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智能泥浆水流量计在自动配(pèi)料系统(tǒng)中应用的结果分析
点(diǎn)击次数:1949 发布时间:2020-08-12 15:58:31
在自动配料系统中,目前(qián)应(yīng)用较多流量计就是智能泥浆水流量计(jì)和涡轮(lún)流量计,智能泥浆水流量计因为(wéi)测量管体中无阻流件,更加(jiā)适合于(yú)流体介的自动定量配料(liào)。据本公司的客户案例统计,涡轮流量计用于半自动化的定量控制中(zhōng)更多一点。本文探计的是智(zhì)能泥浆水流(liú)量计在(zài)自(zì)动化配料控制(zhì)系统中的应用。液体介质的原料的(de)运输传送以及供给计量通常都需要在生产(chǎn)过程中安装智能泥浆水流量计以实现精确计量和(hé)控制的目的。如(rú)何实现自(zì)动化配料(liào)供给的功能,*先需要(yào)通过高清电影标定智能泥浆水流量计的测量精度,再通(tōng)过大量的(de)的试验数据的统计得到一个较为理想的线性关系,同进找出(chū)电机频率与流量之间(jiān)的(de)波动(dòng)联系,以此建立一个数据关(guān)系模型。再利用动态模糊控(kòng)制作为其核心控制算(suàn)法,准确地控制液态原料的供给。
智能泥浆水流量计是根据(jù)法拉*电磁感应定律(lǜ)制成,用来测量导电液体体积流量的仪表。目前已广(guǎng)泛地被应用(yòng)于工业过程?中各(gè)种导电液体的流量测量,如各(gè)种酸(suān)、碱、盐等腐蚀性介质;各种浆液流量测量,形成了独(dú)特的应用领域。在自动配料系统中(zhōng),通过控制电(diàn)机运行频率来控制流量的大小。其应用的准确度对(duì)企业产品的质量、原(yuán)料的消耗以及(jí)经济效益等有直接的影响(xiǎng)。智能泥浆水流量计作为液态原料的计量装置,随着微电子技术的发展而不断提高其计量准确度和(hé)应用范围。而流量计计量是*其复杂的动态(tài)计量,其准确度会(huì)受很多因素影响(xiǎng),如:流体的导电性、非轴对(duì)称(chēng)、电*衬(chèn)里附着物的影响、电机运行的稳定性、智(zhì)能泥浆(jiāng)水流量计安装的位置、励磁(cí)的(de)技术、信号(hào)线的长度以及外界(jiè)干扰等。
智能泥浆水流量计在调试期(qī)间常会遇到一些故障,如显示波动、精度下降、仪表(biǎo)损坏等,一经排(pái)除,以(yǐ)后相同条(tiáo)件下(xià)不会再(zài)出现。究(jiū)其原因主要有(yǒu)仪表本身元(yuán)器(qì)件损坏引起故障、有选用不当、安装不妥、环境条件、流体特性等(děng)因素造成(chéng)故障(zhàng);在正常运行期间若出现故障,则一般由流量(liàng)传感器内壁附着层、雷电打击(jī)以及环境条件变化等(děng)因(yīn)素引起。日常工作中(zhōng)时刻(kè)注意这些故障,并很好地加以排除解决,智能泥浆水流(liú)量计就能够发挥它应有的作用。本文在智(zhì)能泥浆水(shuǐ)流量计正常工作的基础上,利(lì)用其与工控机、变频器及电机组(zǔ)成自动控制(zhì)系统,以模糊控制作为其核(hé)心控制算法来研究(jiū)电机频率变化时对应流量的变化关系,以达到提高准确控制流量的目的。
2 智能泥浆水流量计的静态标定
智能泥浆水流量计在出厂时(shí)经过检定,在实际运行中实时流量能同步的显示在(zài)其表头上(shàng),但在自动供(gòng)料系统中(zhōng)我们需要在工控机上也实时显示其流量,并以(yǐ)此进行(háng)调控,这就(jiù)需要我们把智能泥浆水流量计本身的流量信息及时地传送到工控(kòng)机上。而智(zhì)能泥浆水(shuǐ)流量计的输出信号为4—20 mA的电流信号,工控机的采(cǎi)集卡(kǎ)只能(néng)检(jiǎn)测0—10 V的电压信号,故在智(zhì)能泥浆水流量计的信号输出端串接一(yī)个小于500 Q的电阻用以将电流(liú)信号转换成电压信号¨1供采集卡采集(jí)。表1为智(zhì)能泥浆水流量计信号输出(chū)端(duān)串接一个200 Q电阻后,智(zhì)能泥浆水流(liú)量计在电机运行于不同(tóng)频率时其本身测量的流量值和采集卡所采集的数值。由表1可知。智能泥浆水流量(liàng)计的波动与采集卡所采集的数值有较好的一致性(xìng),满足实际使用需求。

