淺析噴灌係統總供水流量計（jì）在自動配料控製係統中（zhōng）的應用
點擊次（cì）數：2123 發布時間：2021-09-08 01:56:51
1、引言
在自（zì）動配料（liào）係統中，目前應用較多（duō）流量（liàng）計就是（shì）噴灌係統總供水流量計（jì）和渦輪流量計，噴灌係統總供水流量計因為測量管體中無阻流件，更加適（shì）合（hé）於流體（tǐ）介的自動定量配料。據（jù）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（zhōng）更多一點。本文探計的是噴灌係統總供水流量計在自動化配料控製係統中的應用（yòng）。液體介質的原料的運輸傳送以及供給計量通常都（dōu）需要在生產過程中安裝（zhuāng）噴灌係統總供水流量計（jì）以實現精確計量和控製的目的。如何實現自動化配料供給的功能，*先需要通過高清電影標定噴灌係統總供水流量計的測量精度，再通過大量的的試驗數據的統計得（dé）到一個（gè）較為（wéi）理想的線性關係，同進找出電機頻率與流量之間（jiān）的波動聯係（xì），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算法，準確（què）地（dì）控製液態原料的供給。
噴灌係統總供水流量計是根據法拉*電磁感應定律製成（chéng），用來測量導電液體（tǐ）體積（jī）流量的儀表。目前已廣泛地被應用於工業過程?中各種導電液體的流（liú）量測量，如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質；各種漿液流（liú）量（liàng）測量，形成了獨特的應用（yòng）領域。在（zài）自動配料（liào）係統中，通過控製電機運行頻率來控製（zhì）流量的大小。其應用的準（zhǔn）確度對企（qǐ）業產（chǎn）品的質量、原料的消耗以及經濟效益等有直接的影響。噴灌係統（tǒng）總供水流量計作為液態原料（liào）的計量裝（zhuāng）置，隨著微電子技術（shù）的發展而不斷（duàn）提高其計量準確度和應用範圍。而流量（liàng）計計量是*其複雜的（de）動態計量，其準確度會受很多因素影響，如：流體的導電性、非軸對稱、電*襯裏附（fù）著（zhe）物（wù）的影響、電機運（yùn）行的穩定性（xìng）、噴灌係統總供水流量計安裝（zhuāng）的位置（zhì）、勵磁的技術、信號線的長度以及外界幹擾等。
噴灌係統總供（gòng）水流（liú）量計在調試期間常會遇到一些故障，如顯示波動、精度下降、儀（yí）表損壞等，一（yī）經排除，以後（hòu）相同條件下不會再出（chū）現。究其原因主要有儀表本身（shēn）元器（qì）件損壞引起故（gù）障（zhàng）、有選用不當、安裝不妥、環境條件、流體特性等因（yīn）素造成故障；在正常運行期間若出現故障，則一般（bān）由流量傳感（gǎn）器內壁附（fù）著（zhe）層、雷電打擊以及環境條件變化等因素（sù）引起。日常工作中時（shí）刻注意這些故障，並很好地加以排除解決，噴灌係統總供水流量計就能夠發揮它（tā）應有的（de）作用。本文在（zài）噴灌（guàn）係統總供水流量計正常工作的基礎上，利用其與工控機、變頻器（qì）及（jí）電機組成自動控製係統，以模糊控製作為其核心控製（zhì）算法（fǎ）來（lái）研究電機頻率（lǜ）變化時對應流量的變化（huà）關係，以（yǐ）達到提高準確控製（zhì）流量的目的。
2、噴灌係統總（zǒng）供水流量計的靜（jìng）態標定
