淺析排汙計量表在自動配（pèi）料控製係統中的應用
點擊次數（shù）：2093 發布（bù）時間：2020-03-20 14:19:36
1、引言
電磁流量（liàng）計係列排汙計量表是一種根據法拉*電磁感應定律來測量館內（nèi）導電介質體積流量的感應式儀表，采用單片（piàn）機嵌入式技（jì）術，實現數字勵磁，同時在電磁（cí）流量計（jì）上（shàng）采用CAN現場總裁，技術達到國內**水平。電磁流量（liàng）計在（zài）滿足現場顯示的同時，還可以（yǐ）輸出4-20mA電流信（xìn）號供記錄、調節（jiē）和控製用，現已廣泛（fàn）地應（yīng）用於化工、環保、冶金、醫藥（yào）、造紙、給排水等工業技術和管理部門。
在自動配料係統中，目（mù）前（qián）應（yīng）用較多流量計就是排汙計量表和渦輪流量計，排汙計量表因為測量管體中無阻流（liú）件，更加適（shì）合於流體介（jiè）的自動定量（liàng）配料。據本公司的客戶案例統計，渦輪流量計用於半自動化的定量控製中更多一點。本文探計的是排汙計量表在自動化配料控製係統（tǒng）中的應（yīng）用。液體介質的原料的運輸傳送以（yǐ）及供給計量通常都需要在生產過程中安裝排汙計量表以實現精確計量和控（kòng）製的目的。如何實現自動化配（pèi）料供給（gěi）的功能，*先需要通過高清電影標定排汙計量表的測量精度，再通過大量的的試驗數據的統計（jì）得到一個較為理想的（de）線性關係（xì），同進找出電機頻（pín）率與流量（liàng）之間（jiān）的波動聯係，以（yǐ）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，準確地控（kòng）製液態原（yuán）料的供給。
排（pái）汙計量表是根據法拉*電磁感應定（dìng）律製（zhì）成，用來測量導電液體體積流（liú）量的儀（yí）表。目（mù）前已廣泛地被（bèi）應用於工業過程?中各種導電液體的流量測量（liàng），如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質；各種（zhǒng）漿液流量測量，形成了獨特（tè）的應用領域。在自動配料係統中，通過（guò）控製電機運行頻率來（lái）控製（zhì）流量的（de）大小（xiǎo）。其應用的準確（què）度對企業產品的（de）質量（liàng）、原料的消耗以及經濟效（xiào）益等有直接的影響。排汙計量表作為液態原料的計（jì）量裝置，隨著微電子（zǐ）技術的發展而不斷提高其計量準確度和應用範圍（wéi）。而流（liú）量計計量是*其複雜的動態計量，其準確度會受很多因素影響，如：流體的導電性、非軸對稱、電（diàn）*襯裏附（fù）著物的影響、電機運行的穩（wěn）定性、排汙計量（liàng）表安裝的位置、勵磁的技術、信號線的（de）長度以及外界（jiè）幹擾等。
排汙計量表在調試期間常（cháng）會遇到一些（xiē）故障，如顯示波動、精度下降、儀表損壞等，一經排除，以後相同條件下不（bú）會（huì）再（zài）出現。究其原因主要有儀表（biǎo）本身元器件損壞引起（qǐ）故障、有選用不當、安裝不妥、環（huán）境條件（jiàn）、流體特性等因素造成故障；在正常運行期間（jiān）若出現故障，則一（yī）般由流量傳感器內壁附著層、雷電打擊以及環境條件變化等因素引起。日常工（gōng）作中時刻注意這些故障（zhàng），並很好（hǎo）地加以排除解決，排汙計量表就能夠發揮它應有的作用。本文在排汙計量表正常工作的基礎上，利用其與工控機、變頻（pín）器及電機組成自動控（kòng）製係統，以模糊控製（zhì）作為其核心（xīn）控製算法來（lái）研究電機頻率變（biàn）化時對應流量的變化關係，以達到提高（gāo）準確（què）控製流量的目的。
2、排汙計量表的靜態（tài）標定
