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淺析電磁流量計(jì)在自動(dòng)配料控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
發(fā)表時(shí)間：2018-06-20 ??點(diǎn)擊次數(shù)：731? 技術(shù)支持：1560-1403-222
1 引言
在自動(dòng)配料系統(tǒng)中，目前應(yīng)用較多流量計(jì)就是電磁流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，電磁流量計(jì)因?yàn)闇y(cè)量管體中無(wú)阻流件，更加適合于流體介的自動(dòng)定量配料。據(jù)本公司的客戶案例統(tǒng)計(jì)，渦輪流量計(jì)用于半自動(dòng)化的定量控制中更多一點(diǎn)。本文探計(jì)的是電磁流量計(jì)在自動(dòng)化配料控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。液體介質(zhì)的原料的運(yùn)輸傳送以及供給計(jì)量通常都需要在生產(chǎn)過(guò)程中安裝電磁流量計(jì)以實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量和控制的目的。如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化配料供給的功能，*先需要通過(guò)高清電影標(biāo)定電磁流量計(jì)的測(cè)量精度，再通過(guò)大量的的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)得到一個(gè)較為理想的線性關(guān)系，同進(jìn)找出電機(jī)頻率與流量之間的波動(dòng)聯(lián)系，以此建立一個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)系模型。再利用動(dòng)態(tài)模糊控制作為其核心控制算法，準(zhǔn)確地控制液態(tài)原料的供給。
電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成，用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。目前已**地被應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程?中各種導(dǎo)電液體的流量測(cè)量，如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)；各種漿液流量測(cè)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(guò)控制電機(jī)運(yùn)行頻率來(lái)控制流量的大小。其應(yīng)用的準(zhǔn)確度對(duì)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)量準(zhǔn)確度和應(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，其準(zhǔn)確度會(huì)受很多因素影響，如：流體的導(dǎo)電性、非軸對(duì)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(zhǎng)度以及外界干擾等。
電磁流量計(jì)在調(diào)試期間常會(huì)遇到一些故障，如顯示波動(dòng)、精度下降、儀表?yè)p壞等，一經(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(lái)研究電機(jī)頻率變化時(shí)對(duì)應(yīng)流量的變化關(guān)系，以達(dá)到提高準(zhǔn)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(guò)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—20 mA的電流信號(hào)，工控機(jī)的采集卡只能檢測(cè)0—10 V的電壓信號(hào)，故在電磁流量計(jì)的信號(hào)輸出端串接一個(gè)小于500 Q的電阻用以將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)¨1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)200 Q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(cè)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)值有較好的一致性，滿足實(shí)際使用需求。
表1 電磁流量計(jì)的波動(dòng)與采集卡所采集的數(shù)值
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(guò)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l中記錄的為固定頻率下電磁流量計(jì)的測(cè)量值。如果人為的進(jìn)行干預(yù)，其滯后性及精確度都得不到保證，這勢(shì)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(wú)疑大大提高了自動(dòng)供料系統(tǒng)的精度與效率㈨。
圖1 固定頻率下電磁流量計(jì)的流量值
3．2流量的自動(dòng)控制及模糊控制思想
電磁流鼉計(jì)實(shí)時(shí)地測(cè)量生產(chǎn)過(guò)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(duì)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(guò)程中瞬時(shí)流量的配比需求。在生產(chǎn)過(guò)程中，電磁流量計(jì)計(jì)量的流量如圖2所示。
圖2電磁流量計(jì)計(jì)量的流量
在工作時(shí)間r內(nèi)我們期望電磁流量計(jì)測(cè)量的信號(hào)Y(t)為一常量，這也是生產(chǎn)過(guò)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(duì)Y(t)積分可得到流量的累積￡：
