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ShanghaiTex染整技术热点——高效 节能 低耗 环保杨朝煜7月5~8日在上海召开的ShanghaiTex 2006展会上，高效、节能、低耗、少污染已开始成为染整业内人士关注热点。本文从染整关键流程，探讨该热点趋势下ShanghaiTex 2006展出的的最新技术进步。棉纺投资居纺织之首 协会发出预警浙江化纤业民企挺进石化业上游南非本月底对中国31类纺品设限中国纺织行业按照科学发展需要，“十一五”期间预期主要的约束性指标包括：单位工业增加值纤维使用量同比降低20%；单位GDP耗水减少36%；吨纤维耗水量比2005年下降20%；单位GDP能耗下降28%；吨纤维耗电量比2005年下降10%；单位增加值污水排放量比2005年下降22%。这些指标与印染行业息息相关，因为印染污水排放量占纺织工业排放总量的80%之多。印染行业在“十一五”期间的任务极其艰巨，需要染化料、机械和工艺新技术共同进步。于7月5~8日在上海召开的ShanghaiTex 2006展会上，高效、节能、低耗、少污染已开始成为染整业展示的热点。水洗机在染整加工过程中，热水洗涤是必不可少的工序，也是蒸汽能源和水资源消耗最多的工序。平洗机逆流漂洗废水技术是热点之一，其漂洗温度高达85℃以上，蕴含可观的热能价值，每处理回收1吨这种水，可节约的费用及实现的效益超过10元人民币。经测算，1台平洗机1天的热水回用价值达2000余元人民币。现在中国每年排放大量高温印染废水，既污染了环境，又流失了巨大的热能，如果全国10万台平洗机和溢流染色机排放的废水都采用此技术处理，一年节约水费及能耗费可达数十亿元人民币。平洗机废水处理后回用可以节能、降耗、减少污染，它采用四种方法达到这一目标：武汉科技学院开发的“无极紫外光催化氧化”技术，该技术是国家863重大专项新型高效物化组合的最高研究成果；在平洗时添加提高效率的助剂；制造平洗机时，开发应用高效水洗技术；开发应用热能回收技术。其中，后两种技术在ShanghaiTex 2006展中都有展示。美国杜布德（Tube-Tex）在展会中介绍了水洗机的热回收装置，该水洗机用水量每分钟为400升，温度85℃以上，这时蒸汽的费用将显得非常重要。该公司的被动式热回收装置能够回收在废水中流失的大量热能，而且不需要额外的操作成本，可以提供6种不同型号的装置来适应各种实际需要。浙江印染新开发成功的两台拥有技术专利的高效水洗机，展示了国内印染机械制造者对清洁生产的重视。该公司在过去开发成功的振荡水洗机基础上，又开发出齿形导辊加回形穿布路线的水洗机和下排齿形导辊加上排轻型轧辊的水洗机，加强了洗涤效果，进一步提高了节能降耗的水平。同时，在新的水洗机上增加了废水热能回收装置，进一步降低了蒸汽能源消耗。低给液机瑞士威可（Weko）的低给液系统已得到国内染整企业的普遍认可，其节能、低耗、环保特性使之得到大量的应用，并将继续扩大应用领域。该系统有给水和给液（水溶性化学溶液）两种机型，可以在各种需要低给液的染整机台前（或后）安装使用。威可喷盘式给液系统。如在拉幅定型机前安装一台低给液机，在大多数情况下可以取代浸轧机和烘燥机。一般织物在进拉幅定型机前需要浸轧水或化学溶液，轧余率为75%左右，然后烘去一定的水份，在含潮20%左右进行拉幅定型。低给液机可以按照需要，在1~40%的含水范围内设定织物的给液率，而且重演性好、左中右以及前后均匀一致。由于低给液时，被雾化成30~70微米的水或溶液粒子以每分钟1500米的速度喷向织物，因此渗透性极好。喷到织物上的水或溶液被织物吸附，未喷到织物上的，由于未与织物接触，可以循环使用，减少了物耗和环境污染。真空吸水机上海宽达介绍了EVAC真空吸水机。在染整加工中，被浸湿的织物上含有的水份可分为结合水和游离水两种，EVAC真空吸水机将通过吸水口的织物上的游离水完全吸取，当用于疏水性纤维及其混纺织物的湿整理时，效果尤为显著，疏水性纤维可将浸湿后织物上的含水率降到18%。EVAC真空吸水机结构图。该系统采用了UHMW高聚体材料制成的吸水口，具有摩擦力小、耐腐蚀、防堵塞的特性；采用了回旋式设计的分离器，使吸入的水份和杂物从气流中分离出来，易于清洁，避免真空泵堵塞；真空度可根据不同织物进行设定，重演性好。当用于水洗机时，能将织物上的水与水槽中的水充分交换，大大提高了水洗效果。当用于烘干机或拉幅定型机时，可部分取代传统的轧车，由于真空吸水后含水率很低，就能大大提高烘燥、拉幅定型效率而节约能源。当进行功能性整理时，可使整理剂渗入纤维内部，对不希望重力压轧织物的整理效果尤其优良。拉幅定型机当拉幅定型机处理涤纶及其混纺织物时，箱体内的温度可高达180~220℃，是染整加工中的重点节电、节能环节。本届展会上围绕节电、节能展示了多种新成果。温湿度测量与控制准确的温湿度测量是节电节能工作的基础。宽达展示了先进的EMC系统，该系统是一个组合式工作平台，由三个模块组成。RMS模块，即湿度测量和控制系统，主要用于棉、麻、丝、人纤及其混纺织物，在进行拉幅定型、烘干、预缩时，通过检测织物的含水率来控制机台速度和提高生产效率，节约能源，该系统可以自动控制浆纱机、浆染机的生产车速。AML模块，即废气湿度控制系统。该系统在染整行业主要用于测量拉幅定型机和焙烘机的高温废气中含湿量和控制高温废气排放，如排放的高温废气含潮率过低，则表示能源被浪费，通过测量与控制使拉幅定型和焙烘过程处于最经济的运行状态，一般使用该系统可以节约20%的热能。OMT模块，即织物温度测量和控制系统。该系统主要用于化纤及其混纺织物在高温定型和焙烘时，直接测量箱体内织物的实际温度，从而自动控制加工车速，使加工过程处于最佳的质量、最大的产量、最少的能耗。EMC系统由一台6.5英寸触摸式屏幕、一台电脑主机工作箱、三个模块接口和一组测速发电机组成，可以单独配一个模块，也可以同时配三个模块。其它节能措施最具有代表性的是立信门富士(Monforts Fong's)的拉幅定型机在节能方面采取的系列措施，如所有织物传送均由变频控制的全密封式三相交流电动机驱动；烘箱采用150毫米厚的高密度绝缘材料制成隔热门，使烘箱热辐射量处于低水平；在烘箱的连接和开口处均设有密封；织物进出口处均设有气流屏蔽装置；在出布口装有残余湿度测量和控制装置，使烘燥效果数字化显示。