電磁流量計(jì)在自動(dòng)配料系統(tǒng)中的應(yīng)用
電磁流量計(jì)在自動(dòng)配料系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要: .. 在自動(dòng)配料系統(tǒng)中, 液態(tài)原料的供給通常需要電磁流量計(jì)的計(jì)量來(lái)達(dá)到精確控制的目的。首先通過(guò)靜態(tài)標(biāo)定電磁流量計(jì)的測(cè)量精度, 在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上擬合出較理想的線性關(guān)系, 同時(shí)找出電機(jī)頻率與流量間的波動(dòng)聯(lián)系, 然后利用動(dòng)態(tài)模糊控制作為其核心控制算法, 準(zhǔn)確地控制液態(tài)原料的供給。
關(guān)鍵詞: .. 電磁流量計(jì); 靜態(tài)標(biāo)定; 線性關(guān)系; 模糊控制
1.. 引.. 言
電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成, 用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。目前已廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程[ 1] 中各種導(dǎo)電液體的流量測(cè)量, 如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì); 各種漿液流量測(cè)量, 形成了*的應(yīng)用領(lǐng)域。在自動(dòng)配料系統(tǒng)中, 通過(guò)控制電機(jī)運(yùn)行頻率來(lái)控制流量的大小。其應(yīng)用的準(zhǔn)確度對(duì)企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、原料的消耗以及經(jīng)濟(jì)效益等有直接的影響。電磁流量計(jì)作為液態(tài)原料的計(jì)量裝置, 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展而不斷提高其計(jì)量準(zhǔn)確度和應(yīng)用范圍。而流量計(jì)計(jì)量是極其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)計(jì)量, 其準(zhǔn)確度會(huì)受很多因素影響, 如: 流體的導(dǎo)電性、非軸對(duì)稱、電極襯里附著物的影響、電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性、電磁流量計(jì)安裝的位置、勵(lì)磁的技術(shù)、信號(hào)線的長(zhǎng)度以及外界干擾等。..
電磁流量計(jì)在調(diào)試期間常會(huì)遇到一些故障, 如顯示波動(dòng)、精度下降、儀表?yè)p壞等, 一經(jīng)排除, 以后相同條件下不會(huì)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(dāng)、安裝不妥、環(huán)境條件、流體特性等因素造成故障; 在正常運(yùn)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(shí)刻注意這些故障, 并很好地加以排除解決, 電磁流量計(jì)就能夠發(fā)揮它應(yīng)有的作用。本文在電磁流量計(jì)正常工作的基礎(chǔ)上, 利用其與工控機(jī)、變頻器及電機(jī)組成自動(dòng)控制系統(tǒng), 以模糊控制作為其核心控制算法來(lái)研究電機(jī)頻率變化時(shí)對(duì)應(yīng)流量的變化關(guān)系, 以達(dá)到提高準(zhǔn)確控制流量的目的。
2.. 電磁流量計(jì)的靜態(tài)標(biāo)定
電磁流量計(jì)在出廠時(shí)經(jīng)過(guò)檢定, 在實(shí)際運(yùn)行中實(shí)時(shí)流量能同步的顯示在其表頭上, 但在自動(dòng)供料系統(tǒng)中我們需要在工控機(jī)上也實(shí)時(shí)顯示其流量, 并以此進(jìn)行調(diào)控, 這就需要我們把電磁流量計(jì)本身的流量信息及時(shí)地傳送到工控機(jī)上。而電磁流量計(jì)的輸出信號(hào)為4~ 20 mA 的電流信號(hào), 工控機(jī)的采集卡只能檢測(cè)0~ 10V 的電壓信號(hào), 故在電磁流量計(jì)的信號(hào)輸出端串接一個(gè)小于500 .. 的電阻用以將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)[ 2] 供采集卡采集。表1 為電磁流量計(jì)信號(hào)輸出端串接一個(gè)200 ..電阻后, 電磁流量計(jì)在電機(jī)運(yùn)行于不同頻率時(shí)其本身測(cè)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(jì)的波動(dòng)與采集卡所采集的數(shù)值有較好的一致性, 滿足實(shí)際使用需求。表1.. 電磁流量計(jì)的波動(dòng)與采集卡所采集的數(shù)值傳感器電磁流量計(jì)組電機(jī)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(jī)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(jì)在自動(dòng)配料系統(tǒng)中的應(yīng)用
3. 1.. 電磁流量計(jì)在自動(dòng)配料系統(tǒng)中的作用
在自動(dòng)配料系統(tǒng)中, 液態(tài)原料的供給同樣是按配方的比例進(jìn)行。我們希望在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中流量都按一個(gè)常量進(jìn)行供給, 而實(shí)際中即使電機(jī)固定在某個(gè)固定頻率, 其流量依然不是一個(gè)常量, 如圖1中記錄的為固定頻率下電磁流量計(jì)的測(cè)量值。如果人為的進(jìn)行干預(yù), 其滯后性及精確度都得不到保證, 這勢(shì)必影響產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)的效率。而采用工控機(jī)
根據(jù)電磁流量計(jì)的實(shí)際流量進(jìn)行實(shí)時(shí)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(wú)疑大大提高了自動(dòng)供料系統(tǒng)的精度與效率[ 3]。圖1.. 固定頻率下電磁流量計(jì)的流量值
