AI-708H在反应釜批量控制中的应用———AI-708H在反应釜批量控制中的应用
厦门宇电自动化科技有限公司 技术部

关键词:反应釜批量控制、AI-708H流量计、AI计算机监控系统

一、概述:批量控制系统的组成

由于服务对象的差异,如计量准确度的要求,流量批量控制系统就有多种结构,但系统结构是有共性的。例如,系统都有流量测量仪表传感器变送器)和执行器,以计算机专用为批量控制设计的智能仪表完成批量控制的系统。

AI-708H流量计批量控制组成较简单,只需对控制器进行组态,系统即可投入使用。本系统设计一表两用和增设现场总量指示,都是从实际需要出发,是很有实用价值的。智能流量批量控制器组成的控制系统AI708H具有很强的计算能力和很快的运算速度,在完成流量信号转换等任务之外,加入逻辑运算功能,达到控制量开关量输出通道关闭电磁阀,从而能实现简单的逻辑控制,与执行器及辅助设备一起组成简单的流量批量控制系统。每路开关量输出的用途都可在组态时指定,从而可组成流量批量控制系统。

    AI-708H流量计具有很高的测量准确度,而且直接显示批量流量,因此,与逻辑控制部分结合完成流量批量控制,得到较高的控制精确度。智能流量批量控制器组成的系统中,由于控制器是为流量批量控制专门设计,所以功能较全,通过切换开关选择自动、手动批量控制。

AI-708H安装在现场是为了提高操作方便而设置的,即流量变送器的模拟输出信号送到反应釜的数字积算仪。积算仪在进行发料的同时,同步积算并显示总量控制准确。

在控制器中的信息通过通信口送上位机推荐,实现自动反应釜批量控制管理,自动生成报表等。                                                          图1

 

二、 批量控制系统功能介绍

A、批量控制仪表功能

AI-708H流量积算仪表既可以作流量积算仪用(设置参数Act=0时),也可以作为批量控制器用(参数Act=1-255时)。做为批量控制器使用时,有一个4位累积器专供批量控制用,当累积量达到控制值(SV+FSb)时,它会使安装在OUTP位置的继电器(OP1灯亮)动作,并在继电器释放时自动清零,继电器保持时间长短可以设置,或设置成无限长(需要外部操作解除)。批量控制时,仪表CLn、FLJH和FLJL等3个参数组成一个不能清零的12位累积器,可统计总累积量。

B、修改批量控制给定值:仪表工作于批量控制模式,且处于上显示PV测量值、下显示SV批量控制给定值,按控制功能键可直接修改批量控制给定值SV。

C、批量控制动作解除:当批量控制继电器时间Act设置为255时,表示继电器动作时间为无限长,则当批量控制继电器动作后,将不会自动解除,这时按【半园弧】功能键或利用外部开关量输入信号(在AUX位置安装I2模块,连接8、10端,或在COMM位置安装I2模块,且将Baud参数设置为0,开关接3、4端)可解除批量控制动作,释放OUTP位置上的继电器,以启动下次控制。

D、批量控制动作时间:Act=0时,仪表无批量控制功能,仪表单纯用于流量积算。

Act=1-254时,则当批量控制累积流量达到SV+FSb(给定值+偏移)时,OP1继电器动作吸合,Act决定继电器吸合时间,单位是0.48秒。经过Act定义的时间后,继电器释放,批量控制累积器同时被清零,仪表重新由0开始进行累积。可使得继电器动作期间的累积量与FSb相抵消,使控制的实际累积量与SV设定值相等。

设置Act=255时,则继电器吸合时间为无限长,需要人为按【半园弧】功能键或利用外部开关量输入信号才能予以解除。设定范围:0~255 (X0.48秒)

