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閱讀：80發(fā)布時間：2021-12-21
電磁流量計在自動配料系統(tǒng)中的應用
摘要: .. 在自動配料系統(tǒng)中, 液態(tài)原料的供給通常需要電磁流量計的計量來達到精確控制的目的。首先通過靜態(tài)標定電磁流量計的測量精度, 在大量試驗的基礎(chǔ)上擬合出較理想的線性關(guān)系, 同時找出電機頻率與流量間的波動聯(lián)系, 然后利用動態(tài)模糊控制作為其核心控制算法, 準確地控制液態(tài)原料的供給。
關(guān)鍵詞: .. 電磁流量計; 靜態(tài)標定; 線性關(guān)系; 模糊控制
1.. 引.. 言
電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定律制成, 用來測量導電液體體積流量的儀表。目前已廣泛地被應用于工業(yè)過程[ 1] 中各種導電液體的流量測量, 如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì); 各種漿液流量測量, 形成了*的應用領(lǐng)域。在自動配料系統(tǒng)中, 通過控制電機運行頻率來控制流量的大小。其應用的準確度對企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、原料的消耗以及經(jīng)濟效益等有直接的影響。電磁流量計作為液態(tài)原料的計量裝置, 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展而不斷提高其計量準確度和應用范圍。而流量計計量是極其復雜的動態(tài)計量, 其準確度會受很多因素影響, 如: 流體的導電性、非軸對稱、電極襯里附著物的影響、電機運行的穩(wěn)定性、電磁流量計安裝的位置、勵磁的技術(shù)、信號線的長度以及外界干擾等。..
電磁流量計在調(diào)試期間常會遇到一些故障, 如顯示波動、精度下降、儀表損壞等, 一經(jīng)排除, 以后相同條件下不會再出現(xiàn)。究其原因主要有儀表本身元器件損壞引起故障、有選用不當、安裝不妥、環(huán)境條件、流體特性等因素造成故障; 在正常運行期間若出現(xiàn)故障, 則一般由流量傳感器內(nèi)壁附著層、雷電打擊以及環(huán)境條件變化等因素引起。日常工作中時刻注意這些故障, 并很好地加以排除解決, 電磁流量計就能夠發(fā)揮它應有的作用。本文在電磁流量計正常工作的基礎(chǔ)上, 利用其與工控機、變頻器及電機組成自動控制系統(tǒng), 以模糊控制作為其核心控制算法來研究電機頻率變化時對應流量的變化關(guān)系, 以達到提高準確控制流量的目的。
2.. 電磁流量計的靜態(tài)標定
電磁流量計在出廠時經(jīng)過檢定, 在實際運行中實時流量能同步的顯示在其表頭上, 但在自動供料系統(tǒng)中我們需要在工控機上也實時顯示其流量, 并以此進行調(diào)控, 這就需要我們把電磁流量計本身的流量信息及時地傳送到工控機上。而電磁流量計的輸出信號為4~ 20 mA 的電流信號, 工控機的采集卡只能檢測0~ 10V 的電壓信號, 故在電磁流量計的信號輸出端串接一個小于500 .. 的電阻用以將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號[ 2] 供采集卡采集。表1 為電磁流量計信號輸出端串接一個200 ..電阻后, 電磁流量計在電機運行于不同頻率時其本身測量的流量值和采集卡所采集的數(shù)值。由表1可知, 電磁流量計的波動與采集卡所采集的數(shù)值有較好的一致性, 滿足實際使用需求。表1.. 電磁流量計的波動與采集卡所采集的數(shù)值傳感器電磁流量計組電機頻率/H z 表頭顯示/m3 采集卡值22 1. 736 1 196 24 2. 108 1 304 26 2. 479 1 414 28 2. 850 1 525 30 3. 222 1 633 34 3. 965 1 816 第二組電機頻率/H z 表頭顯示/m3 采集卡值23 1. 922 1 268 25 2. 293 1 378 27 2. 665 1 451 29 3. 036 1 597 32 3. 593 1 707 36 4. 336 2 035
3.. 電磁流量計在自動配料系統(tǒng)中的應用
3. 1.. 電磁流量計在自動配料系統(tǒng)中的作用
在自動配料系統(tǒng)中, 液態(tài)原料的供給同樣是按配方的比例進行。我們希望在整個生產(chǎn)過程中流量都按一個常量進行供給, 而實際中即使電機固定在某個固定頻率, 其流量依然不是一個常量, 如圖1中記錄的為固定頻率下電磁流量計的測量值。如果人為的進行干預, 其滯后性及精確度都得不到保證, 這勢必影響產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)的效率。而采用工控機
根據(jù)電磁流量計的實際流量進行實時的監(jiān)控與調(diào)節(jié), 能讓流量穩(wěn)定在很小的范圍內(nèi), 這無疑大大提高了自動供料系統(tǒng)的精度與效率[ 3]。圖1.. 固定頻率下電磁流量計的流量值
3. 2.. 流量的自動控制及模糊控制思想
智能電磁流量計實時地測量生產(chǎn)過程中的液態(tài)原料供給, 工控機根據(jù)其提供的信號對變頻器的頻率進行調(diào)整從而實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。流量的自動控制不僅要達到規(guī)定時間內(nèi)總量的供給, 更重要的是要保證生產(chǎn)過程中瞬時流量的配比需求。在生產(chǎn)過程中, 電磁流量計計量的流量如圖2所示。圖2.. 電磁流量計計量的流量
