自動配色實驗教學裝置在組態(tài)控制技術(shù)實踐教學中的應(yīng)用

摘要：自動配色是配色行業(yè)的發(fā)展趨勢。本文從配色行業(yè)具體發(fā)展需求出發(fā)，結(jié)合組態(tài)控制技術(shù)實踐教學改革的要求，提出了自動配色實驗教學裝置設(shè)計方案，詳細闡述了裝置的硬件組成、軟件設(shè)計方法及裝置的操作流程，最后總結(jié)了該裝置在組態(tài)控制技術(shù)實踐教學方面的作用，以及在促進先進配色裝備研究方面的意義。

關(guān)鍵詞：自動配色；組態(tài)軟件；實驗裝置

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）04-0255-03

引言

隨著社會的高速發(fā)展，市場上各類商品的種類日益繁多，市場競爭日趨激烈，這已使得各生產(chǎn)廠家對商品的顏色品質(zhì)給予了更多關(guān)注。這一現(xiàn)象在紡織行業(yè)以及包裝印刷行業(yè)中表現(xiàn)得更為明顯。為了不斷增強開發(fā)新產(chǎn)品的能力，不斷增加產(chǎn)品附加值，越來越多的制造商開始將精力投入到產(chǎn)品的配色上，以期獲得最佳的顏色品質(zhì)。事實上，計算機自動配色已成為紡織行業(yè)數(shù)字化和標準化的關(guān)鍵技術(shù)。

在傳統(tǒng)的測配色系統(tǒng)中，配色過程主要靠人工來完成。由于配色經(jīng)驗不同，以及許多主觀因素的存在，往往會出現(xiàn)配色時間延長、配色結(jié)果不穩(wěn)定、可重復性差等問題。這無疑增加了配色成本，嚴重時會導致企業(yè)喪失競爭力。因此，自動配色裝置的研究與開發(fā)成為國內(nèi)學術(shù)界和制造界的研究熱點。在國外，意大利拉沃（LAWER）公司和荷蘭萬維（Vanwyk）公司的自動化調(diào)色系統(tǒng)占有一定的市場；意大利琵羅瓦諾（PIROVAN0）、日本倉敷紡織株式會社自動配色系統(tǒng)也占有一定的市場。國內(nèi)在自動配色系統(tǒng)的研究和開發(fā)方面相對落后，目前已有部分高校和單位進行了研制工作，并取得了一定的成果。例如，國內(nèi)配色機械廠家——常州宏大、杭州開源、西安德高、黃石宏翔等公司在數(shù)字化驅(qū)動等方面也取得了一定的成果。但是總而言之，目前國內(nèi)的配色系統(tǒng)大都是手動的，配色精度多依據(jù)操作者的經(jīng)驗，配色精度較低，且每次只能進行一種顏色的配置，價格昂貴，耗能、耗時、耗材。

基于以上種種缺點和不足，本文提出一種借助組態(tài)控制技術(shù)實現(xiàn)自動配色的實驗教學裝置。該裝置的特征在于改變傳統(tǒng)依靠操作人員經(jīng)驗的人工配色方式，利用計算機和組態(tài)軟件對配色過程進行監(jiān)控，實現(xiàn)自動化的配色工藝過程。本實驗裝置充分發(fā)揮了組態(tài)技術(shù)和PLC技術(shù)的優(yōu)點，在展示兩種技術(shù)的內(nèi)涵與特點方面具有獨特優(yōu)勢，同時它也將為先進配色裝備的研究提供重要的技術(shù)支持。

一、自動配色實驗裝置設(shè)計原理

配色的基本方法就是將三原色按照一定的比例混合，得到具有所需要的顏色的液體。配色是一個復雜的過程，原料顏色的質(zhì)量、周圍的溫度、配色的時間、流量控制的精度等都會影響最終的結(jié)果。

為了提高配色質(zhì)量，通常采用兩種帶有反饋的實驗方法：一是采用顏色檢驗裝置，例如色差計，檢驗所配制的顏色，然后微調(diào)各液體的配比，其缺點在于色差計價格昂貴。二是利用經(jīng)驗手動調(diào)節(jié)，缺點是對操作人員的經(jīng)驗依賴性強，無法保證加工過程的重復性。

鑒于以上問題，本文提出利用電磁閥與壓力傳感器，以及PLC的組合，實現(xiàn)配色過程中三原色液體的輸送流量的在線監(jiān)控，從而達到對三原色配比精確調(diào)控的目的。此外，充分發(fā)揮組態(tài)軟件的優(yōu)勢，將已知的各種配方以及對應(yīng)的配色結(jié)果提前輸入電腦，建立配方數(shù)據(jù)庫。在配色前，可以查找配方數(shù)據(jù)庫，若有該記錄可以直接調(diào)用相應(yīng)的控制參數(shù)，若沒有進行預計算和在線調(diào)控過程，并在配色結(jié)束后將確定下來的參數(shù)增加到配方數(shù)據(jù)庫。因此，本方案能夠?qū)崿F(xiàn)該配色實驗裝置具有自學習、記憶的智能化功能。