E、批量控制偏移:仪表做批量控制时,继电器实际动作点为SV+FSb,FSb通常设置为负值,作为继电器动作的提前量。例如:假定某批量控制系统,继电器动作后仍有5个单位的物质流出,为时实际控制值尽量等于SV值,可设置FSb=-5,如果SV=1000,则当4位批量控制累积流量到达995时,OP1继电器即动作,从而使实际控制流量正好为1000。设定范围:-1999~+9999

F、批量控制累积速率:仪表仅作为流量累积仪使用时,其累积速率是固定的,即按时间单位为小时进行累积。用于批量控制时,仪表的累积速率时间可用SPE参数进行调整,其公式如下:

累积速率时间=SPE×0.48(秒)

常用的设置有:

SPE=7500,相当于累积速率时间为1小时。

SPE=750,相当于累积速率时间为0.1小时。

SPE=125,相当于累积速率时间为1分钟。

根据批量控制的动作周期选择SPE,以获得适当的控制精度。

例如:假定瞬时流量保持为100.0的数值不变,如果设置累积速率时间为1小时(SPE=7500),则1小时后累积流量的增加值为100.0。而如果累积速率时间设置为1分钟(SPE=125),则1分钟后累积流量增加值就达到100.0。SPE越小,则流量累积越快。参数范围:25~7500 (X0.48秒)

G、量程范围设置:频率信号量程:表示频率输入信号的量程。该参数用于计算频率输入时流量值的量程,即当仪表输入频率为Frd时,仪表的补偿前瞬时流量被计算为FdIH。设置时可取比实际使用的最高频率稍大一点的数值即可。参数范围:5~3200 Hz

H、流量测量量程定义:FdIH表示为输入电压/电流为最大值时或输入频率等于其量程值Frd时(有温压补偿时,则压力和温度分别等于设计工作压力Po及设计工作温度Co),对应的瞬时流量值,即流量传感器的量程。参数范围:10~9999流量单位

详细的仪表批量控制看AI-708H/808H说明书

I、批量控制仪表选型:
    AI-708HAI2L4S主机为厦门宇电AI-708H智能流量积算仪,外型为96×96。插入模块后,输入为频率/开关量型号输入的光电隔离数字输入接口,包含12VDC电压输出;输出为继电器大容量触点常开式(阻容吸收)输出(265VAC/2A);带光电隔离RS485通讯接口。
   J、参数设置:
    ACT=255(继电器吸合时间为无限长,需人工解除)
    FSB=? (根据实际情况修正给定值的偏移)
    SPE=750(累积速率为0.1小时)
    SN=0 (输入模式为脉冲频率)
    FRD=20 (频率信号量程的上限)
    FDIP=0 (流量小数点)
    FDIH=150 (流量量程定义)
    CF=0 (仪表功能选择)
    BC=0 (无温压补偿)
K、功能:
    在实际应用时,重新标定流量传感器得出流量量程后要重新设定仪表的FDIH,仪表就可以准确的根据频率来积算物料的流量,按用户所设定的值适时关闭电磁阀,达到准确的批量控制下料。

三、现场控制设备硬件要求:

    要求每个流量批量控制系统都必须具备的,

① 控制器的流量信号处理功能和显示功能,能对所输入当前流量模拟信号进行处理。

②  能对所输入当前流量频率(脉冲)信号进行处理。

③   能将流量信号处理得到的当前瞬时流量值进行显示。

④     能对本次发料的当前总量进行计算并显示。

⑤     能对本批发料的已完成的次数进行计数并显示。

⑥     能对本批发料的已完成的总量进行计算并显示。

⑦  通过控制器面板上的操作键或数字拨盘或通信方法设定数据。

⑧        本批操作重复次数。

⑨        本批操作中每次发料量(每次发料量具有相同值)。

⑩        能通过控制器面板上的操作键和/或外接按钮或经通信方法实现下列操作。

⑪        批量发料启动。完成此项操作后,发料阀应打开,瞬时流量应从零开始升高到正常

⑫        系统设计要求开启阀门的动作与启动输送泵的操作关联。

⑬        紧急停止,遇有经济情况,经人工干预(如按“紧急停止”按钮),立即暂停本次操作。

⑭        复位操作就是按一下“复位”按钮或“复位”键或其他特殊定义的功能键。进行复位操作后,上一批操作的总量显示值应清零。使控制阀返回到“关”的位置,做好重新启动的各项准备。

