淺析堿性汙水流量計在自動配料控製係統中的應用
點擊次數：1855 發布時間（jiān）：2020-12-24 03:12:18
1、引言
在（zài）自動配料係統中，目（mù）前應用較多流量計就是堿性汙水流量計和渦輪流量（liàng）計，堿（jiǎn）性汙水流量計因為測量管體中無阻流件，更加適合於流體介的（de）自動定量配料。據本公司的客戶案例統計，渦輪流（liú）量計用於半自動（dòng）化的定量控製中更多一點。本文探（tàn）計的是堿性汙（wū）水流量計在自動化配料控製係統中的應用。液體介質的原料的運輸傳送以及供給計量通常都需要在生產過程中安裝堿性汙水流量計以實現精確計量和控製的目（mù）的。如何實（shí）現自動化配料供（gòng）給的功能，*先需要通過（guò）高清電影（yǐng）標（biāo）定堿性汙水流量計的測量精度，再通過大量的的試驗數據的統計得到一個較為（wéi）理想的線性關係，同進找出（chū）電機頻率與流量之間的波動聯係，以此建立一個數據關係模型。再利用動態模糊控製作為其核心控製（zhì）算法，準（zhǔn）確地控製液態原料的供給（gěi）。
堿性汙水流量計是（shì）根據法拉*電磁感（gǎn）應定律（lǜ）製成，用來測（cè）量導（dǎo）電液體體積流量的儀表。目前已廣泛地被應用於工業（yè）過程?中各種導電液體的流量測量（liàng），如各種酸（suān）、堿、鹽等腐蝕性介質；各種（zhǒng）漿液流量測量，形成（chéng）了獨特（tè）的應用領域。在自動配料係統中，通過控製電機運行頻率來控製流量的大小。其應用的準確（què）度對企業產品的質量、原料（liào）的消耗（hào）以及經（jīng）濟效益等有直接的影響。堿性汙水（shuǐ）流量計（jì）作為液態原料（liào）的計量裝置，隨著微電子技術的發展而不斷提高其計量準確（què）度和應用範圍。而流量計計量是*其複雜的動態計量（liàng），其準確度會受很多因素（sù）影響，如：流體的（de）導電性（xìng）、非軸對稱、電*襯（chèn）裏附著物的影響、電機運（yùn）行的穩定性、堿性汙水流量計安裝的位置、勵磁的技術、信號線的長度以及外界（jiè）幹擾（rǎo）等。
堿性汙水流量計在調試期間常會遇到一些故障，如顯示波（bō）動、精（jīng）度下降、儀表損壞等，一經排（pái）除，以（yǐ）後（hòu）相同條件下不會再出（chū）現。究其原（yuán）因主要有儀表本身元器（qì）件損壞（huài）引起故障、有選用不當、安裝（zhuāng）不妥、環境（jìng）條件、流體特性等因素造成故障；在正（zhèng）常運行期間若出現故障，則一般由流量傳感器內壁附著層、雷電打擊以（yǐ）及環境條件變化等因素引起。日常工作中時（shí）刻注意這些故障，並很好（hǎo）地加以排除解決，堿性汙水流量計就能夠發揮它應（yīng）有的作用。本文在堿性汙水流量計正常工作的基礎上，利用其與工控（kòng）機、變頻（pín）器及電機組成自動控製係統，以模糊控製作為其核心控製算法來研究電機頻率變化時對應流量的變化關係，以（yǐ）達到提高準確控製流量（liàng）的目的（de）。
2、堿性汙（wū）水流量計的靜態標定