排汙計量表在出廠（chǎng）時經過檢定，在實際運行中實時（shí）流量能同步的顯示（shì）在其表（biǎo）頭上，但在自動供料係統中我們需要在工控機上（shàng）也實時顯（xiǎn）示其流量，並以此進行調控，這就需要我們把排汙計量表本身的流量信（xìn）息及時地傳送到工控（kòng）機（jī）上。而排汙計量表的輸出（chū）信號為4—20 mA的電流信號，工控機的采集卡隻（zhī）能檢測0—10 V的電壓（yā）信（xìn）號，故在排汙計量表的信號輸出端串接一個（gè）小於500 Q的電阻用以將電流信號轉換成電壓信號¨1供采集卡采（cǎi）集（jí）。表1為排汙計量表信號輸出端（duān）串接一個200 Q電（diàn）阻後，排汙計量（liàng）表在電機運行於不（bú）同頻率時其本身（shēn）測量的流量值和采集卡所采集的數值（zhí）。由表1可知（zhī）。排汙計量表的波動與（yǔ）采集卡所采集的數（shù）值有較好的一致性，滿足實際使（shǐ）用需求。
3、排汙計量表（biǎo）在自動配料係統中的應用
3．1 排汙計量表（biǎo）在（zài）自動配料係統中的作用
在自動配料係統中，液態（tài）原料的（de）供給同樣是按配方的比例進行（háng）。我們希望在整個生產過程中（zhōng）流量（liàng）都按一個常量進行供給，而實際中即使電機固定在某個固（gù）定頻率，其流量依（yī）然不是一個常（cháng）量，如圖l中記錄的（de）為固定頻率下排汙計量表的測量值。如果人為的進行幹預，其滯後性及精確度都得不到保證，這勢（shì）必影響產品的質量與生產的效率。而采用工控機根據排汙計量表的實際流（liú）量進行實時的（de）監控與（yǔ）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（liào）係統的精度與效率㈨。
3．2流量的自動控（kòng）製及模糊控製思想
電磁（cí）流鼉計實時地測量生產過程中的液態原料供（gòng）給，工控機根據其提供的信號對變頻器的頻率進行（háng）調整從而實現（xiàn）流量的調節。流量的（de）自動控製不僅（jǐn）要達到規定（dìng）時（shí）間內總量的供（gòng）給，更重（chóng）要的是要保證生產過程中（zhōng）瞬（shùn）時流量的配比需求。在生產過程中，排汙計量（liàng）表計量的流（liú）量如圖2所示。
在工作（zuò）時（shí）間r內我們期望排汙（wū）計量表測量的信號Y(t)為一常（cháng）量（liàng），這也是生產過程配方比例中所期望的，而由圖1中（zhōng）我們知道Y(t)受各種因素的影響而不停的波動。在工（gōng）作時間內對Y(t)積分可得到流量的累積（jī）￡：
實際生產中流量一直在某個區域內波（bō）動，且其（qí）動態特性不易掌握。從上麵的理論中我們能夠讓（ràng）誤差△￡盡可能的小，這樣距我們所需要的理（lǐ）論值（zhí）％就越接近。而（ér）減小誤差需要我們（men）把n取的盡可能大（dà），也就是（shì）在生產時（shí）間內劃分更多的周期去（qù）調節流量。當工控（kòng）機根據排汙計量表傳送回來的（de）信（xìn）號發出調節變頻器工作頻率的指令（lìng）後（hòu），電機調整功率（lǜ）到（dào）排汙計（jì）量表的（de）實際測量為一個（gè）工作周期，我（wǒ）們知道（dào）從指（zhǐ）令發（fā）送到實際（jì）測量值（zhí）返回有一個較大的滯後，如果調節的周期時間小（xiǎo）於流量計本身的一（yī）個工作周期，那（nà）麽顯然（rán）不可能達到減小（xiǎo）誤差的目的。利用模糊控製思想H。，在（zài）控製程（chéng）序（xù）中我們把流（liú）量的（de）波動區域（yù）劃分為±缸（gāng）×Yo，Yo-t-O．3，Yo±0．5四個區域，其（qí）中缸為（wéi）可調節的誤差範圍，生產中我們取0．015，流量區域劃分（fèn）的單位均（jun1）為t／h。針對不（bú）同的區域采取不同的（de）調（diào）整方案。具體流程如圖3所示。圖中變量Rel表示實際測量的流量，變量Idea表示理論（lùn）流量。
