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小浴比筒子纱染色机是一种基于三级叶轮泵及其脉流控制技术这一全新概念而设计的纱线染色机，与传统染色机相比，具有节能、环保、染色效率高、染色周期短、节约染助剂消耗的优点。但是，小浴比染色过程中染液量少，添加中和助剂的量不当，会对染液pH值的调节造成较大偏差，从而影响染料的上染率和固色率，导致染料在染液中的残余量增加，引起形形色色的染色缺陷。而且，传统筒子纱染色采用的人工调节pH值的方法，对工艺人员的经验要求高，而调节效率却很低，因而造成染色助剂和水洗用水的消耗增加。所以，研究小浴比筒子纱染色过程的pH值控制方法对提升染色效率、控制染色质量、减少染色助剂消耗具有重要意义。本文针对筒子纱染色机的机械结构和染色工艺原理以及小浴比染色技术的特点，提出了染液pH值的自动控制的方案；对筒子纱染色过程的前处理阶段、染色阶段、后处理阶段的pH值控制规律进行了详细分析，为pH值反馈调节提供设定值输入；建立了筒子纱染色过程pH值调节的机理模型，通过分析得出：pH值调节模型具有在中和点（pH=7）附近增益很大，远离中和点的两侧增益小的严重非线性特性；针对筒子纱染色过程pH值调节的特点，提出了自动区间调节的策略，通过PID控制器的输出智能地决定加酸或加碱的量；为了克服pH值调节的严重非线性特性，PID控制器控制系数的确定采用三段式非线性过程增益补偿的办法，以保证整个pH值控制系统具有统一的开环增益系数，提高pH值控制的精度，为小浴比染色过程染液pH值的控制提供了理论方法。另外，本文对小浴比筒子纱染色pH值监控系统硬件平台的搭建和软件实现进行了详细的阐述。下位机PLC通过MODBUS协议与pH变送器进行通讯，实现现场数据的采集和传输；上位机通过HMI协议与PLC通讯，实现对现场数据的集中管理。控制系统的软件开发中综合使用数据库技术、多线程技术，保证通讯数据处理和人机画面显示的流畅性。最后，将pH值监控系统应用到小浴比筒子纱染色过程中，对现场测量的数据进行分析，表明监控下的pH值调节方法能较好地适应小浴比筒子纱染色，能够缩短染色周期，减少染色助剂及水、电、蒸汽的消耗，保证筒子纱染色质量。