在工作時間T 內(nèi)我們期望電磁流量計測量的信號y ( t) 為一常量, 這也是生產(chǎn)過程配方比例中所期望的, 而由圖1中我們知道y ( t) 受各種因素的影響而不停的波動。在工作時間內(nèi)對y ( t ) 積分可得到流量的累積L: .. L = ..0T y ( t) dt ( 1) .. .. 設(shè)y ( t) = y0 + y.. ( t) 式中: y0 .. .. .. 期望的常值; y .. ( t) .. .. .. 擾動值, 即干擾信號, 對L 求平均可得: .. ..L = 1T ..0T L dt ( 2) .. .. 則有: .. ..L = y0 + 1 T ..0T y.. ( t) dt ( 3) .. .. 由干擾信號帶來的誤差為: .. ..L = .. L- y0 = 1T ..0T y.. ( t) dt ( 4) .. .. 假定干擾信號全部看作為正弦波y..( t) = y s in..t, 在T 時間內(nèi)其運行的周期為n, 則.. = 2../T , 帶入式( 4)得: .. ..L = - y 2n..[ co s( 2n.. T t0 ) cos( 2n..) - sin( 2n.. T t0 ) sin( 2n..) - co s( 2n.. T t0 ) ] ( 5) .. .. 上式中令t0 = 0, 則有: .. ..L = sin2 n.. n.. .. y ( 6) .. .. 由全部干擾引起的相對誤差為: .. .. = ..L /y0 ( 7) .. .. 假定y、y0 在T 內(nèi)保持不變, 由上式知..僅與n 有關(guān), 當n為整數(shù)時, .. = 0; 當n為非整數(shù)時, 則.. = s in2n.. n.. .. y y0 .. 1 n.. .. y y0。可見..隨n的增長以倒數(shù)的形式衰減, n 取值越大, ..越小。
實際生產(chǎn)中流量一直在某個區(qū)域內(nèi)波動, 且其動態(tài)特性不易掌握。從上面的理論中我們能夠讓誤差..L 盡可能的小, 這樣距我們所需要的理論值y0 就越接近。而減小誤差需要我們把n取的盡可能大, 也就是在生產(chǎn)時間內(nèi)劃分更多的周期去調(diào)節(jié)流量。當工控機根據(jù)電磁流量計傳送回來的信號發(fā)出調(diào)節(jié)變頻器工作頻率的指令后, 電機調(diào)整功率到電磁流量計的實際測量為一個工作周期, 我們知道從指令發(fā)送到實際測量值返回有一個較大的滯后, 如果調(diào)節(jié)的周期時間小于流量計本身的一個工作周期, 那么顯然不可能達到減小誤差的目的。.. .. 利用模糊控制思想[ 4] , 在控制程序中我們把流量的波動區(qū)域劃分為.. ..x .. y0, y0 .. 0. 3, y0 .. 0. 5四個區(qū)域, 其中..x 為可調(diào)節(jié)的誤差范圍, 生產(chǎn)中我們?nèi)?. 015, 流量區(qū)域劃分的單位均為t /h。針對不同的區(qū)域采取不同的調(diào)整方案。具體流程如圖3所示, 圖中變量Rel表示實際測量的流量, 變量Idea表示理論流量。
4.. 試驗結(jié)果分析
模糊控制對數(shù)學模型難以獲取、動態(tài)特性不易掌握等控制對像有較理想的控制效果, 在其模糊法則和決策中干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響被大大減弱。電磁流量計信號在進入工控之前采用均值濾波以及中值濾波后才交給控制算法處理, 盡量降低干擾帶來的波動。采取不同的調(diào)節(jié)周期對實時的控制也很大, 周期太短對流量的調(diào)節(jié)太頻繁, 這樣容易導致流量的波動劇烈, 若調(diào)節(jié)周期過長則容易導致累積誤差大。經(jīng)過反復實驗最后我們采取以周期為10 s, 以上面劃分的四個區(qū)域來減小流量波動帶來的誤差, 其中當流量波動超過0. 5 t /h時, 采取周期為20 s、頻率.. 1H z的調(diào)節(jié)方法, 這樣能夠更好避開其工作周期的滯后和調(diào)節(jié)幅度慢的缺點, 更加有效地達到調(diào)節(jié)效果。圖3.. 流量控制程序流程圖
整個生產(chǎn)過程中其誤差控制在0. 15% 以內(nèi)。如圖4所示為采取周期為10 s的調(diào)節(jié), 在波動較大時采用20 s的調(diào)節(jié); 圖5所示為取周期為5 s的調(diào)節(jié), 在波動較大時采用10 s的調(diào)節(jié)。圖4.. 周期為10 s時流量控制記錄圖5.. 周期為5 s時流量控制記錄
5.. 結(jié).. 論
模糊控制的基本思想是利用計算機來實現(xiàn)人的控制經(jīng)驗, 任何工業(yè)過程都比較容易得到其定性認識, 而由此出發(fā)就比較容易建立語言控制規(guī)則。在自動配料系統(tǒng)中我們應用其對電磁流量計的控制雖然取得了較理想的結(jié)果, 不僅在工作時間內(nèi)以總量的控制準確同時保證了在生產(chǎn)過程中按產(chǎn)品配方比例的控制。但如何獲得模糊規(guī)則及隸屬函數(shù), 這在目前*憑經(jīng)驗來進行, 以及如何保證模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性這些都是需要我們繼續(xù)研究并且提高。
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