堿性汙（wū）水流量計在出廠（chǎng）時經過檢定（dìng），在實際運行中實時流量（liàng）能同步的顯示在（zài）其表頭上（shàng），但在自動供料係統中（zhōng）我（wǒ）們需要（yào）在工（gōng）控機上也實（shí）時顯（xiǎn）示其流量，並（bìng）以此進行調控，這就需要我（wǒ）們把（bǎ）堿性汙水流量計本身的流量信息及時地傳送到工（gōng）控機上。而堿性汙水流量計的輸出信號為4—20 mA的電流信號，工控機的采集卡隻能檢測0—10 V的電（diàn）壓信號，故（gù）在堿（jiǎn）性汙水流量計的信號輸出端串接（jiē）一個小於（yú）500 Q的電阻用以將電（diàn）流信號轉換（huàn）成電壓信號¨1供采（cǎi）集卡（kǎ）采集。表1為堿性汙水流量計信號輸出端串接一個200 Q電阻後（hòu），堿性汙水（shuǐ）流量計在電機運行於不同頻率時其本身測（cè）量的流量值和采（cǎi）集卡所采集的數值。由表1可知。堿性汙水（shuǐ）流量計的波動（dòng）與采（cǎi）集卡所采集的數值有較好的一致性，滿足實際使用需求。
3、堿性汙水流量計（jì）在自動配料係統中的應用
3．1 堿性（xìng）汙水流量計在自動配料係統中的作用
在自動配料（liào）係統中，液態原料的供給同樣是按配方的比例進行。我們（men）希望在整個生（shēng）產過程中流量都按一個常量進行供給，而實際中即使電機固定（dìng）在某個固定頻率，其流量依然不是一個常量，如圖l中（zhōng）記（jì）錄的為固定頻率下堿性（xìng）汙水流量計的測量值。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（zhè）勢必影響產品的（de）質量（liàng）與生產的效率。而采用工控機根據堿性汙水流量（liàng）計的實際流（liú）量（liàng）進行實時的監控與調節，能讓流（liú）量穩定在很小的範圍內，這無疑大大提高了自（zì）動供料係統的精度與效率㈨。
3．2流量的自動控製及模（mó）糊控製思想
電磁流鼉計實時（shí）地測量生產過程中（zhōng）的液（yè）態原料供給，工控機根據其提供的信號對變頻器的（de）頻率進行調整從而實現流量的調節。流量的自動控製（zhì）不僅要達到規定時間內總（zǒng）量的供給，更（gèng）重要的是要保證生產過程中瞬時流量的配比需求。在生產過（guò）程中，堿（jiǎn）性汙水流量計計（jì）量的（de）流量如圖2所示。
在工作時間r內（nèi）我們期望（wàng）堿性汙水流量計測量的信號Y(t)為一常量，這也是生產過程（chéng）配方（fāng）比例中所期望的，而由圖1中我們知道Y(t)受各種（zhǒng）因素的影響而不停（tíng）的波動。在（zài）工作時間內對Y(t)積分可得到流量的累積￡：
實際生產中流量一直（zhí）在（zài）某個區域內（nèi）波動，且（qiě）其動態特性不易掌握（wò）。從上麵的理論中我們能夠（gòu）讓誤差△￡盡可能的小，這樣距我們所需要的理論值％就越接近。而（ér）減小誤差需要我們把（bǎ）n取的盡（jìn）可能（néng）大，也就是在生產時間內（nèi）劃分更多的周期去調節（jiē）流量。當工控機根據堿性汙水流量計傳送回來的信號發出調節變頻器工作頻率的指令後，電機調整功率到堿性汙水流量計的實際（jì）測量為（wéi）一個工作周（zhōu）期，我（wǒ）們知道從指令發送到實際測量值返（fǎn）回有一個較大的滯後，如果調節的周期時間小於流（liú）量計本身的（de）一（yī）個工作（zuò）周期，那麽顯然不可能達到減小誤差的目的（de）。利用模糊控製思想H。，在控製程序（xù）中我們把流量的波動區域劃分為±缸×Yo，Yo-t-O．3，Yo±0．5四個區域，其中（zhōng）缸為可（kě）調節的誤（wù）差範圍（wéi），生產中我們取0．015，流量（liàng）區域劃分的單位均為t／h。針對不同的區域（yù）采取不同的調整方（fāng）案。具（jù）體流程（chéng）如圖3所示。圖中變（biàn）量Rel表示實際測量的流量，變量Idea表示理論流量。
4、試驗（yàn）結果分析
