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淺析模具水流量計在自動配料控製係統中的應用

點(diǎn)擊(jī)次數:2015 發布時間:2021-09-06 07:47:23
1、引言
在自動配料係統中,目(mù)前應用較多流量計就是模具水流量計和渦輪流量計,模具水流量計因為測量管體(tǐ)中無阻流件,更(gèng)加適合於流體介的自動定量配料。據本公司的客戶案例統(tǒng)計,渦輪流量計用於半(bàn)自動化的定量控製中更多一點。本文探計的是模具水流量計在自動化(huà)配料控(kòng)製係統中的應(yīng)用。液(yè)體介質的原料的運(yùn)輸傳送以及供給計量通(tōng)常都需要在生產過程中安裝模具水流量計以實現精(jīng)確計量(liàng)和控製的目的。如何實現自動化配料(liào)供給(gěi)的功能,*先需要通(tōng)過高清電影標定模具水(shuǐ)流量計的測量精度(dù),再通過大量的的試驗數據的統計得(dé)到(dào)一個較為理想的線性關係,同進(jìn)找出電機頻率與流量之間的波動聯係,以此建(jiàn)立(lì)一個數據關係模型。再利用動(dòng)態模糊控製(zhì)作(zuò)為其核心控製算法,準確地控製液態原料的供給。
模具水流量計是根據法拉*電磁感應定律製成,用來測量(liàng)導電液體體積流量的儀表。目前已廣泛地被應用於工(gōng)業過程?中各種導電液體的流量測量(liàng),如各種酸、堿(jiǎn)、鹽等腐蝕性(xìng)介質;各種漿液流量測量,形成了獨特的應用領域。在自動配料係統中,通(tōng)過控製電機運行頻率來控製(zhì)流量的大小(xiǎo)。其應用的準確度對企業產品的(de)質量、原料的消耗以及經濟效(xiào)益等有直接的(de)影響。模具水流(liú)量計作為液態原(yuán)料的計量裝置,隨著(zhe)微(wēi)電子技術的(de)發展而不斷提高其計量準確度(dù)和應用範圍。而流量計計量是*其複雜的動(dòng)態計量,其準確度會受很多(duō)因素影響,如:流體的導電性、非軸對稱、電*襯裏附(fù)著物的(de)影響、電機運行的穩定性、模(mó)具水流量計安(ān)裝的位置、勵磁的技術、信號線的長度以及外界幹擾等。
模具水流量計在調試期間常會遇到一些故障,如顯示波動、精度(dù)下降、儀表損(sǔn)壞等,一(yī)經排除,以後相同條件下不(bú)會再出現。究其(qí)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(tuǒ)、環境條(tiáo)件、流體特性等因素造成故障;在正常運行期間若出(chū)現故障,則一(yī)般由流量傳感(gǎn)器(qì)內壁附著層、雷電打擊以及環境條件(jiàn)變化等因素引起。日常工作中時刻注意這些故障,並很好地加以排除解決,模具水流量計就能夠發揮它應有的作用。本文在模具水流量計正常工作的基礎上,利用其(qí)與工控(kòng)機、變頻器及電機組成自動控製係統,以模糊(hú)控製作為其核心控製算法來研究電(diàn)機頻率變化時對應流量(liàng)的變化關係(xì),以達到提高(gāo)準確控製流量的目的。
2、模具水流量計的靜態標(biāo)定
模具水流量計在出廠時經過檢定,在(zài)實際運行中(zhōng)實時流量能同步的(de)顯示在其(qí)表頭(tóu)上,但在自動供料係統中我們需要在(zài)工控機上也實時顯示其流量,並以此進行調控,這就需要我們把(bǎ)模具水流量計本身的流量信(xìn)息及時地傳送到工(gōng)控(kòng)機上。而模具水流量計的輸出信號為4—20 mA的電流信號,工控機的采(cǎi)集卡隻能檢測0—10 V的電壓信號,故在模具水流量計的信號輸出端串接一個小於500 Q的(de)電阻用以將電流信號轉換成電壓信號¨1供采集卡采集。表(biǎo)1為模具水流量計信(xìn)號輸出端串接(jiē)一個200 Q電阻後,模具水流量計在電機(jī)運行於不同頻率時其本身測量的流量值和采集(jí)卡(kǎ)所采集的數值。由表1可知。模具水流量計的(de)波動與采集卡所采集的數值有較好的一致性,滿足實際使(shǐ)用需求。

