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    AI仪表在涂层生产线供水系统中的应用———AI仪表在涂层生产线供水系统中的应用

    2008-10-27

    一、概述
           涂层生产线中的前处理部分主要用来去除铝箔表面残留的油污和杂质,从而增加表面涂层时的附着力,其清洗方式有浸泡式和喷淋式两种,但无论那种方式其储液槽的补水过程均为断续,且部分喷嘴直接与供水管相连,同时由于工艺要求水温较高(40℃),在泵的出口还安装不锈钢换热器,故要求供水压力相对稳定,以保证处理的效果。原供水泵采用全压供水,由于储液槽补水量波动很大,使得系统压力不稳,不得不加大供水泵,而供水泵加大后,系统有时出现超压多次造成换热器及供水泵的损坏,从而影响了生产的正常运行,加大了维修成本。故在供水系统中采用智能仪表与变频器组成闭环控制系统,不管用水量的大小,通过调节水泵的转速,保持管网中水压的基本恒定,保证了供水系统的正常工作。

    二、设备选择
    1.宇电AI-808智能控制器
           AI仪表具有模糊逻辑PID调节及参数自整定功能的先进控制算法。在误差大时,运用模糊法进行调节,以消除PID饱和积分现象;当误差减小时,采用改进后的PID算法进行调节,并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。其具有无超调、高精度、参数确定简单,对复杂对象也能获得较好控制效果等特点,其整体调节效果比一般的PID算法更明显。仪表的型号为AI-808EI4X3L2L2。
    2.ECO变频器
          ECO变频器是SIEMENS公司推出的用于风机、水泵等设备调速节能运行的专用变频器。其主要特点是:
    (1)ECO变频器安装调试容易,维护和运行费用低。由于变频器的特定功能使其产品的成本降至最小,价格便宜,降低了整套系统的成本。
    (2)在运行噪声的控制方面采用了自动开关频率优化,从而降低电机运行时的噪声。
    (3)ECO变频器针对风机、水泵节能运行的需要,设置了能量优化控制程序,为在运行中搜寻最小能量消耗点,自动升高和降低电机电压。当电机达到稳定点的速度(即加速过程结束时)时通用变频器即在这个速度下运行,而ECO变频器此时开始分析电机的功率消耗。然后开始微小地升高或降低变频器的输出电压来搜索最佳频率,即最低的功率消耗。如果ECO变频器检测出在升高电机电压时,功率消耗增加了,则变频器的控制策略(能量优化控制程序)就开始降低电机电压,以搜索最低的功率消耗水平,如果检测出在降低电机电压时,功率消耗增加,则升高电机电压。这样就可搜寻到效率最高,功率消耗最小点并在此处运行。用这种优化节能程序(典型)可节约2%~5%的额定容量的电能。
    (4)在选择ECO变频器时,不能用它驱动额定功率比它大或者额定功率不足其一半的电机,否则会影响变频器的性能甚至造成损坏。