3. 2.. 流量的自動(dòng)控制及模糊控制思想
智能電磁流量計(jì)實(shí)時(shí)地測(cè)量生產(chǎn)過(guò)程中的液態(tài)原料供給, 工控機(jī)根據(jù)其提供的信號(hào)對(duì)變頻器的頻率進(jìn)行調(diào)整從而實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。流量的自動(dòng)控制不僅要達(dá)到規(guī)定時(shí)間內(nèi)總量的供給, 更重要的是要保證生產(chǎn)過(guò)程中瞬時(shí)流量的配比需求。在生產(chǎn)過(guò)程中, 電磁流量計(jì)計(jì)量的流量如圖2所示。圖2.. 電磁流量計(jì)計(jì)量的流量
在工作時(shí)間T 內(nèi)我們期望電磁流量計(jì)測(cè)量的信號(hào)y ( t) 為一常量, 這也是生產(chǎn)過(guò)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(dòng)。在工作時(shí)間內(nèi)對(duì)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(dòng)值, 即干擾信號(hào), 對(duì)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(hào)帶來(lái)的誤差為: .. ..L = .. L- y0 = 1T ..0T y.. ( t) dt ( 4) .. .. 假定干擾信號(hào)全部看作為正弦波y..( t) = y s in..t, 在T 時(shí)間內(nèi)其運(yùn)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(duì)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(dāng)n為整數(shù)時(shí), .. = 0; 當(dāng)n為非整數(shù)時(shí), 則.. = s in2n.. n.. .. y y0 .. 1 n.. .. y y0。可見(jiàn)..隨n的增長(zhǎng)以倒數(shù)的形式衰減, n 取值越大, ..越小。
實(shí)際生產(chǎn)中流量一直在某個(gè)區(qū)域內(nèi)波動(dòng), 且其動(dòng)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(shí)間內(nèi)劃分更多的周期去調(diào)節(jié)流量。當(dāng)工控機(jī)根據(jù)電磁流量計(jì)傳送回來(lái)的信號(hào)發(fā)出調(diào)節(jié)變頻器工作頻率的指令后, 電機(jī)調(diào)整功率到電磁流量計(jì)的實(shí)際測(cè)量為一個(gè)工作周期, 我們知道從指令發(fā)送到實(shí)際測(cè)量值返回有一個(gè)較大的滯后, 如果調(diào)節(jié)的周期時(shí)間小于流量計(jì)本身的一個(gè)工作周期, 那么顯然不可能達(dá)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(dòng)區(qū)域劃分為.. ..x .. y0, y0 .. 0. 3, y0 .. 0. 5四個(gè)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(duì)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(shí)際測(cè)量的流量, 變量Idea表示理論流量。
4.. 試驗(yàn)結(jié)果分析
模糊控制對(duì)數(shù)學(xué)模型難以獲取、動(dòng)態(tài)特性不易掌握等控制對(duì)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(duì)控制效果的影響被大大減弱。電磁流量計(jì)信號(hào)在進(jìn)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(lái)的波動(dòng)。采取不同的調(diào)節(jié)周期對(duì)實(shí)時(shí)的控制也很大, 周期太短對(duì)流量的調(diào)節(jié)太頻繁, 這樣容易導(dǎo)致流量的波動(dòng)劇烈, 若調(diào)節(jié)周期過(guò)長(zhǎng)則容易導(dǎo)致累積誤差大。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)最后我們采取以周期為10 s, 以上面劃分的四個(gè)區(qū)域來(lái)減小流量波動(dòng)帶來(lái)的誤差, 其中當(dāng)流量波動(dòng)超過(guò)0. 5 t /h時(shí), 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(kāi)其工作周期的滯后和調(diào)節(jié)幅度慢的缺點(diǎn), 更加有效地達(dá)到調(diào)節(jié)效果。圖3.. 流量控制程序流程圖
整個(gè)生產(chǎn)過(guò)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(dòng)較大時(shí)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(dòng)較大時(shí)采用10 s的調(diào)節(jié)。圖4.. 周期為10 s時(shí)流量控制記錄圖5.. 周期為5 s時(shí)流量控制記錄
5.. 結(jié).. 論
模糊控制的基本思想是利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn), 任何工業(yè)過(guò)程都比較容易得到其定性認(rèn)識(shí), 而由此出發(fā)就比較容易建立語(yǔ)言控制規(guī)則。在自動(dòng)配料系統(tǒng)中我們應(yīng)用其對(duì)電磁流量計(jì)的控制雖然取得了較理想的結(jié)果, 不僅在工作時(shí)間內(nèi)以總量的控制準(zhǔn)確同時(shí)保證了在生產(chǎn)過(guò)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(yàn)來(lái)進(jìn)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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