噴灌係統總供水流量計在出廠（chǎng）時經過檢定，在實際運行中實時流量能同步的顯示在其表頭（tóu）上，但在自動（dòng）供料係統中我們（men）需要在工控機上也實時（shí）顯示其流量，並以此進行調控（kòng），這就需要我們把（bǎ）噴灌係（xì）統總供水流量計本身的流量信息及時地傳送到工控機上。而噴灌係統總供水流（liú）量計的輸出信號為4—20 mA的電流信號，工控機的采集卡（kǎ）隻（zhī）能檢測0—10 V的電（diàn）壓信號，故在噴灌係統（tǒng）總供水流量計的信號輸出端串接一個小於500 Q的電阻用以將電流信號轉換成電壓信（xìn）號¨1供采集卡采集。表1為噴灌係統總供水流（liú）量計（jì）信號輸出端串接一個200 Q電阻後，噴灌係統總供（gòng）水流量計在電機運行於不（bú）同頻率時其本身測量（liàng）的流量值和采集卡（kǎ）所采集的數值。由表1可知。噴灌係統總供水流量計的波動與（yǔ）采集卡所采集的數值有較好的一致（zhì）性，滿足實際使用需求。
3、噴灌係統總供水流量計在自動配料係統中的應用
3．1 噴灌係統總供水流量計在自動配料係統中的作用
在（zài）自動配料（liào）係統中，液態原料的供給同樣（yàng）是按配方的比例進行。我們希望在整（zhěng）個生（shēng）產過（guò）程中流量都（dōu）按一個常量進行供給，而實際中即（jí）使電機固定在（zài）某個固定頻率，其流量依（yī）然不是（shì）一個常量，如圖l中記（jì）錄的（de）為（wéi）固定頻率下（xià）噴灌係統總供水流量計的測量值。如果人為的進行幹預，其（qí）滯後性及精確度都得不到保證，這（zhè）勢必影響產品的質量與生產的效率。而采用工控機根據噴灌係統總供（gòng）水流量計的實際流量進行實時的監控與調節，能讓流量穩定在很小的範圍內，這無疑大大提高了自動供料係統（tǒng）的精（jīng）度與效率（lǜ）㈨。
3．2流量的自動控製及（jí）模糊控製思（sī）想
電磁流鼉計實時地測量生產過程（chéng）中的液（yè）態原料供給，工控機根據其提供的（de）信號對變頻器的（de）頻率進行調整從而實現流量（liàng）的調節。流量的自動控製不僅要達（dá）到規定時間內（nèi）總量的供給，更重要的是要保證（zhèng）生產過程中瞬時（shí）流（liú）量的配比需求（qiú）。在（zài）生產過程中，噴灌係統總供水流量計計量的流量如圖2所示。
在工作時（shí）間r內我們期望噴灌係統總（zǒng）供水流量計測量的信號Y(t)為一（yī）常量，這也是生產過程配方比例中所期望的（de），而由圖1中我們知（zhī）道Y(t)受（shòu）各種因素的影響而不停的波動（dòng）。在工作時間（jiān）內（nèi）對Y(t)積分可得到（dào）流量的累積￡：
實際生產（chǎn）中流量一直在某個區（qū）域內（nèi）波動，且其動態特（tè）性不易掌握（wò）。從上（shàng）麵的理（lǐ）論中（zhōng）我們能夠讓誤差△￡盡可能的小，這樣距我們所需要的（de）理論值％就越接近。而減小誤差需要我們把n取的盡可能大，也就是在生產時（shí）間（jiān）內劃分更多（duō）的周期去調節流量。當工控機根據噴灌係統總供水流量計傳送回來的信號發（fā）出調節變（biàn）頻器工（gōng）作頻率的指令後，電機調整功率到噴灌係統總供（gòng）水流量計的實際測量為一個工作周（zhōu）期，我（wǒ）們知（zhī）道從指令發送到實際測量值返回有一個較大的滯後，如果調節的周（zhōu）期時間小於流量計本身的一個工作周期，那（nà）麽顯然不可能達到減小誤差（chà）的目的。利（lì）用模糊控製思想H。，在控製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±0．5四個區域，其中缸為可調節的誤差範圍，生產中（zhōng）我們取0．015，流量區域劃分的單位均為t／h。針對不（bú）同（tóng）的區域（yù）采取不同的調整方案。具體流程如圖3所示。圖中變量Rel表（biǎo）示實際測量的（de）流量，變量Idea表示理論流量。