表(biǎo)1 智能泥浆水流量计的波动与(yǔ)采集卡所采集的数值
3智能泥浆水流量计在自动配料(liào)系统中的应用
3.1 智能泥(ní)浆水流量计在自动配料(liào)系统中的作用
在自动配料系统中,液态原料的(de)供给同样(yàng)是按配方的比例进行。我们希望在整个(gè)生产过程中流量都按一个常量进行供给,而实际(jì)中即(jí)使电机(jī)固定在某个固定频率(lǜ),其流量依然不是一个(gè)常量,如(rú)图l中记录的为固定频率下智能泥浆水流(liú)量计的测量值。如果人为(wéi)的进行干预,其滞后性(xìng)及精确度都得(dé)不到保证,这势必影响产品的质量与生产(chǎn)的效率。而采用工控机根据智能泥浆水流量计的实际流量进行实时的监控(kòng)与调节,能让流量稳定在很小的范围内,这无疑大大提高了自动供料系统的精度与效率㈨。
图1 固定频率下智能泥浆水(shuǐ)流量计的流量值

3.2流量的自动控制及模(mó)糊控(kòng)制思想
电(diàn)磁流鼍计(jì)实时地测(cè)量生产过程中的液态(tài)原料供给,工控机根据(jù)其提供(gòng)的信号对(duì)变频器的频率进行调整从而实现流量的调节。流量的(de)自动控制不仅要达到规定时间内总量的供给,更重要(yào)的(de)是要保证生产过程中瞬时流量的(de)配比需求。在生产过程中(zhōng),智能泥浆水流量计计量的(de)流量如图2所示。
图(tú)2智能泥浆水流量计计(jì)量的流量(liàng)

在工作时(shí)间r内我们期望智能泥浆水流量计测量的信号Y(t)为(wéi)一常(cháng)量,这也(yě)是生产过程配方比例中所期望的,而由图1中我们知(zhī)道Y(t)受各(gè)种(zhǒng)因素的影响而不(bú)停的波动。在工作时间内对Y(t)积分可得到流量(liàng)的累积£:


实际生产(chǎn)中流(liú)量一直在某个区域内(nèi)波动,且其动态特性不易掌握。从上面的理论中我们(men)能够让误差△£尽可能的小,这样距我(wǒ)们所需要的(de)理论值%就越接近。而减小误(wù)差需要我们把n取的(de)尽可能大,也就是在生产时间内划分更多的周期去调节流量。当(dāng)工控机根据智能(néng)泥浆水流量计传送回来的信号发出(chū)调节变频器工作频率的指令后(hòu),电机调整功率到智能泥(ní)浆水流量计的实际测(cè)量为(wéi)一个工作周期,我们知道从指令发送到(dào)实际(jì)测量值返回有一个较大(dà)的滞后,如果调(diào)节的周期时间小于流量计本身的一个工(gōng)作周期,那么(me)显然不(bú)可(kě)能达到减小误差(chà)的目的。利用模糊控制思想H。,在控制程(chéng)序中我们把流量的波动区(qū)域划分为±缸(gāng)×Yo,Yo-t-O.3,Yo±0.5四个区域,其中缸为可调节的误(wù)差范围,生产中我们取0.015,流量区域划分的单位均为(wéi)t/h。针对不同的区域采取不同的(de)调整方案。具体流程如图3所示。图中变量Rel表示实(shí)际测量的流量,变(biàn)量Idea表示理论流量。

4试验结果分析
模糊控制对数学模(mó)型难以获取、动态特性不易掌(zhǎng)握等控制对(duì)像有较(jiào)理想的控制效果,在其模糊法则和决(jué)策中(zhōng)干扰和参数变化对控制效果的影响(xiǎng)被大大减弱。智(zhì)能泥浆水流量计信(xìn)号在进入工(gōng)控之前采用均值滤(lǜ)波以及中值滤波后才交给控制算法处理(lǐ),尽量降低干扰(rǎo)带来的波动。采(cǎi)取不同的调节周期对实时的控制也很大,周(zhōu)期太短对流量的(de)调节太频繁,这样容易导致流量的波动剧烈,若调节周期过长则容易导致累积误差(chà)大。经过反(fǎn)复实验*后我们采取以周期为10 s,以上面划分的四个区域来减小流量波动带来的误(wù)差,其中(zhōng)当流量波动超(chāo)过0.5 t/h时,采取周期为20 s、频率4-1 Hz的调节方法,这样能够更好避整个生产过程中其误差控(kòng)制在0.15%以内。如图4所示为采取周期为10 S的调节,在波(bō)动较大时采用20 S的(de)调节;图5所示为(wéi)取周期为(wéi)5 s的调节,在波动较大时采用10 s的调节。