3、模具(jù)水流量計在自動配料係統中的應用
3.1 模具水流量(liàng)計在自動配(pèi)料(liào)係統中(zhōng)的作用
在(zài)自動配料係統中(zhōng),液態原料的供給同樣是按配方的比例進行。我(wǒ)們希望在整個生(shēng)產過程中流量(liàng)都按一個常量進行供(gòng)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(gè)常量,如圖l中記錄的為固定(dìng)頻率下模具水流量計的測量值。如果人為的進行幹(gàn)預,其滯後性及精確度都得不到保證,這勢必影響產品的質量與生(shēng)產的效率。而采用工控機根據模具水流量計的實際流量進行實時的(de)監控(kòng)與調節,能讓流量穩定在很小的範圍內,這無疑大大提高(gāo)了自動供料係統的精度與效率㈨。

3.2流量的自動控製及模糊控製思想
電磁(cí)流鼉計實時(shí)地測量生產過(guò)程中的液態原料供給(gěi),工控機根據其提供的信號對變頻器的頻率進行調整從而實現流(liú)量的調節。流量的自動控製不僅要達到規定時間內總量的供給,更重要(yào)的是要保證生產過程中(zhōng)瞬(shùn)時流量的配比需求。在生產過程(chéng)中,模具水流量計計量的流量如圖2所示。

在工作(zuò)時間r內(nèi)我們期望模具水流量計測量的信號Y(t)為一(yī)常量,這也是(shì)生產過程配方比例中所期望的,而由圖1中我們(men)知道Y(t)受(shòu)各種因素的影響(xiǎng)而不停的波(bō)動。在工作時間內對Y(t)積分可得到流量的累積£:


實際生產中(zhōng)流量一直在某個區域內波動,且其動態特性不易掌握。從上麵(miàn)的理論中我們能夠讓誤差△£盡可能的小,這(zhè)樣(yàng)距我們所需要的理論值%就越接近。而減小誤(wù)差需要我們把n取的(de)盡(jìn)可能大,也就是在生產(chǎn)時間內劃分更(gèng)多(duō)的周期去(qù)調節流量。當工控機根據模具水流量(liàng)計傳送回來的信號發出(chū)調節變頻器工(gōng)作頻(pín)率的指(zhǐ)令後,電機(jī)調整功率到模具水流量計(jì)的實際測量為一個工作周期,我們知道從指(zhǐ)令(lìng)發送到實際測量值返回有一個較大的滯後,如(rú)果調節的周期時間小於流量(liàng)計本身的一個工(gōng)作周期,那(nà)麽(me)顯(xiǎn)然不可能達到減小(xiǎo)誤差的目的。利用模糊控製思想(xiǎng)H。,在控製程序中我們把流量的(de)波動區域劃分(fèn)為±缸×Yo,Yo-t-O.3,Yo±0.5四個區域,其中缸為可調節的誤差範圍,生產中我們取0.015,流量區域劃分的單位均(jun1)為t/h。針對(duì)不同的區域采取不同的調(diào)整方案。具(jù)體流程如圖3所示。圖中(zhōng)變量Rel表示實際測量的流(liú)量,變量Idea表(biǎo)示理論流量。

4、試驗結果分析
模(mó)糊控製對數學模型難以獲取、動態特性不易掌握等控製對像有較理(lǐ)想的控製效果,在其模糊法(fǎ)則和(hé)決策(cè)中幹擾和(hé)參數(shù)變化對控製效果的影響被大大減弱(ruò)。模具水流量計信(xìn)號在進入工控(kòng)之前采用均值濾波以及中值濾波後才交給(gěi)控製算法處理,盡量降低幹擾帶來的波動。采取不同的調節周期對實時的控製也很大,周期太短對流量的調節太(tài)頻繁,這樣容易導致流量的波動劇烈,若調節周期(qī)過長則(zé)容易(yì)導致(zhì)累積誤差大。經過反複實驗*後我們采取以周期為10 s,以上麵劃分的四個區域來減小流(liú)量(liàng)波動帶來的誤差(chà),其中當流量波動超過0.5 t/h時,采取周(zhōu)期為20 s、頻率4-1 Hz的調節方法,這樣能夠更好避整個生產過程中(zhōng)其誤差控製在0.15%以內。如圖(tú)4所示為采取周期為10 S的調節,在波動(dòng)較(jiào)大(dà)時采用20 S的調節;圖5所示為取(qǔ)周期為5 s的(de)調節,在波動較大時采用10 s的調節。

模糊控製的基本(běn)思想是利用計算機來實現人的控製經驗,任何工業過程(chéng)都比較容易得到其定(dìng)性認識,而由此(cǐ)出發就比較容易(yì)建立語言控製規則。在自動配料係(xì)統中我們應用其(qí)對(duì)模具水流量計的控製雖然取(qǔ)得了較理想的結果,不僅在(zài)工作時(shí)間(jiān)內以總量的控製準確同時保證了在生產過程中按產品配(pèi)方比例(lì)的控製。但如何獲得模(mó)糊規則及隸屬函數,這在目前完全憑經驗來(lái)進行,以及如何保證模糊係統的穩定性這些都是需要我們繼續研究並且提高。

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