判斷等處理，以滿足系統(tǒng)的不同需要。

4.4 控制輸出

控制輸出界面如圖6所示，主要是實現車間內各環(huán)境參數的調控。根據計算機的數據顯示和報警信號，可以在執(zhí)行機構界面進行操作以達到車間適宜的工作環(huán)境。

圖6 控制輸出界面

4.5 數據管理

本系統(tǒng)中數據的存儲以8小時為單位，將采集到的24小時的實時檢測數據以文件的形式進行數據的存儲，可以方便實現文件操作，實現分析、統(tǒng)計和打印。

5 結束語

本課題研究了車間環(huán)境參數的自動檢測與控制系統(tǒng)，給出了簡單友好的操作界面。系統(tǒng)以計算機為中心，應用虛擬儀器技術、傳感器檢測技術和計算機控制技術相結合，能夠實現車間環(huán)境參數的實時監(jiān)測和車間環(huán)境的智能調節(jié)，在實現保證工藝要求、提高產品質量、改善工作環(huán)境的同時，還能合理降低能源消耗。

[1] 劉方.虛擬儀器技術在溫室控制系統(tǒng)中的應用研究[J].裝備制造技術，2010；（03）.

[2] 陳光建，何華平，賈金玲.基于虛擬儀器的實時數據采集系統(tǒng)[J].儀器儀表與傳感器，2011；（04）.

[3] 徐亮，鄧小龍.基于CAN 總線的分布式車間溫濕度檢測系統(tǒng)[J].電子科技，2012；（10）.

[4] 趙會兵.虛擬儀器技術規(guī)范與系統(tǒng)集成[M].清華大學出版社，2003.

[5] 張重雄，張思維.虛擬儀器技術分析與設計[M].電子工業(yè)出版社，2012.