模糊控製（zhì）對數學（xué）模型難以獲（huò）取、動態特性不易掌握等控製對像（xiàng）有較理想的控製效果，在其模糊法則和決策中幹擾和參數變化對控製效果的影響被大大減弱。堿性汙水流量計信號在（zài）進入工（gōng）控之前采用均值濾波以及中值（zhí）濾波後才交給控製算法處理，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（zhì）也很大，周期太短對流量的調節太頻繁（fán），這樣容易導致流量的波動劇烈，若調節周期過長則容易導致累（lèi）積誤差大（dà）。經過反複實驗*後我們采取以周期為（wéi）10 s，以上麵劃分的四個區域（yù）來減小流量波動帶來的誤差，其中當流量波動超過0．5 t／h時，采取周期為20 s、頻率4-1 Hz的調節方法，這樣能夠更好避整個生產過（guò）程中其誤差控製在0．15％以內。如圖4所示為采取周期為10 S的（de）調節，在波動較大時采用20 S的調節；圖5所示為取周期為5 s的調節，在波動（dòng）較大（dà）時采用10 s的調節。
模（mó）糊控製（zhì）的基本（běn）思想是利用計算機來實現人的控製（zhì）經（jīng）驗，任何工業過程都（dōu）比較容易得到其定性認識，而由此出發就比較容（róng）易建立語言（yán）控製規則。在（zài）自動配料係統中我們應用其對（duì）堿性汙水流量計的控製雖然取得了較理想的結果，不僅在（zài）工作時間內以總量的控製準確同時保證了（le）在生產過程中按產品配方比例的控製。但如何獲（huò）得模糊規則及隸屬函數，這在目前完全憑（píng）經驗來進行，以及如（rú）何保證模糊（hú）係（xì）統的穩定（dìng）性這些都是需要我們繼續研（yán）究（jiū）並且提高。
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在（zài）自動配料係統中，目（mù）前應用較多流量計就是堿性汙水流量計和渦輪流量（liàng）計，堿（jiǎn）性汙水流量計因為測量管體中無阻流件，更加適合於流體介的（de）自動定量配料。據本公司的客戶案例統計，渦輪流（liú）量計用於半自動（dòng）化的定量控製中更多一點。本文探（tàn）計的是堿性汙（wū）水流量計在自動化配料控製係統中的應用。液體介質的原料的運輸傳送以及供給計量通常都需要在生產過程中安裝堿性汙水流量計以實現精確計量和控製的目（mù）的。如何實（shí）現自動化配料供（gòng）給的功能，*先需要通過（guò）高清電影（yǐng）標（biāo）定堿性汙水流量計的測量精度，再通過大量的的試驗數據的統計得到一個較為（wéi）理想的線性關係，同進找出（chū）電機頻率與流量之間的波動聯係，以此建立一個數據關係模型。再利用動態模糊控製作為其核心控製（zhì）算法，準（zhǔn）確地控製液態原料的供給（gěi）。
堿性汙水流量計是（shì）根據法拉*電磁感（gǎn）應定律（lǜ）製成，用來測（cè）量導（dǎo）電液體體積流量的儀表。目前已廣泛地被應用於工業（yè）過程?中各種導電液體的流量測量（liàng），如各種酸（suān）、堿、鹽等腐蝕性介質；各種（zhǒng）漿液流量測量，形成（chéng）了獨特（tè）的應用領域。在自動配料係統中，通過控製電機運行頻率來控製流量的大小。其應用的準確（què）度對企業產品的質量、原料（liào）的消耗（hào）以及經（jīng）濟效益等有直接的影響。堿性汙水（shuǐ）流量計（jì）作為液態原料（liào）的計量裝置，隨著微電子技術的發展而不斷提高其計量準確（què）度和應用範圍。而流量計計量是*其複雜的動態計量（liàng），其準確度會受很多因素（sù）影響，如：流體的（de）導電性（xìng）、非軸對稱、電*襯（chèn）裏附著物的影響、電機運（yùn）行的穩定性、堿性汙水流量計安裝的位置、勵磁的技術、信號線的長度以及外界（jiè）幹擾（rǎo）等。
