在自动配料系统中,液态原料的供给通常需要电磁流量计的计量来达到精确控制的目的。首先通过静态标定电磁流量计的测量精度,在大量试验的基础上拟合出较理想的线性关系,同时找出电机频率与流量间的波动联系,然后利用动态模糊控制作为其核心控制算法,准确地控制液态原料的供给。
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成,用来测量导电液体体积流量的仪表。目前已**地被应用于工业过程[1]中各种导电液体的流量测量,如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质;各种浆液流量测量,形成了独特的应用领域。在自动配料系统中,通过控制电机运行频率来控制流量的大小。其应用的准确度对企业产品的质量、原料的消耗以及经济效益等有直接的影响。电磁流量计作为液态原料的计量装置,随着微电子技术的发展而不断提高其计量准确度和应用范围。而流量计计量是极其复杂的动态计量,其准确度会受很多因素影响,如:流体的导电性、非轴对称、电极衬里附着物的影响、电机运行的稳定性、电磁流量计安装的位置、励磁的技术、信号线的长度以及外界等。①
电磁流量计在调试期间常会遇到一些故障,如显示波动、精度下降、仪表损坏等,一经排除,以后相同条件下不会再出现。究其原因主要有仪表本身元器件损坏引起故障、有选用不当、安装不妥、环境条件、流体特性等因素造成故障;在正常运行期间若出现故障,则一般由流量传感器内壁附着层、雷电打击以及环境条件变化等因素引起。日常工作中时刻注意这些故障,并很好地加以排除解决,电磁流量计就能够发挥它应有的作用。本文在电磁流量计正常工作的基础上,利用其与工控机、变频器及电机组成自动控制系统,以模糊控制作为其核心控制算法来研究电机频率变化时对应流量的变化关系,以达到提高准确控制流量的目的。
2 电磁流量计的静态标定
电磁流量计在出厂时经过检定,在实际运行中实时流量能同步的显示在其表头上,但在自动供料系统中我们需要在工控机上也实时显示其流量,并以此进行调控,这就需要我们把电磁流量计本身的流量信息及时地传送到工控机上。而电磁流量计的输出信号为4~20mA的电流信号,工控机的采集卡只能检测0~10V的电压信号,故在电磁流量计的信号输出端串接一个小于500Ω的电阻用以将电流信号转换成电压信号[2]供采集卡采集。表1为电磁流量计信号输出端串接一个200Ω电阻后,电磁流量计在电机运行于不同频率时其本身测量的流量值和采集卡所采集的数值。电磁流量计的波动与采集卡所采集的数值有较好的一致性,满足实际使用需求。
3 电磁流量计在自动配料系统中的应用
3.1 电磁流量计在自动配料系统中的作用
在自动配料系统中,液态原料的供给同样是按配方的比例进行。我们希望在整个生产过程中流量都按一个常量进行供给,而实际中即使电机固定在某个固定频率,其流量依然不是一个常量,如图1中记录的为固定频率下电磁流量计的测量值。如果人为的进行干预,其滞后性及精确度都得不到保证,这势必影响产品的质量与生产的效率。而采用工控机根据电磁流量计的实际流量进行实时的与调节,能让流量稳定在很小的范围内,这无疑大大提高了自动供料系统的精度与效率[3]。
3.2 流量的自动控制及模糊控制思想
电磁流量计实时地测量生产过程中的液态原料供给,工控机根据其提供的信号对变频器的频率进行调整从而实现流量的调节。流量的自动控制不仅要达到规定时间内总量的供给,更重要的是要保证生产过程中瞬时流量的配比需求。在生产过程中,电磁流量计计量的流量如图2所示。
在工作时间T内我们期望电磁流量计测量的信号y(t)为一常量,这也是生产过程配方比例中所期望的,而由图1中我们知道y(t)受各种因素的影响而不停的波动。在工作时间内对y(t)积分可得到流量的累积L:
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