四、中央控制室对计算机软件要求:

①系统设计考虑得较全面、安全可靠性好。做到管控一体化,有利于提高管理水平。

②适合每次发料需较长时间的对象。

③手动/自动功能。为确保系统可靠性,系统在具备自动控制功能的同时,还具备手动功能。在需要时,操作工可手工实现对现场阀门的启闭。

 ④模拟流程图功能。操作室离装车台位较远,为使操作工准确、直观地了解现场地情况,在操作室内的操作台上设置模拟流程图。通过阀门上的回信开关将现场阀门的状态及流量值在流程图上显示。

⑤参数设定功能。通过计算机可设定控制量,并具有良好的容错功能。

⑥记录输出功能。系统自动记录每次作业的阀位状态、装料量等各种数据,并可根据需要打印出报表。

⑦显示画面。可显示每个反应釜的参数、操作状态、流量数值、阀门状态、报警内容等。

⑧密码设定功能。各个操作工都有自己的密码,键入密码后,计算机自动登录,从而有效防止未被授权的人员擅自操作,引发事故,并未追查事故原因及责任人提供了依据

⑨如果下一批操作的发料次数和每次发料总量与上一批不同,则在下批操作启动前应对“本批发料次数”和“每次发料总量”重新设定

⑩复位操作完成后应以规定的灯闪烁代表【准备就绪】,提示操作人员可以进行下一批量操作。结束报警。本批发料结束,进行声光报警,但声音报警信号只应持续数秒钟,待按下“复位”按钮后,灯光报警信号也应消除。无流量报警。按一下“启动”按钮后,瞬时流量仍为零或小于规定的流量(此规定值在组态时预先设定)进行灯光(闪烁)报警。.断料报警。本批发料未结束,瞬时流量长时间低于规定值或短时间低于规定值,定义为断料。紧急停止报警。“容量已满”时,进行声光报警,按一下“紧急停止”按钮后进行闪光报警。报警输出的消除。按一下“复位”,报警信号消除,若因按“紧急停止”按钮而报警,则按“启动”按钮后,闪光报警信号消除,继续原批量操作。

五、批量自动控制系统监控软件制作

A系统简介

该系统是由宇电工控组态软件AIFCS经过二次开发而成的软件产品,用户无需系统组态即可直接使用。该软件与宇光仪表配套使用共同构成仪表总线系统,本工程与该软件配套的仪表型号是AI-708H。组态软件采用下位机、上位机二层结构体系,所有的控制信息与数据信息都在其上位机上统一管理、分配。在上位机上,可对工业现场连接的所有仪表进行全方位的监控、数据采集和各项事务的处理。

该软件的内部结构可分为以下三个部分:数据采集、数据处理、权限管理。

l         数据采集:系统从下位仪表采集测量值、设备状态值等实时数据。

l         数据处理:系统根据用户要求从历史数据库中提取数据并完成指定的处理功能。

l         权限管理:用户自行定义系统使用的权限以及操作密码,适于各管理层拥有不同的操作权限。

B、软件安装:

在我公司提供的光盘中查找“mcgs\setup.exe”双击安装在D盘中。然后进入“D:\AIFCS\Samples”把“青岛新宇田DMF控制系统.MCG”去掉只读属性,再把软件运行的快捷方式“青岛新宇田DMF控制系统”复制到桌面即可。

C、软件使用

软件采用了进入不登录退出登录的方式,运行前先进入封面显示。  图2

      

 