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△￡盡可能的小，這樣距我們所需要的理論值％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(lái)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(cè)量為一個(gè)工作周期，我們知道從指令發(fā)送到實(shí)際測(cè)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H。，在控制程序中我們把流量的波動(dòng)區(qū)域劃分為±缸×Yo，Yo-t-O．3，Yo±0．5四個(gè)區(qū)域，其中缸為可調(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(duì)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(cè)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(duì)數(shù)學(xué)模型難以獲取、動(dòng)態(tài)特性不易掌握等控制對(duì)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(duì)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(lái)的波動(dòng)。采取不同的調(diào)節(jié)周期對(duì)實(shí)時(shí)的控制也很大，周期太短對(duì)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(guò)長(zhǎng)則容易導(dǎo)致累積誤差大。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)后我們采取以周期為10 s，以上面劃分的四個(gè)區(qū)域來(lái)減小流量波動(dòng)帶來(lái)的誤差，其中當(dāng)流量波動(dòng)超過(guò)0．5 t／h時(shí)，采取周期為20 s、頻率4-1 Hz的調(diào)節(jié)方法，這樣能夠更好避整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中其誤差控制在0．15％以內(nèi)。如圖4所示為采取周期為10 S的調(diào)節(jié)，在波動(dòng)較大時(shí)采用20 S的調(diào)節(jié)；圖5所示為取周期為5 s的調(diào)節(jié)，在波動(dòng)較大時(shí)采用10 s的調(diào)節(jié)。
模糊控制的基本思想是利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)，任何工業(yè)過(guò)程都比較容易得到其定性認(rèn)識(shí)，而由此出發(fā)就比較容易建立語(yǔ)言控制規(guī)則。在自動(dòng)配料系統(tǒng)中我們應(yīng)用其對(duì)電磁流量計(jì)的控制雖然取得了較理想的結(jié)果，不僅在工作時(shí)間內(nèi)以總量的控制準(zhǔn)確同時(shí)保證了在生產(chǎn)過(guò)程中按產(chǎn)品配方比例的控制。但如何獲得模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)，這在目前完全憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，以及如何保證模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性這些都是需要我們繼續(xù)研究并且提高。
上一條：降低電磁流量計(jì)的外部電磁干擾及如何進(jìn)行流量計(jì)的電磁兼容性分析
下一條：用于冷凝器液位測(cè)量的磁翻板液位計(jì)工作原理及常見(jiàn)故障分析
在自動(dòng)配料系統(tǒng)中，目前應(yīng)用較多流量計(jì)就是電磁流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，電磁流量計(jì)因?yàn)闇y(cè)量管體中無(wú)阻流件，更加適合于流體介的自動(dòng)定量配料。據(jù)本公司的客戶案例統(tǒng)計(jì)，渦輪流量計(jì)用于半自動(dòng)化的定量控制中更多一點(diǎn)。本文探計(jì)的是電磁流量計(jì)在自動(dòng)化配料控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。液體介質(zhì)的原料的運(yùn)輸傳送以及供給計(jì)量通常都需要在生產(chǎn)過(guò)程中安裝電磁流量計(jì)以實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量和控制的目的。如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化配料供給的功能，*先需要通過(guò)高清電影標(biāo)定電磁流量計(jì)的測(cè)量精度，再通過(guò)大量的的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)得到一個(gè)較為理想的線性關(guān)系，同進(jìn)找出電機(jī)頻率與流量之間的波動(dòng)聯(lián)系，以此建立一個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)系模型。再利用動(dòng)態(tài)模糊控制作為其核心控制算法，準(zhǔn)確地控制液態(tài)原料的供給。
電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成，用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。目前已**地被應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程?中各種導(dǎo)電液體的流量測(cè)量，如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)；各種漿液流量測(cè)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(guò)控制電機(jī)運(yùn)行頻率來(lái)控制流量的大小。其應(yīng)用的準(zhǔn)確度對(duì)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)量準(zhǔn)確度和應(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，其準(zhǔn)確度會(huì)受很多因素影響，如：流體的導(dǎo)電性、非軸對(duì)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(zhǎng)度以及外界干擾等。