堿性汙水流量計在調試期間常會遇到一些故障，如顯示波（bō）動、精（jīng）度下降、儀表損壞等，一經排（pái）除，以（yǐ）後（hòu）相同條件下不會再出（chū）現。究其原（yuán）因主要有儀表本身元器（qì）件損壞（huài）引起故障、有選用不當、安裝（zhuāng）不妥、環境（jìng）條件、流體特性等因素造成故障；在正（zhèng）常運行期間若出現故障，則一般由流量傳感器內壁附著層、雷電打擊以（yǐ）及環境條件變化等因素引起。日常工作中時（shí）刻注意這些故障，並很好（hǎo）地加以排除解決，堿性汙水流量計就能夠發揮它應（yīng）有的作用。本文在堿性汙水流量計正常工作的基礎上，利用其與工控（kòng）機、變頻（pín）器及電機組成自動控製係統，以模糊控製作為其核心控製算法來研究電機頻率變化時對應流量的變化關係，以（yǐ）達到提高準確控製流量（liàng）的目的（de）。
2、堿性汙（wū）水流量計的靜態標定
堿性汙（wū）水流量計在出廠（chǎng）時經過檢定（dìng），在實際運行中實時流量（liàng）能同步的顯示在（zài）其表頭上（shàng），但在自動供料係統中（zhōng）我（wǒ）們需要（yào）在工（gōng）控機上也實（shí）時顯（xiǎn）示其流量，並（bìng）以此進行調控，這就需要我（wǒ）們把（bǎ）堿性汙水流量計本身的流量信息及時地傳送到工（gōng）控機上。而堿性汙水流量計的輸出信號為4—20 mA的電流信號，工控機的采集卡隻能檢測0—10 V的電（diàn）壓信號，故（gù）在堿（jiǎn）性汙水流量計的信號輸出端串接（jiē）一個小於（yú）500 Q的電阻用以將電（diàn）流信號轉換（huàn）成電壓信號¨1供采（cǎi）集卡（kǎ）采集。表1為堿性汙水流量計信號輸出端串接一個200 Q電阻後（hòu），堿性汙水（shuǐ）流量計在電機運行於不同頻率時其本身測（cè）量的流量值和采（cǎi）集卡所采集的數值。由表1可知。堿性汙水（shuǐ）流量計的波動（dòng）與采（cǎi）集卡所采集的數值有較好的一致性，滿足實際使用需求。
3、堿性汙水流量計（jì）在自動配料係統中的應用
3．1 堿性（xìng）汙水流量計在自動配料係統中的作用
在自動配料（liào）係統中，液態原料的供給同樣是按配方的比例進行。我們（men）希望在整個生（shēng）產過程中流量都按一個常量進行供給，而實際中即使電機固定（dìng）在某個固定頻率，其流量依然不是一個常量，如圖l中（zhōng）記（jì）錄的為固定頻率下堿性（xìng）汙水流量計的測量值。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（zhè）勢必影響產品的（de）質量（liàng）與生產的效率。而采用工控機根據堿性汙水流量（liàng）計的實際流（liú）量（liàng）進行實時的監控與調節，能讓流（liú）量穩定在很小的範圍內，這無疑大大提高了自（zì）動供料係統的精度與效率㈨。
3．2流量的自動控製及模（mó）糊控製思想
電磁流鼉計實時（shí）地測量生產過程中（zhōng）的液（yè）態原料供給，工控機根據其提供的信號對變頻器的（de）頻率進行調整從而實現流量的調節。流量的自動控製（zhì）不僅要達到規定時間內總（zǒng）量的供給，更（gèng）重要的是要保證生產過程中瞬時流量的配比需求。在生產過（guò）程中，堿（jiǎn）性汙水流量計計（jì）量的（de）流量如圖2所示。