4、試（shì）驗結果分析
模糊控製（zhì）對數學模型難以獲取、動（dòng）態特（tè）性不易掌握等控製對像有較理想的控（kòng）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。噴（pēn）灌係統（tǒng）總供水流量計（jì）信號在進入工控之前采用均值濾波以及中值濾波後才交給控製算法處理，盡量降低幹擾帶來的波動。采（cǎi）取不同的調節周（zhōu）期對實時（shí）的（de）控製也很大，周期太短對流量的調節太頻（pín）繁，這樣容易導致流量的波動劇烈，若調節周（zhōu）期過長則容易導致（zhì）累積誤差大。經過反複實驗*後我們采取以周期為10 s，以上麵劃分的四個區域來減小流（liú）量波動帶來的誤差，其中當流量波動超過（guò）0．5 t／h時，采取周期為（wéi）20 s、頻率4-1 Hz的（de）調節方法，這樣能夠更好避（bì）整個生產過程中其誤差控製在0．15％以內。如圖4所示（shì）為采（cǎi）取周期為10 S的調節，在波動較大時采用20 S的調節；圖5所示為取周期為（wéi）5 s的調節（jiē），在波動較大時采用10 s的調節。
模糊控製的基本思想是利用計算機來實（shí）現（xiàn）人的控製經驗，任何工業過程都比較容易得到（dào）其定性認識，而由此出發就比較容易建立語言控製規則。在自動配料係統中（zhōng）我們應用其對噴灌係統總供（gòng）水流量計的控製雖然取（qǔ）得了較理想的結果，不僅在工作時間內以總（zǒng）量的控製準確同時保證了在生產過程中按產品配方比例的控製。但如何（hé）獲得模糊規則及隸屬（shǔ）函（hán）數，這在目（mù）前完全憑經驗來進行，以及如何保證模糊係統的穩定性這些都是需要我們（men）繼續研究並且提高。
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在自（zì）動配料（liào）係統中，目前應用較多（duō）流量（liàng）計就是（shì）噴灌係統總供水流量計（jì）和渦輪流量計，噴灌係統總供水流量計因為測量管體中無阻流件，更加適（shì）合（hé）於流體（tǐ）介的自動定量配料。據（jù）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（zhōng）更多一點。本文探計的是噴灌係統總供水流量計在自動化配料控製係統中的應用（yòng）。液體介質的原料的運輸傳送以及供給計量通常都（dōu）需要在生產過程中安裝（zhuāng）噴灌係統總供水流量計（jì）以實現精確計量和控製的目的。如何實現自動化配料供給的功能，*先需要通過高清電影標定噴灌係統總供水流量計的測量精度，再通過大量的的試驗數據的統計得（dé）到一個（gè）較為（wéi）理想的線性關係，同進找出電機頻率與流量之間（jiān）的波動聯係（xì），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算法，準確（què）地（dì）控製液態原料的供給。
噴灌係統總供水流量計是根據法拉*電磁感應定律製成（chéng），用來測量導電液體（tǐ）體積（jī）流量的儀表。目前已廣泛地被應用於工業過程?中各種導電液體的流（liú）量測量，如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質；各種漿液流（liú）量（liàng）測量，形成了獨特的應用（yòng）領域。在（zài）自動配料（liào）係統中，通過控製電機運行頻率來控製（zhì）流量的大小。其應用的準（zhǔn）確度對企（qǐ）業產（chǎn）品的質量、原料的消耗以及經濟效益等有直接的影響。噴灌係統（tǒng）總供水流量計作為液態原料（liào）的計量裝（zhuāng）置，隨著微電子技術（shù）的發展而不斷（duàn）提高其計量準確度和應用範圍。而流量（liàng）計計量是*其複雜的（de）動態計量，其準確度會受很多因素影響，如：流體的導電性、非軸對稱、電*襯裏附（fù）著（zhe）物（wù）的影響、電機運（yùn）行的穩定性（xìng）、噴灌係統總供水流量計安裝（zhuāng）的位置（zhì）、勵磁的技術、信號線的長度以及外界幹擾等。