電磁流量計(jì)在調(diào)試期間常會(huì)遇到一些故障，如顯示波動(dòng)、精度下降、儀表?yè)p壞等，一經(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(lái)研究電機(jī)頻率變化時(shí)對(duì)應(yīng)流量的變化關(guān)系，以達(dá)到提高準(zhǔn)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(guò)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—20 mA的電流信號(hào)，工控機(jī)的采集卡只能檢測(cè)0—10 V的電壓信號(hào)，故在電磁流量計(jì)的信號(hào)輸出端串接一個(gè)小于500 Q的電阻用以將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)¨1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)200 Q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(cè)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)值有較好的一致性，滿足實(shí)際使用需求。
表1 電磁流量計(jì)的波動(dòng)與采集卡所采集的數(shù)值
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(guò)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l中記錄的為固定頻率下電磁流量計(jì)的測(cè)量值。如果人為的進(jìn)行干預(yù)，其滯后性及精確度都得不到保證，這勢(shì)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(wú)疑大大提高了自動(dòng)供料系統(tǒng)的精度與效率㈨。
圖1 固定頻率下電磁流量計(jì)的流量值
3．2流量的自動(dòng)控制及模糊控制思想
電磁流鼉計(jì)實(shí)時(shí)地測(cè)量生產(chǎn)過(guò)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(duì)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(guò)程中瞬時(shí)流量的配比需求。在生產(chǎn)過(guò)程中，電磁流量計(jì)計(jì)量的流量如圖2所示。
圖2電磁流量計(jì)計(jì)量的流量
在工作時(shí)間r內(nèi)我們期望電磁流量計(jì)測(cè)量的信號(hào)Y(t)為一常量，這也是生產(chǎn)過(guò)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(duì)Y(t)積分可得到流量的累積￡：
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△￡盡可能的小，這樣距我們所需要的理論值％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(lái)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(cè)量為一個(gè)工作周期，我們知道從指令發(fā)送到實(shí)際測(cè)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H。，在控制程序中我們把流量的波動(dòng)區(qū)域劃分為±缸×Yo，Yo-t-O．3，Yo±0．5四個(gè)區(qū)域，其中缸為可調(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(duì)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(cè)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(duì)數(shù)學(xué)模型難以獲取、動(dòng)態(tài)特性不易掌握等控制對(duì)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(duì)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(lái)的波動(dòng)。采取不同的調(diào)節(jié)周期對(duì)實(shí)時(shí)的控制也很大，周期太短對(duì)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(guò)長(zhǎng)則容易導(dǎo)致累積誤差大。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)后我們采取以周期為10 s，以上面劃分的四個(gè)區(qū)域來(lái)減小流量波動(dòng)帶來(lái)的誤差，其中當(dāng)流量波動(dòng)超過(guò)0．5 t／h時(shí)，采取周期為20 s、頻率4-1 Hz的調(diào)節(jié)方法，這樣能夠更好避整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中其誤差控制在0．15％以內(nèi)。如圖4所示為采取周期為10 S的調(diào)節(jié)，在波動(dòng)較大時(shí)采用20 S的調(diào)節(jié)；圖5所示為取周期為5 s的調(diào)節(jié)，在波動(dòng)較大時(shí)采用10 s的調(diào)節(jié)。
模糊控制的基本思想是利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)人的控制經(jīng)驗(yàn)，任何工業(yè)過(guò)程都比較容易得到其定性認(rèn)識(shí)，而由此出發(fā)就比較容易建立語(yǔ)言控制規(guī)則。在自動(dòng)配料系統(tǒng)中我們應(yīng)用其對(duì)電磁流量計(jì)的控制雖然取得了較理想的結(jié)果，不僅在工作時(shí)間內(nèi)以總量的控制準(zhǔn)確同時(shí)保證了在生產(chǎn)過(guò)程中按產(chǎn)品配方比例的控制。但如何獲得模糊規(guī)則及隸屬函數(shù)，這在目前完全憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，以及如何保證模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性這些都是需要我們繼續(xù)研究并且提高。
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