二、自動配色實驗裝置硬件架構(gòu)

自動配色實驗裝置是典型的機電一體化設(shè)備，主要由機械部分和控制部分組成。

1.機械部分。實驗裝置的機械本體部分如圖1所示。三只儲料燒杯分別通過三個半圓形卡箍放置在三只底座的沉頭孔中；三個半圓形卡箍和三只底座分別通過螺栓連接固定于三塊背板上；三塊背板通過螺栓連接固定于上水平支撐板上；底部盛有混合顏料的混合顏料燒杯通過底板上的圓形沉孔定位；三只儲料燒杯的底部設(shè)有出液口，出液口通過寶塔接頭與電磁閥連通，流過電磁閥的液體通過軟管進入混合顏料燒杯；另在儲料燒杯底部開孔，經(jīng)軟管通過寶塔接頭與壓力傳感器連通。

2.控制部分。控制部分主要由上位機（PC機），下位機（PLC）以及檢測與執(zhí)行部件組成。上位機中安裝的組態(tài)軟件選用美國通用電氣公司（GE）的iFIX組態(tài)軟件，下位機采用美國通用電氣公司的RX3i型號PLC。輸入輸出部件包括壓力傳感器、電磁閥，這是機械本體與控制部分間交互的橋梁。壓力傳感器安裝在原料罐底部，負責在線檢測液體壓力，然后將該值傳輸給下位機。該實驗平臺所選用的傳感器是接觸式液位傳感器，最大量程為500mm，精度為0.5%。其工作原理是將液體的壓力信號轉(zhuǎn)化為4～20mA的電流信號。下位機的作用在于將傳感器檢測信號傳輸給上位機，同時也根據(jù)傳感器和上位機給的指令，做快速有效的控制作用，其主要完成與系統(tǒng)實時性密切相關(guān)的控制任務(wù)。上位機的作用在于根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)進行計算，轉(zhuǎn)化得到三原色液體的流量，并最終獲得三原色的配比，根據(jù)計算結(jié)果確定是否執(zhí)行電磁閥開關(guān)的動作，以繼續(xù)或者結(jié)束三原色液體的流出，進行顏色顯示等。該裝置中數(shù)據(jù)具體傳輸過程如圖2所示。

三、自動配色實驗裝置的軟件設(shè)計流程

該實驗裝置開發(fā)的輸入數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)、顯示動畫和顏色等的人機交互界面如圖3所示。

該實驗裝置的工作流程如圖4所示。在配色實驗開始時，壓力傳感器采集的信號經(jīng)過下位機傳輸至上位機，與上位機操作者輸入的液體體積進行對比，如果操作者所需的液體體積大于所測的燒杯中所剩下的液體體積，上位機就會產(chǎn)生報警，并提示請加入足量的顏料。在進行配色實驗時，壓力傳感器測得的信號傳輸至上位機，與操作者所輸入的液體的體積相比較，當液位到達上位機的所設(shè)定的液位時，上位機將傳輸信號給下位機，下位機將發(fā)給繼電器電信號，控制電磁閥（本實驗裝置選用2W160-10H二口二位直動式電磁閥）關(guān)閉。當液體流出量等于操作者設(shè)定的量，以及處于報警狀態(tài)時，電磁閥均處于關(guān)閉狀態(tài)。

需要指出的是，所需的顏色及體積等信息可以由操作人員通過監(jiān)控界面輸入，也可以直接調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)。本實驗裝置除了使用了組態(tài)軟件的畫面開發(fā)與畫面控制功能以外，還建立了歷史數(shù)據(jù)庫，并具有生成報表和報警等功能。這些都將為實現(xiàn)該裝置的智能化提供重要保障。

四、結(jié)論

組態(tài)技術(shù)為實現(xiàn)人與PLC有效交流提供了重要保障，成為近些年自動化以及機電一體化技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一。該技術(shù)涉及到的知識面很廣，技術(shù)內(nèi)涵非常豐富。將組態(tài)控制技術(shù)教學與實際應(yīng)用相結(jié)合是提高課堂教學質(zhì)量的有效途徑。本文提出的自動配色實驗教學裝置，從設(shè)計原理上克服了現(xiàn)有裝備成本高、依賴操作人員經(jīng)驗的局限性，是對新型配色裝備研究的一次有益嘗試。本文提出的實驗裝置充分利用了組態(tài)軟件的功能，將配色這一動態(tài)變化過程有效地用組態(tài)監(jiān)控界面進行動態(tài)仿真與監(jiān)控，這對幫助學生理解組態(tài)技術(shù)的內(nèi)涵具有重要意義。此外，提出的實驗裝置具有記憶型數(shù)據(jù)庫功能，這為設(shè)備的功能完善、創(chuàng)新提供了很好的接口，因此能用于學生的創(chuàng)新教學，同時也促進了新型配色工藝及裝備技術(shù)的研究。

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