浙江印染展示了拉幅定型机废气热能回收技术，已用于生产实际。有机溶剂回收机在纺织品、人造革等产品后整理高温焙烘定型时，根据不同需要添加各种有机溶剂，以改善纺织品和人造革的功能特性。这些有机溶剂在高温条件下，会随着热空气散布到机器内或排放到机器外，严重地污染机器和环境。ECO-6-12T。台湾顶麒工业在展会上提供了有机溶剂回收机，据称该装置对有机溶剂回收率为97%，回收的有机溶剂纯度为99%，废气消除率为98%。染色机此次展会展示的染色机约100多台，有高温染色机、常压染色机、喷射染色机、轧染机等机种，其技术代表产品有立信的ECO系列染色机和Allwin筒子纱染色机、德国特恩（Then）的气流染色机。Allwin筒子纱染色机。ECO系列高温染色机结合了必要的自动化控制装置、精密仪器、先进的控制软件，采用了成熟的液体分离和快速循环技术，缩短了全程工艺耗时，采用了低浴比技术，每公斤织物的总耗水量（浅色）低至38公斤。Allwin筒子纱染色机采用了新的双重循环式热交换器，在相似的操作环境下，比传统的筒子纱染色机快30%达到目的温度；采用了新的专利REV水泵，流量高于传统水泵，用马达推动水泵的功率亦相对减少；采用了新的水流换向装置和智能匀染控制，避免了只靠由里至外的单向染液运行而导致的染色不匀；在染色过程中采用了快速逻辑温控技术，这些技术的进步使染色质量得到保证，并降低了能耗、水耗和废水排放。
第一章 绪论1. 1 选题背景防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容，是衡量仓库管理质量的重要指标。它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。1．2 设计过程及工艺要求一、基本功能~ 检测温度、湿度~ 显示温度、湿度~ 过限报警二、 主要技术参数 ~ 温度检测范围 ： -30℃-+50℃~ 测量精度 ： 0.5℃~ 湿度检测范围 ： 10%-100%RH~ 检测精度 ： 1%RH~ 显示方式 ： 温度：四位显示 湿度：四位显示~ 报警方式 ： 三极管驱动的蜂鸣音报警
液压伺服系统设计 液压伺服系统设计 在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。 2）拟定控制方案，画出系统原理图。 3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。 4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。 5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。 6）选择液压能源及相应的附属元件。 7）完成执行元件及液压能源施工设计。 本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。 4.1 全面理解设计要求 4.1.1 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。 4.1.2 明角设计系统的性能要求 1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。 2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。 3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。 4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定； 5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求； 6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。 4.1.3 负载特性分析 正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。 4.2 拟定控制方案、绘制系统原理图 在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。图36 阀控液压缸位置控制系统方块图表6 液压伺服系统控制方式的基本类型伺服系统 控制信号 控制参数 运动类型 元件组成机液电液气液电气液 模拟量数字量位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、压力 直线运动摆动运动旋转运动 1.阀控制：阀-液压缸，阀-液压马达2.容积控制：变量泵-液压缸；变量泵-液压马达；阀-液压缸-变量泵-液压马达3.其它：步近式力矩马达 4.3 动力元件参数选择 动力元件是伺服系统的关键元件。它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。 动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。 4.3.1 供油压力的选择 选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。 常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。 4.3.2 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定 如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。 （1）动力元件的输出特性 将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换绘于υ－FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。 