在工作時間r內（nèi）我們期望（wàng）堿性汙水流量計測量的信號Y(t)為一常量，這也是生產過程（chéng）配方（fāng）比例中所期望的，而由圖1中我們知道Y(t)受各種（zhǒng）因素的影響而不停（tíng）的波動。在（zài）工作時間內對Y(t)積分可得到流量的累積￡：
實際生產中流量一直（zhí）在（zài）某個區域內（nèi）波動，且（qiě）其動態特性不易掌握（wò）。從上麵的理論中我們能夠（gòu）讓誤差△￡盡可能的小，這樣距我們所需要的理論值％就越接近。而（ér）減小誤差需要我們把（bǎ）n取的盡（jìn）可能（néng）大，也就是在生產時間內（nèi）劃分更多的周期去調節（jiē）流量。當工控機根據堿性汙水流量計傳送回來的信號發出調節變頻器工作頻率的指令後，電機調整功率到堿性汙水流量計的實際（jì）測量為（wéi）一個工作周（zhōu）期，我（wǒ）們知道從指令發送到實際測量值返（fǎn）回有一個較大的滯後，如果調節的周期時間小於流（liú）量計本身的（de）一（yī）個工作（zuò）周期，那麽顯然不可能達到減小誤差的目的（de）。利用模糊控製思想H。，在控製程序（xù）中我們把流量的波動區域劃分為±缸×Yo，Yo-t-O．3，Yo±0．5四個區域，其中（zhōng）缸為可（kě）調節的誤（wù）差範圍（wéi），生產中我們取0．015，流量（liàng）區域劃分的單位均為t／h。針對不同的區域（yù）采取不同的調整方（fāng）案。具（jù）體流程（chéng）如圖3所示。圖中變（biàn）量Rel表示實際測量的流量，變量Idea表示理論流量。
4、試驗（yàn）結果分析
模糊控製（zhì）對數學（xué）模型難以獲（huò）取、動態特性不易掌握等控製對像（xiàng）有較理想的控製效果，在其模糊法則和決策中幹擾和參數變化對控製效果的影響被大大減弱。堿性汙水流量計信號在（zài）進入工（gōng）控之前采用均值濾波以及中值（zhí）濾波後才交給控製算法處理，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（zhì）也很大，周期太短對流量的調節太頻繁（fán），這樣容易導致流量的波動劇烈，若調節周期過長則容易導致累（lèi）積誤差大（dà）。經過反複實驗*後我們采取以周期為（wéi）10 s，以上麵劃分的四個區域（yù）來減小流量波動帶來的誤差，其中當流量波動超過0．5 t／h時，采取周期為20 s、頻率4-1 Hz的調節方法，這樣能夠更好避整個生產過（guò）程中其誤差控製在0．15％以內。如圖4所示為采取周期為10 S的（de）調節，在波動較大時采用20 S的調節；圖5所示為取周期為5 s的調節，在波動（dòng）較大（dà）時采用10 s的調節。
模（mó）糊控製（zhì）的基本（běn）思想是利用計算機來實現人的控製（zhì）經（jīng）驗，任何工業過程都（dōu）比較容易得到其定性認識，而由此出發就比較容（róng）易建立語言（yán）控製規則。在（zài）自動配料係統中我們應用其對（duì）堿性汙水流量計的控製雖然取得了較理想的結果，不僅在（zài）工作時間內以總量的控製準確同時保證了（le）在生產過程中按產品配方比例的控製。但如何獲（huò）得模糊規則及隸屬函數，這在目前完全憑（píng）經驗來進行，以及如（rú）何保證模糊（hú）係（xì）統的穩定（dìng）性這些都是需要我們繼續研（yán）究（jiū）並且提高。
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