封面

初始无密码,如需要更改可先用“负责人”登录点击“权限管理”进行修改,可任意增加删除用户,并设定他的密码。在封面显示3秒后显示系统画面。  图3

 

软件采用了权限控制,在没有登录的情况下,无法对系统进行控制操作。因此,启动软件后先进行用户登,点击“用户登录”出现用户登录对话框,可选择后登录。画面上显示当前登录的用户名。                                    图4

 

流程图

⑴画面上实时显示批量控制的“瞬时流量”“批量累积”“批量给定”“偏移修改值”;

⑵“批量控制复位”可通过权限设置的授权在一次打料完成后进行清零;

⑶“批量给定”在画面上设定并启动打料;

⑷提供偏移量参数“FSB”的修改,其他参数为了避免误操作统一在仪表上手动修改,画面上不提供修改;

⑸画面上有当前的时间;

⑹釜号(釜号需要事先在釜的图片上点击输入)、牌号、时间(自动)、重量、温度、密度、给定值(与实际的打料无关,只是一个记录数据)、操作员(会附加已登录的用户名)、备注,这些参数有些是用户手动填写的,有些是系统自动生成的,完成输入框所有内容的填写后,需要操作员手动点击确认按钮把数据储存到数据库。

注:在输入新的信息前请先点击“批量控制复位”清空原信息。      图5

 

数据报表

用历史表格的形式显示用户输入框的所有内容,默认的表现形式是一张以时间序号排列的表。同时提供按日期和釜号的查询功能                图六

                 

⑴点击“设置”可按时间查询

⑵在输入“釜号”后点击查询,可按釜号查询

⑶支持窗口打印功能

 

D、权限设置

权限划分:该软件划分管理员组权限等级。    

管理员组:该组成员可以拥有退出系统和用户管理等权限功能。

系统登录方式:登录方式分为退出登录。

系统运行期间登录:假设用户在进入系统时没有进行登录,而系统功能操作有权限限制,用户就必须以相应的用户名和密码进行系统登录,而后对该项功能进行操作。操作完毕后,用户假如需要再次封锁此项功能,则可执行菜单中的“注销用户”。

退出时登录:在系统退出时进行登录可防止无关人员由于误操作终止正在运行中的系统。                                                         图七

    

 

六、流量批量控制注意事项

最简单的流量批量控制系统常以电磁切断阀或气动电动断阀为终端执行元件,以流量定量控制仪或计算机完成流量演算、累积、显示和逻辑控制。流量传感器或变送器的型号有很大的选择空间,目前大多数用户仍使用涡轮流量计,主要原因如下。

①涡轮流量计有较高的测量精确度,非常高的重复性,而且流量只在很小范围内变化,0.2级传感器经非线性校正后,准确度还可进一步提高,能满足绝大多数使用需要。

②价格便宜。

③安装、使用和维修都简单、方便。

④涡轮流量计的最大不足是轴承容易磨损。这一点对于流量定量控制来说问题并不严重,因为这种控制是间歇操作,多数定量控制系统一天只运行数小时,

图1所示为涡轮流量计为流量测量单元,以软密封电磁阀为终端控制元件,同智能批量控制仪一起组成的典型流量定量控制系统。就其结构而言也是由专用流量批量控制器组成的系统。

流量批量控制简单的动作过程如下:操作人员向控制器输入本次发料量设定值(或保持上一次设定值)后按一下“复位”键,然后“准备就绪”指示灯闪烁,就可按启动按钮,继电器闭合,电磁阀励磁打开,以预期的瞬时流量开始发料。控制器指示瞬时流量并累积发料量(或一边累积一边做的运算)并显示此累积值,当PV=SV时,控制器发出关阀信号,将继电器接点断开,完成本次发料。待按一下复位【半园弧】功能键,即准备下一次发料。

