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| 配料系統(tǒng)中的精確定量控制 | 2020-02-24 |
| 摘要：配料系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，對(duì)影響配料精度的各個(gè)因素作了分析，并提出了改進(jìn)措施和補(bǔ)償方法,利用SY稱(chēng)重儀表實(shí)現(xiàn)了批量加料自動(dòng)控制，該配料系統(tǒng)在細(xì)化工廠進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，取得了很好的效果,計(jì)量精度始終保持在+5‰以?xún)?nèi)，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。 1引言 在化工、石化、食品、制藥等領(lǐng)域，很多生產(chǎn)過(guò)程需要進(jìn)行批量加料配料系統(tǒng)，就是把物料精確定量地加入到容器。目前為止，仍然有一部分企業(yè)是通過(guò)手工操作來(lái)完成批量加料的：⑴操作人員首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制加入計(jì)量罐的物料量，然后再將計(jì)量罐中的物料全部轉(zhuǎn)入容器[1]，實(shí)現(xiàn)比較精確的批量加料；⑵操作人員首先采用稱(chēng)重的方式使用容器來(lái)盛裝一定量的物料，最后將容器內(nèi)的物料手工倒入容器，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)批量加料。采用手工操作方式不僅工作效率低，而且在第二種方式下操作人員還有可能接觸到有毒物料，存在安全隱患。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，這些企業(yè)迫切希望通過(guò)提升自動(dòng)化水平來(lái)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)自動(dòng)化水平的提升也能消除操作中存在的安全隱患。而采用自動(dòng)配料系統(tǒng)正是提升自動(dòng)化水平的有效手段之一。 在自動(dòng)配料系統(tǒng)中，有若干因素對(duì)加料精度有重要影響，如閥門(mén)動(dòng)作滯后、流體密度變化和閥前壓力變化等，配料系統(tǒng)對(duì)這些因素作了分析并提出了相應(yīng)的補(bǔ)償措施。生產(chǎn)實(shí)踐表明，帶補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)配料系統(tǒng)加料精度高、重復(fù)性好，同時(shí)操作簡(jiǎn)便，這種配料系統(tǒng)的應(yīng)用在生產(chǎn)中獲得了的控制效果，提高了生產(chǎn)安全性和生產(chǎn)效率，增加了企業(yè)效益。 2影響配料系統(tǒng)加料精度的因素 在配料系統(tǒng)中，加料精度是重要的控制指標(biāo)，這里所說(shuō)的加料精度是指每批實(shí)際加料總量同預(yù)期加料總量的一致程度。影響加料精度的因素除了閥門(mén)動(dòng)作滯后外，主要的還有流體密度變化，閥前壓力變化等。 （1）閥門(mén)動(dòng)作滯后引起的誤差 在不帶補(bǔ)償?shù)目刂七^(guò)程中，稱(chēng)重控制器計(jì)算實(shí)際加料量，當(dāng)實(shí)際加料量達(dá)到加料設(shè)定值時(shí)關(guān)閉加料閥，從整個(gè)動(dòng)作過(guò)程可知，閥門(mén)關(guān)閉動(dòng)作滯后必然引起加料誤差，誤差值約為滯后時(shí)間與關(guān)閉時(shí)瞬時(shí)體積流量、流體密度的乘積，其中滯后時(shí)間為從稱(chēng)重控制器輸出關(guān)閥信號(hào)到切斷閥關(guān)死之間全部時(shí)間，"即包括繼電器的動(dòng)作滯后和切斷閥的動(dòng)作滯后。 （2）閥前壓力變化對(duì)加料精度的影響 在配料系統(tǒng)中，滿罐時(shí)液位和罐中料液即將發(fā)完時(shí)液位的高度差可能很大，儲(chǔ)罐中液位高度變化引起閥前的流體壓力發(fā)生變化，而壓力變化將引起加料流量變化，而瞬時(shí)體積流量不同，則會(huì)影響執(zhí)行器動(dòng)作滯后引起的誤差值。所以，雖然執(zhí)行器動(dòng)作滯后才是引起該誤差的根本原因，但在對(duì)該誤差進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)還必須要考慮瞬時(shí)體積流量變化的影響。 （3）密度變化對(duì)計(jì)量精度的影響 自動(dòng)配料系統(tǒng)常以電磁切斷閥或氣動(dòng)電動(dòng)切斷閥為終端執(zhí)行元件，以流量傳感器來(lái)完成流量采集。流量傳感器或變送器的型號(hào)有很大的選擇空間，有的選用科氏力質(zhì)量流量計(jì)，它具有很高的測(cè)量精度而且直接顯示質(zhì)量流量，這當(dāng)然有利于提高計(jì)量準(zhǔn)確度，但是投資較高，所以目前大多數(shù)用戶仍使用渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)等體積流量計(jì)來(lái)采集流量信號(hào)，但在將這類(lèi)流量計(jì)測(cè)量的信號(hào)轉(zhuǎn)換為物料質(zhì)量時(shí)需要乘以物料的密度系數(shù)。但是，物料密度是隨溫度變化而改變，往往不是一個(gè)常數(shù)，所以當(dāng)物料密度隨溫度變化較大或在加料精度要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)合，控制配料系統(tǒng)必須要考慮物料密度變化對(duì)精度的影響。 3自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì) （1）自動(dòng)批星加料配料系統(tǒng)精度補(bǔ)償措施 執(zhí)行器動(dòng)作滯后和閥前壓力變化引起的誤差往往結(jié)合在一起而統(tǒng)一表現(xiàn)為滯后誤差，誤差在稱(chēng)重顯示器的在配料系統(tǒng)中準(zhǔn)確地讀出。但是我們知道，由于閩前壓力不斷變化引起瞬時(shí)體積流量也不斷變化，那時(shí)瞬時(shí)重量的固定值簡(jiǎn)単地應(yīng)用在稱(chēng)重控制器參數(shù)中可以設(shè)置一個(gè)固定提前量，當(dāng)實(shí)際累積是等于設(shè)定累積是減去稱(chēng)重控制器輸出信號(hào)關(guān)閉切斷閥的方式來(lái)進(jìn)行補(bǔ)億。 為了體現(xiàn)更好的補(bǔ)充，稱(chēng)重控制器判斷立即輸出信號(hào)關(guān)閉切斷閥，那么在關(guān)閉過(guò)程中將流量呼應(yīng)的物料提前量，使得最終加料量與設(shè)定加料量一致。 首先在稱(chēng)重控制器中設(shè)定一等數(shù)值等于的設(shè)定加料量，當(dāng)累積量達(dá)到設(shè)定加料量時(shí)稱(chēng)重控制器輸岀信號(hào)關(guān)閉切斷閥并讀取瞬時(shí)重量，當(dāng)閥關(guān)閉該后，總是發(fā)現(xiàn)實(shí)際加料是大于設(shè)定量，則可按滯后時(shí)間，過(guò)多重量將呈現(xiàn)在平均值中并存儲(chǔ)在稱(chēng)重控制器內(nèi)使用。 需要指出的是,在此我們是通過(guò)計(jì)算滯后時(shí)間的方式來(lái)對(duì)執(zhí)行器動(dòng)作滯后和閥前壓力變化引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償,但能對(duì)此誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞讲⒉幌抻谶@一種,還可以通過(guò)控制大小閥的方式來(lái)實(shí)現(xiàn),對(duì)其它方式配料系統(tǒng)不再詳述。 最后，我們還需要對(duì)流體密度進(jìn)行補(bǔ)償，它隨著溫度的變化而變化，我們可以采集流體的溫度信號(hào)作為補(bǔ)償參數(shù)，根據(jù)物料溫度與物料密度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系對(duì)密度進(jìn)行補(bǔ)償。在稱(chēng)重控制器內(nèi)部可以設(shè)置折線表格，將物料溫度和密度的曲線關(guān)系根據(jù)精度要求不同而轉(zhuǎn)化為不同段數(shù)的折線，精度要求越高則設(shè)置折線段數(shù)越多，這樣由采集到的溫度值再結(jié)合折線表格就能得到準(zhǔn)確的流體密度值。 （2)自動(dòng)配料系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) SY稱(chēng)重儀表是浙江中控自動(dòng)化儀表有限公司生產(chǎn)的采用工業(yè)級(jí)32位ARM7微處理器和5.6英寸TFT彩色液晶顯示屏的多回路稱(chēng)重控制器，它集成了測(cè)量、顯示、記錄、控制、報(bào)警、通訊、運(yùn)算等多種功能，可以實(shí)現(xiàn)單回路控制、串級(jí)控制、分程控制、比值控制、程序曲線控制、批量控制等多種控制方案，在多種工業(yè)控制領(lǐng)域都有成功的應(yīng)用案例。 