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)量來達(dá)到正確控制的目的。首先通過靜態(tài)標(biāo)定電磁流量計(jì)的測量精度,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,正確地控制液態(tài)原料的供給。
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，用來測量導(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)過程"中各種導(dǎo)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，形成了獨(dú)特的應(yīng)用領(lǐng)域。在自動(dòng)配料系統(tǒng)中,通過控制電機(jī)運(yùn)行頻率來控制流量的大小。其應(yīng)用的精度對企業(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)量精度和應(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,其精度會(huì)受很多因素影響,如:流體的導(dǎo)電性、非軸對稱、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--些故障,如顯示波動(dòng)、精度下降、儀表損壞等,-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研究電機(jī)頻率變化時(shí)對應(yīng)流量的變化關(guān)系,以達(dá)到提高正確控制流量的目的。
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4~20mA的電流信號(hào),工控機(jī)的采集卡只能檢測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--個(gè)小于500Ω的電阻用以將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)“l(fā)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)200Ω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-致性,滿足實(shí)際使用需求。
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)的測量值。如果人為的進(jìn)行干預(yù),其滯后性及精度都得不到保證,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(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)，這無疑大大提高了自動(dòng)供料系統(tǒng)的精度與效率5
3.2流量的自動(dòng)控制及模糊控制思想
電磁流量計(jì)實(shí)時(shí)地測量生產(chǎn)過程中的液態(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)過程中瞬時(shí)流量的配比需求。在生產(chǎn)過程中，電磁流量計(jì)計(jì)量的流量如圖2所示。
在工作時(shí)間T內(nèi)我們期望電磁流量計(jì)測量的信號(hào)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(dòng)。在工作時(shí)間內(nèi)對y(t)積分可得到流量的累積L:
假定干擾信號(hào)全部看作為正弦波后yδ(t)=ysint,在7時(shí)間內(nèi)其運(yùn)行的周期為n,則?=2π/T帶入式(4)得:
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ΔL盡可能的小，這樣距我們所需要的理論值yo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)際測量為一個(gè)工作周期,我們知道從指令發(fā)送到實(shí)際測量值返回有-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,在控制程序中我們把流量的波動(dòng)區(qū)域劃分為也±△x×yo,yo±03,yo±0.5四個(gè)區(qū)域,其中sx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(shí)際測量的流量，變量Idea表示理論流量。
4試驗(yàn)結(jié)果分析
模糊控制對數(shù)學(xué)模型難以獲取、動(dòng)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(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,盡量降低干擾帶來的波動(dòng)。采取不同的調(diào)節(jié)周期對實(shí)時(shí)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(dǎo)致流量的波動(dòng)劇烈,若調(diào)節(jié)周期過長則容易導(dǎo)致累積誤差大。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)最后我們采取以周期為10s,以上面劃分的四個(gè)區(qū)域來減小流量波動(dòng)帶來的誤差,其中當(dāng)流量波動(dòng)超過0.5t/h時(shí),采取周期為20s.頻率土Hz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(diǎn),更加有效地達(dá)到調(diào)節(jié)效果。
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