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批量加料控制系统中的精确定量控制

未知 2019-07-03 10:29

摘要:批量加料控制应用广泛,并有其特殊的功能要求和精度要求,本文对影响批量加料控制精度的各个因素作了分析,并提出了改进措施和补偿方法。我们利用C3000过程控制器实现了批量加料自动控制系统,该系统在山东瑞康精细化工厂进行了实际应用,取得了很好的效果,计量精度始终保持在+5以内,具有很高的推广应用价值。

关键字:批量加料控制;过程控制器;补偿;精度;精细化工


1 引言

在化工、石化、食品、制药等领域,很多生产过程需要进行批量加料,就是把物料精确定量地加入到指定容器。目前为止,仍然有一部分企业是通过手工操作来完成批量加料的:⑴操作人员首先根据经验来控制加入计量罐的物料量,然后再将计量罐中的物料全部转入指定容器[1],实现比较精确的批量加料;⑵操作人员首先采用称重的方式使用容器来盛装一定量的物料,最后将容器内的物料手工倒入指定容器,以此来实现批量加料。采用手工操作方式不仅工作效率低,而且在第二种方式下操作人员还有可能接触到有毒物料,存在安全隐患。随着市场竞争的日益激烈,这些企业迫切希望通过提升自动化水平来提高生产效率和产品质量,同时自动化水平的提升也能消除操作中存在的安全隐患。而采用自动批量加料控制系统正是提升自动化水平的有效手段之一。

在自动批量加料控制系统中,有若干因素对加料精度有重要影响,如阀门动作滞后、流体密度变化和阀前压力变化等,本文对这些因素作了分析并提出了相应的补偿措施。生产实践表明,带补偿的自动批量加料控制系统加料精度高、重复性好,同时操作简便,这种系统的应用在生产中获得了极好的控制效果,提高了生产安全性和生产效率,增加了企业效益。


2 影响批量加料控制系统加料精度的因素


在批量加料控制系统中,加料精度是重要的控制指标,这里所说的加料精度是指每批实际加料总量同预期加料总量的一致程度。影响加料精度的因素除了阀门动作滞后外,主要的还有流体密度变化,阀前压力变化等。

(1)阀门动作滞后引起的误差

在不带补偿的控制过程中,控制器计算实际加料量,当实际加料量达到加料设定值时关闭加料阀,从整个动作过程可知,阀门关闭动作滞后必然引起加料误差,误差值约为滞后时间与关闭时瞬时体积流量、流体密度的乘积,其中滞后时间为从控制器输出关阀信号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[2]。

(2)阀前压力变化对加料精度的影响

在批量加料控制系统中,满罐时液位和罐中料液即将发完时液位的高度差可能很大,储罐中液位高度变化引起阀前的流体压力发生变化,而压力变化将引起加料流量变化,而瞬时体积流量不同,则会影响执行器动作滞后引起的误差值。所以,虽然执行器动作滞后才是引起该误差的根本原因,但在对该误差进行补偿时还必须要考虑瞬时体积流量变化的影响。


(3)密度变化对计量精度的影响

自动批量加料控制系统常以电磁切断阀或气动电动切断阀为终端执行元件,以流量传感器来完成流量采集。流量传感器或变送器的型号有很大的选择空间,有的选用科氏力质量流量计,它具有很高的测量精度而且直接显示质量流量[5],这当然有利于提高计量准确度,但是投资较高,所以目前大多数用户仍使用涡街流量计、电磁流量计等体积流量计来采集流量信号,但在将这类流量计测量的信号转换为物料质量时需要乘以物料的密度系数。但是,物料密度是随温度变化的[6],往往不是一个常数,所以当物料密度随温度变化较大或在加料精度要求严格的应用场合,控制系统必须要考虑物料密度变化对精度的影响。


3 自动批量加料控制系统设计

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