4、試驗結果分析
模糊控製（zhì）對數學（xué）模型難以獲取（qǔ）、動態特性不易掌握等控製（zhì）對像有較理想的控製效果，在其模糊法則（zé）和決策中幹擾和參數（shù）變化對控（kòng）製效果的影響被大大減弱。排（pái）汙計量表信號在進入工控之前采用均值（zhí）濾波以及（jí）中（zhōng）值濾波後才交給控製算法處理，盡量（liàng）降低幹擾帶來的波動。采取不同的調（diào）節周期對實（shí）時的控製也很大（dà），周期（qī）太短對流量的調節太頻繁，這樣容易導（dǎo）致流量的波動劇烈，若調節周期過長則（zé）容易導致累積誤差（chà）大。經過反複實驗*後我們（men）采取以周（zhōu）期為10 s，以上麵劃分的四個區域來減小流量波動帶來的誤差，其中當流（liú）量波動超過（guò）0．5 t／h時（shí），采取周期為20 s、頻率4-1 Hz的調節方法，這樣能夠更（gèng）好避整個（gè）生產過程中其誤差控製在0．15％以內。如（rú）圖4所示為采取周期為10 S的調（diào）節，在波動較大時采用20 S的調節；圖5所示（shì）為（wéi）取周期為5 s的調（diào）節（jiē），在波動較大時采用10 s的調節。
模糊控製的（de）基（jī）本思想是利用計算機來實現人的控製經驗，任（rèn）何工業過程都比較容易得（dé）到其定性認識，而由此出發就比較容易建立語言控製規則。在自動配料係統中我們應用其對排汙（wū）計量表的控製雖然（rán）取得了較理想（xiǎng）的（de）結果，不僅（jǐn）在工作時（shí）間內以總量的控製準確同時保（bǎo）證了在生產過程中按產品配方比例的（de）控製。但如何獲得模糊規則（zé）及隸屬函數，這在目前完全憑（píng）經驗來進行，以及如何（hé）保證模糊係統的穩定性這些都（dōu）是需要我們繼續研究並且提高。
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電磁流量（liàng）計係列排汙計量表是一種根據法拉*電磁感應定律來測量館內（nèi）導電介質體積流量的感應式儀表，采用單片（piàn）機嵌入式技（jì）術，實現數字勵磁，同時在電磁（cí）流量計（jì）上（shàng）采用CAN現場總裁，技術達到國內**水平。電磁流量（liàng）計在（zài）滿足現場顯示的同時，還可以（yǐ）輸出4-20mA電流信（xìn）號供記錄、調節（jiē）和控製用，現已廣泛（fàn）地應（yīng）用於化工、環保、冶金、醫藥（yào）、造紙、給排水等工業技術和管理部門。
在自動配料係統中，目（mù）前（qián）應（yīng）用較多流量計就是排汙計量表和渦輪流量計，排汙計量表因為測量管體中無阻流（liú）件，更加適（shì）合於流體介（jiè）的自動定量（liàng）配料。據本公司的客戶案例統計，渦輪流量計用於半自動化的定量控製中更多一點。本文探計的是排汙計量表在自動化配料控製係統（tǒng）中的應（yīng）用。液體介質的原料的運輸傳送以（yǐ）及供給計量通常都需要在生產過程中安裝排汙計量表以實現精確計量和控（kòng）製的目的。如何實現自動化配（pèi）料供給（gěi）的功能，*先需要通過高清電影標定排汙計量表的測量精度，再通過大量的的試驗數據的統計（jì）得到一個較為理想的（de）線性關係（xì），同進找出電機頻（pín）率與流量（liàng）之間（jiān）的波動聯係，以（yǐ）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，準確地控（kòng）製液態原（yuán）料的供給。