模糊控制的基本(běn)思想是利用计算机(jī)来实现人的控制(zhì)经验,任何工业过程都比较(jiào)容易得到(dào)其定性(xìng)认识,而由此出发就比较(jiào)容易建立语(yǔ)言控(kòng)制规则。在自动配料系统中(zhōng)我们应用其对智能泥浆水流量计的控制虽然取得了较理想的结果,不仅(jǐn)在工作时(shí)间内以总量的控制准确同时保证(zhèng)了在生产过程中按(àn)产品配方比例的控制。但如何获得模糊规则及隶属(shǔ)函数,这在目前完全凭经验来进行,以及如何(hé)保证模糊系统的稳定性这些都是(shì)需要我们继续研究并且提高。
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智能泥浆水流量计是根据(jù)法拉*电磁感应定律(lǜ)制成,用来测量导电液体体积流量的仪表。目前已广(guǎng)泛地被应用(yòng)于工业过程?中各(gè)种导电液体的流量测量,如各(gè)种酸(suān)、碱、盐等腐蚀性介质;各种浆液流量测量,形成了独(dú)特的应用领域。在自动配料系统中(zhōng),通过控制电(diàn)机运行频率来控制流量的大小。其应用的准确度对(duì)企业产品的质量、原(yuán)料的消耗以及(jí)经济效益等有直接的影响(xiǎng)。智能泥浆水流量计作为液态原料的计量装置,随着微电子技术的发展而不断提高其计量准确度和(hé)应用范围。而流量计计量是*其复杂的动态(tài)计量,其准确度会(huì)受很多因素影响(xiǎng),如:流体的导电性、非轴对(duì)称(chēng)、电*衬(chèn)里附着物的影响、电机运行的稳定性、智(zhì)能泥浆(jiāng)水流量计安装的位置、励磁(cí)的(de)技术、信号(hào)线的长度以及外界(jiè)干扰等。
智能泥浆水流量计在调试期(qī)间常会遇到一些故障,如显示波动、精度下降、仪表(biǎo)损坏等,一经排(pái)除,以(yǐ)后相同条(tiáo)件下(xià)不会再(zài)出现。究(jiū)其原因主要有(yǒu)仪表本身元(yuán)器(qì)件损坏引起故障、有选用不当、安装不妥、环境条件、流体特性等(děng)因素造成(chéng)故障(zhàng);在正常运行期间若出现故障,则一般由流量(liàng)传感器内壁附着层、雷电打击(jī)以及环境条件变化等(děng)因(yīn)素引起。日常工作中(zhōng)时刻(kè)注意这些故障,并很好地加以排除解决,智能泥浆水流(liú)量计就能够发挥它应有的作用。本文在智(zhì)能泥浆水(shuǐ)流量计正常工作的基础上,利(lì)用其与工控机、变频器及电机组(zǔ)成自动控制(zhì)系统,以模糊控制作为其核(hé)心控制算法来研究(jiū)电机频率变化时对应流量的变化关系,以达到提高准确控制流量的目的。
2 智能泥浆水流量计的静态标定
智能泥浆水流量计在出厂时(shí)经过检定,在实际运行中实时流量能同步的显示在(zài)其表头上(shàng),但在自动供(gòng)料系统中(zhōng)我们需要在工控机上也实时显示其流量,并以(yǐ)此进行(háng)调控,这就(jiù)需要我们把智能泥浆水流量计本身的流量信息及时地传送到工控(kòng)机上。而智(zhì)能泥浆水(shuǐ)流量计的输出信号为4—20 mA的电流信号,工控机的采(cǎi)集卡(kǎ)只能(néng)检(jiǎn)测0—10 V的电压信号,故在智(zhì)能泥浆水流量计的信号输出端串接一(yī)个小于500 Q的电阻用以将电流(liú)信号转换成电压信号¨1供采集卡采集(jí)。表1为智(zhì)能泥浆水流量计信号输出(chū)端(duān)串接一个200 Q电阻后,智(zhì)能泥浆水流(liú)量计在电机运行于不同(tóng)频率时其本身测量的流量值和采集卡所采集的数值。由表1可知。智能泥浆水流量(liàng)计的波动与采集卡所采集的数值有较好的一致性(xìng),满足实际使用需求。

表(biǎo)1 智能泥浆水流量计的波动与(yǔ)采集卡所采集的数值
3智能泥浆水流量计在自动配料(liào)系统中的应用
3.1 智能泥(ní)浆水流量计在自动配料(liào)系统中的作用
在自动配料系统中,液态原料的(de)供给同样(yàng)是按配方的比例进行。我们希望在整个(gè)生产过程中流量都按一个常量进行供给,而实际(jì)中即(jí)使电机(jī)固定在某个固定频率(lǜ),其流量依然不是一个(gè)常量,如(rú)图l中记录的为固定频率下智能泥浆水流(liú)量计的测量值。如果人为(wéi)的进行干预,其滞后性(xìng)及精确度都得(dé)不到保证,这势必影响产品的质量与生产(chǎn)的效率。而采用工控机根据智能泥浆水流量计的实际流量进行实时的监控(kòng)与调节,能让流量稳定在很小的范围内,这无疑大大提高了自动供料系统的精度与效率㈨。
图1 固定频率下智能泥浆水(shuǐ)流量计的流量值