批量控制特点是接受料液的容器容积小,发一次料所需的时间也短,稍有不慎就会发生料液外溢的事件。而忘记开泵、工艺阀门切换不当的情况又难以杜绝,组态就可以有两种选择,即“启动操作继续有效”和“发料操作暂停”。交替灌装时一般选“发料操作暂停”,若想继续发料操作,则可按“复位”键。操作人员首先要处理为什么没有流量问题,往往无暇顾及台位上的操作。

为了应急,定量控制器上还应有“紧急停止”按钮。

七、提高流量批量控制计量精确度问题

在流量批量控制系统中,计量精确度是重要的控制目标。这里所说的计量精确度就是每批实际发料总量同预期总量的一致程度。影响计量精确度的因素除了执行器动作滞后外,主要的还有流量测量误差,包括流量测量仪表的非线性误差,流体温度变化、组分变化等所引起的误差。下面详细介绍其原理和解决方法。

5.3.1执行器动作滞后引起的误差及其补偿

从上面的动作过程可知,执行器动作滞后必然引起控制计量误差,误差值约为滞后时间与瞬时流量的乘积,其中滞后时间为发出关阀指令到切断阀关死之间全部时间,即包括继电器的动作滞后和切断阀的动作滞后,其性质属纯滞后。具体滞后时间主要取决于阀门的型号及口径,小口径电磁阀的滞后时间约为数十毫秒,口径越大,滞后时间越长。

动作滞后引起的误差可从控制器的累积值显示中准确地读出。纠正这一误差最简单的方法是在控制器“提前量”窗口设置一个提前量,即在时,就发出指令,关闭切断阀。

  定量控制系统“启动”后,正常发料,读出瞬时流量,当本次发料结束后,总是会发现实发量比设定值多一些,要设置提前量-+值。如说明书上表述【批量控制偏移:仪表做批量控制时,继电器实际动作点为SV+FSb,FSb通常设置为负值,作为继电器动作的提前量。例如:假定某批量控制系统,继电器动作后仍有5个单位的物质流出,为时实际控制值尽量等于SV值,可设置FSb=-5,如果SV=1000,则当4位批量控制累积流量到达995时,OP1继电器即动作,从而使实际控制流量正好为1000。设定范围:-1999~+9999】

不同流量时流量传感器流量系数不同    表前压力变化引起流量变化对定量控制精确度的影响的另一个原因是流量传感器的非线性,即流量系数的变化。

在经流量定量控制系数发出的料液属计量实物时,往往会出现差异,这主要是流量传感器非线性所引起的。

例如0.2级涡轮流量传感器的各点流量系数允许偏离平均流量系数±0.2%,而0.5级传感器则允许偏离±0.5%。第3章中的表3.11所示为一台DN40涡轮流量传感器试验报告中的各个试验点流量系数,以及与平均流量系数相比较的相对误差。

对流量传感器的非线性进行恰到好处的校正,最简单的方法是将该传感器的标定数据制作成校正折线,然后写到智能流量定量控制器中。仪表运行后,用查表和线性内插相结合的方法得到流量系数校正系数,进而精确地计算瞬时流量,

流量传感器的非线性经校正后,从简单的逻辑关系分析,似乎传感器的误差就不存在了,其实不然,因为流量传感器除了非线性误差之外,还有重复性误差、时间漂移等,但是经过上述校正后,精确度等级可以提高一档是肯定的。

流量批量控制系统涉及到的每次发料数量差异很大,而另一些却是装桶、装瓶。有的料液如果外溢并无严重后果,而另一些却会造成严重经济损失或带来安全问题、环境问题,因此,所完成的任务不同,流量批量控制系统的功能要求也有很大差异,所以要加强现场操作管理

八、结语

AI批量控制仪表和现场总线式的AIFCS计算机监控系统,无论从软件还是硬件设计上均较为合理,运行可靠,操作方便,具有很强的抗干扰性,大大提高了进料控制的生产效率,使其工业自动化水平又跃上一个新的台阶。