噴灌係統總供（gòng）水流（liú）量計在調試期間常會遇到一些故障，如顯示波動、精度下降、儀（yí）表損壞等，一（yī）經排除，以後（hòu）相同條件下不會再出（chū）現。究其原因主要有儀表本身（shēn）元器（qì）件損壞引起故（gù）障（zhàng）、有選用不當、安裝不妥、環境條件、流體特性等因（yīn）素造成故障；在正常運行期間若出現故障，則一般（bān）由流量傳感（gǎn）器內壁附（fù）著（zhe）層、雷電打擊以及環境條件變化等因素（sù）引起。日常工作中時（shí）刻注意這些故障，並很好地加以排除解決，噴灌係統總供水流量計就能夠發揮它（tā）應有的（de）作用。本文在（zài）噴灌（guàn）係統總供水流量計正常工作的基礎上，利用其與工控機、變頻器（qì）及（jí）電機組成自動控製係統，以模糊控製作為其核心控製（zhì）算法（fǎ）來（lái）研究電機頻率（lǜ）變化時對應流量的變化（huà）關係，以（yǐ）達到提高準確控製（zhì）流量的目的。
2、噴灌係統總（zǒng）供水流量計的靜（jìng）態標定
噴灌係統總供水流量計在出廠（chǎng）時經過檢定，在實際運行中實時流量能同步的顯示在其表頭（tóu）上，但在自動（dòng）供料係統中我們（men）需要在工控機上也實時（shí）顯示其流量，並以此進行調控（kòng），這就需要我們把（bǎ）噴灌係（xì）統總供水流量計本身的流量信息及時地傳送到工控機上。而噴灌係統總供水流（liú）量計的輸出信號為4—20 mA的電流信號，工控機的采集卡（kǎ）隻（zhī）能檢測0—10 V的電（diàn）壓信號，故在噴灌係統（tǒng）總供水流量計的信號輸出端串接一個小於500 Q的電阻用以將電流信號轉換成電壓信（xìn）號¨1供采集卡采集。表1為噴灌係統總供水流（liú）量計（jì）信號輸出端串接一個200 Q電阻後，噴灌係統總供（gòng）水流量計在電機運行於不（bú）同頻率時其本身測量（liàng）的流量值和采集卡（kǎ）所采集的數值。由表1可知。噴灌係統總供水流量計的波動與（yǔ）采集卡所采集的數值有較好的一致（zhì）性，滿足實際使用需求。
3、噴灌係統總供水流量計在自動配料係統中的應用
3．1 噴灌係統總供水流量計在自動配料係統中的作用
在（zài）自動配料（liào）係統中，液態原料的供給同樣（yàng）是按配方的比例進行。我們希望在整（zhěng）個生（shēng）產過（guò）程中流量都（dōu）按一個常量進行供給，而實際中即（jí）使電機固定在（zài）某個固定頻率，其流量依（yī）然不是（shì）一個常量，如圖l中記（jì）錄的（de）為（wéi）固定頻率下（xià）噴灌係統總供水流量計的測量值。如果人為的進行幹預，其（qí）滯後性及精確度都得不到保證，這（zhè）勢必影響產品的質量與生產的效率。而采用工控機根據噴灌係統總供（gòng）水流量計的實際流量進行實時的監控與調節，能讓流量穩定在很小的範圍內，這無疑大大提高了自動供料係統（tǒng）的精（jīng）度與效率（lǜ）㈨。
3．2流量的自動控製及（jí）模糊控製思（sī）想
電磁流鼉計實時地測量生產過程（chéng）中的液（yè）態原料供給，工控機根據其提供的（de）信號對變頻器的（de）頻率進行調整從而實現流量（liàng）的調節。流量的自動控製不僅要達（dá）到規定時間內（nèi）總量的供給，更重要的是要保證（zhèng）生產過程中瞬時（shí）流（liú）量的配比需求（qiú）。在（zài）生產過程中，噴灌係統總供水流量計計量的流量如圖2所示。