排（pái）汙計量表是根據法拉*電磁感應定（dìng）律製（zhì）成，用來測量導電液體體積流（liú）量的儀（yí）表。目（mù）前已廣泛地被（bèi）應用於工業過程?中各種導電液體的流量測量（liàng），如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質；各種（zhǒng）漿液流量測量，形成了獨特（tè）的應用領域。在自動配料係統中，通過（guò）控製電機運行頻率來（lái）控製（zhì）流量的（de）大小（xiǎo）。其應用的準確（què）度對企業產品的（de）質量（liàng）、原料的消耗以及經濟效（xiào）益等有直接的影響。排汙計量表作為液態原料的計（jì）量裝置，隨著微電子（zǐ）技術的發展而不斷提高其計量準確度和應用範圍（wéi）。而流（liú）量計計量是*其複雜的動態計量，其準確度會受很多因素影響，如：流體的導電性、非軸對稱、電（diàn）*襯裏附（fù）著物的影響、電機運行的穩（wěn）定性、排汙計量（liàng）表安裝的位置、勵磁的技術、信號線的（de）長度以及外界（jiè）幹擾等。
排汙計量表在調試期間常（cháng）會遇到一些（xiē）故障，如顯示波動、精度下降、儀表損壞等，一經排除，以後相同條件下不（bú）會（huì）再（zài）出現。究其原因主要有儀表（biǎo）本身元器件損壞引起（qǐ）故障、有選用不當、安裝不妥、環（huán）境條件（jiàn）、流體特性等因素造成故障；在正常運行期間（jiān）若出現故障，則一（yī）般由流量傳感器內壁附著層、雷電打擊以及環境條件變化等因素引起。日常工（gōng）作中時刻注意這些故障（zhàng），並很好（hǎo）地加以排除解決，排汙計量表就能夠發揮它應有的作用。本文在排汙計量表正常工作的基礎上，利用其與工控機、變頻（pín）器及電機組成自動控（kòng）製係統，以模糊控製（zhì）作為其核心（xīn）控製算法來（lái）研究電機頻率變（biàn）化時對應流量的變化關係，以達到提高（gāo）準確（què）控製流量的目的。
2、排汙計量表的靜態（tài）標定
排汙計量表在出廠（chǎng）時經過檢定，在實際運行中實時（shí）流量能同步的顯示（shì）在其表（biǎo）頭上，但在自動供料係統中我們需要在工控機上（shàng）也實時顯（xiǎn）示其流量，並以此進行調控，這就需要我們把排汙計量表本身的流量信（xìn）息及時地傳送到工控（kòng）機（jī）上。而排汙計量表的輸出（chū）信號為4—20 mA的電流信號，工控機的采集卡隻（zhī）能檢測0—10 V的電壓（yā）信（xìn）號，故在排汙計量表的信號輸出端串接一個（gè）小於500 Q的電阻用以將電流信號轉換成電壓信號¨1供采集卡采（cǎi）集（jí）。表1為排汙計量表信號輸出端（duān）串接一個200 Q電（diàn）阻後，排汙計量（liàng）表在電機運行於不（bú）同頻率時其本身（shēn）測量的流量值和采集卡所采集的數值（zhí）。由表1可知（zhī）。排汙計量表的波動與（yǔ）采集卡所采集的數（shù）值有較好的一致性，滿足實際使（shǐ）用需求。
3、排汙計量表（biǎo）在自動配料係統中的應用
3．1 排汙計量表（biǎo）在（zài）自動配料係統中的作用
在自動配料係統中，液態（tài）原料的（de）供給同樣是按配方的比例進行（háng）。我們希望在整個生產過程中（zhōng）流量（liàng）都按一個常量進行供給，而實際中即使電機固定在某個固（gù）定頻率，其流量依（yī）然不是一個常（cháng）量，如圖l中記錄的（de）為固定頻率下排汙計量表的測量值。如果人為的進行幹預，其滯後性及精確度都得不到保證，這勢（shì）必影響產品的質量與生產的效率。而采用工控機根據排汙計量表的實際流（liú）量進行實時的（de）監控與（yǔ）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（liào）係統的精度與效率㈨。
3．2流量的自動控（kòng）製及模糊控製思想