利用SY靈活的表達(dá)式編程功能和內(nèi)部功能模塊，可在稱(chēng)重控制器內(nèi)部方便地實(shí)現(xiàn)上節(jié)所述的補(bǔ)償算法，對(duì)執(zhí)行器動(dòng)作滯后和物料密度變化等因素作出有效補(bǔ)償。 利用稱(chēng)重稱(chēng)重控制器靈活的表達(dá)式編程功能和內(nèi)部功能模塊,BT在稱(chēng)重控制器內(nèi)部方便地實(shí)現(xiàn)上節(jié)所述的補(bǔ)德算法，對(duì)執(zhí)行矗動(dòng)作滯后和物料密度變化等因素作出有效林總二奪典型的批量加料配料系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)示意圖如圈1所親，稱(chēng)重控制器通過(guò)熱電偶梁棄物料溫度信號(hào)，并利用內(nèi)畳乾溫度蜜度對(duì)應(yīng)折蠶表餌到當(dāng)前溫度下的物紂密度；稱(chēng)重控制器通過(guò)流量計(jì)楊到當(dāng)前的瞬時(shí)體積流量v,結(jié)合物料密度p并利用稱(chēng)重控制器內(nèi)果積功能模塊運(yùn)聳可標(biāo);到當(dāng)前的果積加料星2“當(dāng)稱(chēng)重控制器判斷式徑i條件成立時(shí)，將輸出開(kāi)美星信號(hào)關(guān)閉外圍的加紐泵和開(kāi)美閥來(lái)停止加料•，等閥關(guān)閉后實(shí)際流經(jīng)閥門(mén)的加料是將被控制 AI是SY稱(chēng)重儀表的模擬量輸入通道，它可以測(cè)量電壓、電流、電阻等各種信號(hào)；DI是SY稱(chēng)重儀表的開(kāi)關(guān)量輸入通道，它可以測(cè)量外部開(kāi)關(guān)信號(hào)；VA是SY稱(chēng)重儀表的內(nèi)部運(yùn)算模塊，它可以實(shí)現(xiàn)各種浮點(diǎn)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；DO是SY稱(chēng)重儀表的開(kāi)關(guān)量輸出通道，它通過(guò)控制繼電器動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備的開(kāi)啟或閉合；批量控制模塊是核心模塊，用于計(jì)算確定泵和閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間。 設(shè)定加料值可以在稱(chēng)重控制器的設(shè)定值窗口更改，配合稱(chēng)重控制器外圍的啟動(dòng)和停止按鈕，保證了操作簡(jiǎn)便可靠。同時(shí)，配料系統(tǒng)在具備自動(dòng)控制功能的同時(shí)，還具備手動(dòng)功能，在需要時(shí)，操作人員可手動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)的啟閉。最后，配料系統(tǒng)將自動(dòng)記錄并顯示毎次加料的閥位狀態(tài)、加料星、物料流量等各種數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需要打印出報(bào)表或發(fā)送到上位機(jī)作統(tǒng)計(jì)分析。 4應(yīng)用實(shí)例 所設(shè)計(jì)的基于SY的具有補(bǔ)償功能的自動(dòng)配料系統(tǒng)，應(yīng)用于山東瑞康精細(xì)化工廠染料生產(chǎn)車(chē)間實(shí)現(xiàn)對(duì)濃硫酸的配料系統(tǒng)。考慮到介質(zhì)特性，配料系統(tǒng)中采用了精度是0.5級(jí)的電磁流量計(jì)。在完成對(duì)參數(shù)的測(cè)定和存儲(chǔ)后，該自動(dòng)加料控制配料系統(tǒng)補(bǔ)償，不僅控制精度高而且操作簡(jiǎn)便可靠，獲得了滿意的控制效果，計(jì)量精度始終保持在+5‰以?xún)?nèi)。 配料系統(tǒng)介紹的是單個(gè)單元的批量加料配料系統(tǒng)，而在一些具有大量批量應(yīng)用的場(chǎng)合，則可以利用SY的網(wǎng)絡(luò)通訊功能組成批量控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各車(chē)間批量加料配料系統(tǒng)之間的連鎖功能，并用上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)加料配料系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。 | |
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