3.2流量的自动控制及模(mó)糊控(kòng)制思想
电(diàn)磁流鼍计(jì)实时地测(cè)量生产过程中的液态(tài)原料供给,工控机根据(jù)其提供(gòng)的信号对(duì)变频器的频率进行调整从而实现流量的调节。流量的(de)自动控制不仅要达到规定时间内总量的供给,更重要(yào)的(de)是要保证生产过程中瞬时流量的(de)配比需求。在生产过程中(zhōng),智能泥浆水流量计计量的(de)流量如图2所示。
图(tú)2智能泥浆水流量计计(jì)量的流量(liàng)

在工作时(shí)间r内我们期望智能泥浆水流量计测量的信号Y(t)为(wéi)一常(cháng)量,这也(yě)是生产过程配方比例中所期望的,而由图1中我们知(zhī)道Y(t)受各(gè)种(zhǒng)因素的影响而不(bú)停的波动。在工作时间内对Y(t)积分可得到流量(liàng)的累积£:


实际生产(chǎn)中流(liú)量一直在某个区域内(nèi)波动,且其动态特性不易掌握。从上面的理论中我们(men)能够让误差△£尽可能的小,这样距我(wǒ)们所需要的(de)理论值%就越接近。而减小误(wù)差需要我们把n取的(de)尽可能大,也就是在生产时间内划分更多的周期去调节流量。当(dāng)工控机根据智能(néng)泥浆水流量计传送回来的信号发出(chū)调节变频器工作频率的指令后(hòu),电机调整功率到智能泥(ní)浆水流量计的实际测(cè)量为(wéi)一个工作周期,我们知道从指令发送到(dào)实际(jì)测量值返回有一个较大(dà)的滞后,如果调(diào)节的周期时间小于流量计本身的一个工(gōng)作周期,那么(me)显然不(bú)可(kě)能达到减小误差(chà)的目的。利用模糊控制思想H。,在控制程(chéng)序中我们把流量的波动区(qū)域划分为±缸(gāng)×Yo,Yo-t-O.3,Yo±0.5四个区域,其中缸为可调节的误(wù)差范围,生产中我们取0.015,流量区域划分的单位均为(wéi)t/h。针对不同的区域采取不同的(de)调整方案。具体流程如图3所示。图中变量Rel表示实(shí)际测量的流量,变(biàn)量Idea表示理论流量。

4试验结果分析
模糊控制对数学模(mó)型难以获取、动态特性不易掌(zhǎng)握等控制对(duì)像有较(jiào)理想的控制效果,在其模糊法则和决(jué)策中(zhōng)干扰和参数变化对控制效果的影响(xiǎng)被大大减弱。智(zhì)能泥浆水流量计信(xìn)号在进入工(gōng)控之前采用均值滤(lǜ)波以及中值滤波后才交给控制算法处理(lǐ),尽量降低干扰(rǎo)带来的波动。采(cǎi)取不同的调节周期对实时的控制也很大,周(zhōu)期太短对流量的(de)调节太频繁,这样容易导致流量的波动剧烈,若调节周期过长则容易导致累积误差(chà)大。经过反(fǎn)复实验*后我们采取以周期为10 s,以上面划分的四个区域来减小流量波动带来的误(wù)差,其中(zhōng)当流量波动超(chāo)过0.5 t/h时,采取周期为20 s、频率4-1 Hz的调节方法,这样能够更好避整个生产过程中其误差控(kòng)制在0.15%以内。如图4所示为采取周期为10 S的调节,在波(bō)动较大时采用20 S的(de)调节;图5所示为(wéi)取周期为(wéi)5 s的调节,在波动较大时采用10 s的调节。

模糊控制的基本(běn)思想是利用计算机(jī)来实现人的控制(zhì)经验,任何工业过程都比较(jiào)容易得到(dào)其定性(xìng)认识,而由此出发就比较(jiào)容易建立语(yǔ)言控(kòng)制规则。在自动配料系统中(zhōng)我们应用其对智能泥浆水流量计的控制虽然取得了较理想的结果,不仅(jǐn)在工作时(shí)间内以总量的控制准确同时保证(zhèng)了在生产过程中按(àn)产品配方比例的控制。但如何获得模糊规则及隶属(shǔ)函数,这在目前完全凭经验来进行,以及如何(hé)保证模糊系统的稳定性这些都是(shì)需要我们继续研究并且提高。
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