在工作時（shí）間r內我們期望噴灌係統總（zǒng）供水流量計測量的信號Y(t)為一（yī）常量，這也是生產過程配方比例中所期望的（de），而由圖1中我們知（zhī）道Y(t)受（shòu）各種因素的影響而不停的波動（dòng）。在工作時間（jiān）內（nèi）對Y(t)積分可得到（dào）流量的累積￡：
實際生產（chǎn）中流量一直在某個區（qū）域內（nèi）波動，且其動態特（tè）性不易掌握（wò）。從上（shàng）麵的理（lǐ）論中（zhōng）我們能夠讓誤差△￡盡可能的小，這樣距我們所需要的（de）理論值％就越接近。而減小誤差需要我們把n取的盡可能大，也就是在生產時（shí）間（jiān）內劃分更多（duō）的周期去調節流量。當工控機根據噴灌係統總供水流量計傳送回來的信號發（fā）出調節變（biàn）頻器工（gōng）作頻率的指令後，電機調整功率到噴灌係統總供（gòng）水流量計的實際測量為一個工作周（zhōu）期，我（wǒ）們知（zhī）道從指令發送到實際測量值返回有一個較大的滯後，如果調節的周（zhōu）期時間小於流量計本身的一個工作周期，那（nà）麽顯然不可能達到減小誤差（chà）的目的。利（lì）用模糊控製思想H。，在控製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±0．5四個區域，其中缸為可調節的誤差範圍，生產中（zhōng）我們取0．015，流量區域劃分的單位均為t／h。針對不（bú）同（tóng）的區域（yù）采取不同的調整方案。具體流程如圖3所示。圖中變量Rel表（biǎo）示實際測量的（de）流量，變量Idea表示理論流量。
4、試（shì）驗結果分析
模糊控製（zhì）對數學模型難以獲取、動（dòng）態特（tè）性不易掌握等控製對像有較理想的控（kòng）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。噴（pēn）灌係統（tǒng）總供水流量計（jì）信號在進入工控之前采用均值濾波以及中值濾波後才交給控製算法處理，盡量降低幹擾帶來的波動。采（cǎi）取不同的調節周（zhōu）期對實時（shí）的（de）控製也很大，周期太短對流量的調節太頻（pín）繁，這樣容易導致流量的波動劇烈，若調節周（zhōu）期過長則容易導致（zhì）累積誤差大。經過反複實驗*後我們采取以周期為10 s，以上麵劃分的四個區域來減小流（liú）量波動帶來的誤差，其中當流量波動超過（guò）0．5 t／h時，采取周期為（wéi）20 s、頻率4-1 Hz的（de）調節方法，這樣能夠更好避（bì）整個生產過程中其誤差控製在0．15％以內。如圖4所示（shì）為采（cǎi）取周期為10 S的調節，在波動較大時采用20 S的調節；圖5所示為取周期為（wéi）5 s的調節（jiē），在波動較大時采用10 s的調節。
模糊控製的基本思想是利用計算機來實（shí）現（xiàn）人的控製經驗，任何工業過程都比較容易得到（dào）其定性認識，而由此出發就比較容易建立語言控製規則。在自動配料係統中（zhōng）我們應用其對噴灌係統總供（gòng）水流量計的控製雖然取（qǔ）得了較理想的結果，不僅在工作時間內以總（zǒng）量的控製準確同時保證了在生產過程中按產品配方比例的控製。但如何（hé）獲得模糊規則及隸屬（shǔ）函（hán）數，這在目（mù）前完全憑經驗來進行，以及如何保證模糊係統的穩定性這些都是需要我們（men）繼續研究並且提高。
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