图37 参数变化对动力机构输出特性的影响a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化 图中 FL——负载力，FL=pLA； pL——伺服阀工作压力； A——液压缸有效面积； υ——液压缸活塞速度， ； qL——伺服阀的流量； q0——伺服阀的空载流量； ps——供油压力。 由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。 当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A ps不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。 当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。 （2）负载最佳匹配图解法 在负载轨迹曲线υ－FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。 （3）负载最佳匹配的解析法 参见液压动力元件的负载匹配。 （4）近似计算法在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力FLmax选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定 FLmax≤pLA= ，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算： （37） 图38 动力元件与负载匹配图形 按式37求得A值后，可计算负载流量qL，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。 （5）按液压固有频率选择动力元件 对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。 四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （38） 二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （39） 液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。 计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度 ，就可以得到相应的计算公式。当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。 4.3.3 伺服阀的选择 根据所确定的供油压力ps和由负载流量qL（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。 除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素： 1）伺服阀的流量增益线性好。在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。 2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。 3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。 4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。 4.3.4 执行元件的选择 液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。 4.4 反馈传感器的选择 根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。 传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。 4.5 确定系统方块图 根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。 4.6 绘制系统开环波德图并确定开环增益 系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。首先根据系统的传递函数，求出波德图。在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。 改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。 4.6.1 由系统的稳态精度要求确定K 由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。 4.6.2由系统的频宽要求确定K 分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。由此图可得K值。 图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性a）0型系统；b）I型系统 4.6.3 由系统相对稳定性确定K 系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图，同样也可以得到K。见图40。 实际上通过作图来确定系统的开环增益K，往往要综合考虑，尽可能同时满足系统的几项主要性能指标。 4.7 系统静动态品质分析及确定校正特性 在确定了系统传递函数的各项参数后，可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项静动态指标和误差进行校核。如设计的系统性能不满足要求，则应调整参数，重复上述计算或采用校正环节对系统进行补偿，改变系统的开环频率特性，直到满足系统的要求。 4.8 仿真分析 在系统的传递函数初步确定后，可以通过计算机对该系统进行数字仿真，以求得最佳设计。目前有关于数字仿真的商用软件，如Matlab软件，很适合仿真分析。
电梯控制系统设计基于西门子PLC的电梯控制系统
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