電磁（cí）流鼉計實時地測量生產過程中的液態原料供（gòng）給，工控機根據其提供的信號對變頻器的頻率進行（háng）調整從而實現（xiàn）流量的調節。流量的（de）自動控製不僅（jǐn）要達到規定（dìng）時（shí）間內總量的供（gòng）給，更重（chóng）要的是要保證生產過程中（zhōng）瞬（shùn）時流量的配比需求。在生產過程中，排汙計量（liàng）表計量的流（liú）量如圖2所示。
在工作（zuò）時（shí）間r內我們期望排汙（wū）計量表測量的信號Y(t)為一常（cháng）量（liàng），這也是生產過程配方比例中所期望的，而由圖1中（zhōng）我們知道Y(t)受各種因素的影響而不停的波動。在工（gōng）作時間內對Y(t)積分可得到流量的累積（jī）￡：
實際生產中流量一直在某個區域內波（bō）動，且其（qí）動態特性不易掌握。從上麵的理論中我們能夠讓（ràng）誤差△￡盡可能的小，這樣距我們所需要的理（lǐ）論值（zhí）％就越接近。而（ér）減小誤差需要我們（men）把n取的盡可能大（dà），也就是（shì）在生產時（shí）間內劃分更多的周期去（qù）調節流量。當工控（kòng）機根據排汙計量表傳送回來的（de）信（xìn）號發出調節變頻器工作頻率的指令（lìng）後（hòu），電機調整功率（lǜ）到（dào）排汙計（jì）量表的（de）實際測量為一個（gè）工作周期，我（wǒ）們知道（dào）從指（zhǐ）令發（fā）送到實際（jì）測量值（zhí）返回有一個較大的滯後，如果調節的周期時間小（xiǎo）於流量計本身的一（yī）個工作周期，那（nà）麽顯然（rán）不可能達到減小（xiǎo）誤差的目的。利用模糊控製思想H。，在（zài）控製程（chéng）序（xù）中我們把流（liú）量的（de）波動區域（yù）劃分為±缸（gāng）×Yo，Yo-t-O．3，Yo±0．5四個區域，其（qí）中缸為（wéi）可調節的誤差範圍，生產中我們取0．015，流量區域劃分（fèn）的單位均（jun1）為t／h。針對不（bú）同的區域采取不同的（de）調（diào）整方案。具體流程如圖3所示。圖中變量Rel表示實際測量的流量，變量Idea表示理論（lùn）流量。
4、試驗結果分析
模糊控製（zhì）對數學（xué）模型難以獲取（qǔ）、動態特性不易掌握等控製（zhì）對像有較理想的控製效果，在其模糊法則（zé）和決策中幹擾和參數（shù）變化對控（kòng）製效果的影響被大大減弱。排（pái）汙計量表信號在進入工控之前采用均值（zhí）濾波以及（jí）中（zhōng）值濾波後才交給控製算法處理，盡量（liàng）降低幹擾帶來的波動。采取不同的調（diào）節周期對實（shí）時的控製也很大（dà），周期（qī）太短對流量的調節太頻繁，這樣容易導（dǎo）致流量的波動劇烈，若調節周期過長則（zé）容易導致累積誤差（chà）大。經過反複實驗*後我們（men）采取以周（zhōu）期為10 s，以上麵劃分的四個區域來減小流量波動帶來的誤差，其中當流（liú）量波動超過（guò）0．5 t／h時（shí），采取周期為20 s、頻率4-1 Hz的調節方法，這樣能夠更（gèng）好避整個（gè）生產過程中其誤差控製在0．15％以內。如（rú）圖4所示為采取周期為10 S的調（diào）節，在波動較大時采用20 S的調節；圖5所示（shì）為（wéi）取周期為5 s的調（diào）節（jiē），在波動較大時采用10 s的調節。
模糊控製的（de）基（jī）本思想是利用計算機來實現人的控製經驗，任（rèn）何工業過程都比較容易得（dé）到其定性認識，而由此出發就比較容易建立語言控製規則。在自動配料係統中我們應用其對排汙（wū）計量表的控製雖然（rán）取得了較理想（xiǎng）的（de）結果，不僅（jǐn）在工作時（shí）間內以總量的控製準確同時保（bǎo）證了在生產過程中按產品配方比例的（de）控製。但如何獲得模糊規則（zé）及隸屬函數，這在目前完全憑（píng）經驗來進行，以及如何（hé）保證模糊係統的穩定性這些都（dōu）是需要我們繼續研究並且提高。
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