    三、在前处理供水系统中的应用
           为了保持供水系统水压的基本恒定,需要变频器根据给定的压力信号与管网水压的反馈信号进行比较,以调节水泵的转速,达到供水水压恒定的目的。系统组成:系统采用一用一备变频器恒压供水系统,即要求一台水泵供水,另一台备用,当使用的水泵出现故障或检修时,另一台马上投入运行,不使供水中断,并要求在变频器出现故障时,可实现变频/工频切换,以保证供水的连续性。
    1.闭环控制实现和参数调整
            在该系统中PID闭环控制的实现和参数调整是整个系统准确控制和稳定运行的关键, 在工业应用中,闭环控制被广泛用于各种过程的控制,一个简单闭环控制就是通过对来自过程传感器(温度、压力、速度等)的反馈信号和期望的给定值进行比较,获得一偏差信号,然后对偏差信号进行处理并用于控制变频器和电机以减少这一偏差。由于在系统中的延迟,偏差信号的处理可能是非常复杂的,通常偏差信号的处理采用了比例、积分和微积分(PID)的计算方法,通过对这些参数的调节,来优化系统的性能和稳定性。AI系列仪表中的人工智能控制算法,即对PID算法加以改进和保留,加入模糊控制算法规则,并对给定值的变化加入了前馈调节。在误差大时,运用模糊算法进行调节,以彻底消除PID饱和积分现象,如同熟练工人进行手动调节。当误差趋小时,采用改进后的PID算法控制输出。其控制参数采用被控对象特征描述方式。一组(MPT)参数即可同时确定PID参数和模糊控制参数。系统具有无超调和高控制精度等特点。针对不稳定的非线形复杂调节对象,表内设有自适应调节规则,可使系统进一步加快响应速度,改善控制品质。针对控制参数较难确定的现实,表内设有自整定专家系统,可使系统的控制参数确定简单,准确度提高,因此,自整定系统的引入,不仅使复杂劳动简化,节约了调试时间,而且提高了控制系统的调节品质。一旦完成系统的设置,就能实现稳定的、有效的和精确的控制。
            AI仪表是这个系统的核心控制设备,它的控制效果直接影响整个系统的正常运行。在没有经验控制参数的时候,为了达到最佳的控制效果,仪表要进行PID自整定,但一般的调节仪表在自整定时的调节状态是位式控制,输出量要么最大要么最小,而在有些系统中调节输出大幅变化是不允许的。AI-808调节器具有手动自整定模式可以很好的解决这个问题,具体操作是:把仪表切换到手动输出状态,通过仪表的△ ▽键调整输出量,使测量值尽量和设定值保持一致,然后在这个状态下启动自整定,这样仪表的输出值将限制在当前手动输出值的±10%范围内,从而避免出现输出值的大幅变化。在多数情况下,自整定一次就可以使获得满意的控制效果。如果控制有偏差时,可以通过微调M5、P、T参数来修正。典型需调整的参数主要有:
    HIAL:上限报警
    LOAL:下限报警
    Df:回差(死区、滞环),用于避免因测量输入值波动而产生报警频繁动作。
    Ctrl:控制方式,采用AI人工智能调节/PID调节,Ctrl=1。
    M5:保持参数,主要决定调节算法中的积分作用,和PID积分时间类似,M5越小,系统积分作用越强。M5=0时取消积分和AI人工智调节,成为PD调节器。
    P:速率参数,与每秒内仪表输出变化100%时测量值时应变化大小成正比,P=1000/每秒测量值的升高单位值(系统以0.1定义为一个单位)。
    T:滞后时间,t越小,则比例和积分作用均成正比增强,而微分作用相对减弱,但整体反馈作用增强:反之,t越大,则比例和积分作用均减弱,而微分作用相对增强。
    Ctl:输出周期,反映仪表运算调节的快慢。
    Sn:输入反馈信号类型。
    Opt:输出方式。
    CF:系统功能选择,可以选择系统的调节方向。

    2.系统特点
           采用PID闭环控制,供水系统压力保持相对稳定,从而保证涂层铝箔表面清洗效果。由于该系统避免了供水压力超限,使供水泵及出口的换热器工作在正常压力状态,延长了设备寿命,降低了维修成本。采用宇电AI智能控制器,提高了控制系统的性能,可方便地实现闭环控制。AI智能控制器具有RS485串行通讯功能,其采用AIBUS通讯协议,比其它常用协议(如MODBUS)更快的速率(相同波特率下快3-10倍),从而便于组网和远程通讯。

    四、结束语
          在涂层线前处理供水系统中采用AI智能控制仪表和变频器组成的闭环过程控制,不但保证了供水系统的压力,满足了工艺要求,还提高了系统运行的可靠性,降低了维修成本和电能消耗。该系统已稳定运行了两年, 效果十分理想。

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