宇電儀表在液位自動(dòng)化控制上的應(yīng)用

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宇電儀表在液位自動(dòng)化控制上的應(yīng)用
江西銅業(yè)公司永平銅礦 林玉清 熊國林
摘要：本文從應(yīng)用的角度出發(fā)，介紹了國產(chǎn)AI-808人工智能調(diào)節(jié)器的性能、參數(shù)設(shè)置以及在液位檢測自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制 調(diào)節(jié)器 超聲波
前言

在江西銅業(yè)公司永平銅礦選礦廠尾礦原有四個(gè)砂泵池采用了液位自動(dòng)控制，因控制系統(tǒng)中所用E27系列進(jìn)口調(diào)節(jié)器價(jià)格昂貴，隨著調(diào)節(jié)器內(nèi)部元件的逐漸老化，故障率明顯增加。采用國產(chǎn)儀表取代進(jìn)口調(diào)節(jié)器已成為當(dāng)務(wù)之急。2001年1月份，選礦廠經(jīng)過分析和比較，**在尾礦泵池液位控制上試用國產(chǎn)AI-808人工智能調(diào)節(jié)器，與VEGASON52K液位計(jì)、DFD-1000手操器和ZKJ-210執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同組成了二號泵站3#泵池液位自動(dòng)控制系統(tǒng)，經(jīng)現(xiàn)場參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)整定，成功地實(shí)現(xiàn)了對泵池液位自動(dòng)控制，取得了良好的效果。
AI-808調(diào)節(jié)器簡介

AI-808型調(diào)節(jié)器是國產(chǎn)較先進(jìn)的儀表，內(nèi)部采用了高性能的ASIC芯片和模塊化硬件設(shè)計(jì)，在輸入、輸出信號上均采用了數(shù)字校正技術(shù)，以消除穩(wěn)定性較差的可調(diào)電阻所帶來的誤差；通過自動(dòng)調(diào)零技術(shù)的應(yīng)用可長期使用而不會產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，測量數(shù)字**穩(wěn)定；具有多種輸入、輸出規(guī)格和報(bào)警方式設(shè)置。不僅具備手動(dòng)/自動(dòng)無擾動(dòng)切換操作功能，還具備手動(dòng)自整定和顯示輸出值等，以及用作伺服放大器直接控制閥門位置的比例輸出，電源可在85-264VAC（50-60HZ）寬范圍內(nèi)波動(dòng)，在強(qiáng)干擾的環(huán)境下也能保證測量的精度和工作的穩(wěn)定性。
泵池液位自動(dòng)控制與接線原理

泵池液位自動(dòng)控制和接線原理分別如圖1、圖2所示

　　　　　　　　

　　　　　
泵池液位自動(dòng)控制功能的實(shí)現(xiàn)，是由VEGASON52K液位計(jì)將檢測到的液位信號，轉(zhuǎn)換成4-40mA的電流輸出信號，經(jīng)電阻進(jìn)到調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器作數(shù)據(jù)分析處理后，根據(jù)控制功能參數(shù)的設(shè)置要求，驅(qū)動(dòng)中間繼電器1ZJ或者2ZJ，控制ZKJ-210執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正、后轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)砂泵液力耦合器的油量，從而達(dá)到增大或減少砂泵輸出功率，穩(wěn)定泵池液面的目的。
 
AI-808調(diào)節(jié)器參數(shù)功能及設(shè)置說明
　AI-808調(diào)節(jié)器參數(shù)功能
正確設(shè)置AI-808調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)是液位能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的關(guān)鍵，共有23個(gè)參數(shù)需要放置，8個(gè)現(xiàn)場參數(shù)需要定義，各參數(shù)代號、含義和設(shè)定值如表1所示

表1 AI-808調(diào)節(jié)器參數(shù)功能表
參數(shù)代號 參數(shù)含義 設(shè)定值
HIAL 　　　　　上限值報(bào)警 　　　　　　　85（見說明1）
LOAL 　　　　　下限值報(bào)警 　　　　　　　50（見說明2）
DF 　　　　　　回差 　　　　　　　　　　0.3
CTRL 　　　　　控制方式 　　　　　　　　5（見說明3）
M5 　　　　　　保持參數(shù) 　　　　　　　　2.0
P 　 　　　　　速率參數(shù) 　　　　　　　　2
T 　 　　　　　滯后時(shí)間 　　　　　　　　3　秒
CTL 　　　　　 輸出周期 　　　　　　　　4　秒
SN 　 　　　　 輸出規(guī)格 　　　　　　　　33（見說明4）
DIP 　　　　　 小數(shù)點(diǎn)位置 　　　　　　　1
DIL 　　　　　 輸入下限顯示值 　　　　　0
DIH 　　　　　 輸入上限顯示值 　　　　　100
SC 　　　　　　主輸入平移修正 　　　　　0
OPI 　　　　　 輸出方式 　　　　　　　　5（見說明5）
OPL 　　　　　 輸出下限 　　　　　　　　0
OPH 　　　　　 輸出上限 　　　　　　　　100
ALP 　　　　　 報(bào)警輸出設(shè)定 　　　　　　15（見說明6）
CF 　　　　　　系統(tǒng)功能選擇 　　　　　　15
ADDR 　　　　　通訊地址 　　　　　　　　0
BAUD 　　　　　通訊波特率 　　　　　　　9600
DL 　　　　　　輸入數(shù)字濾波 　　　　　　1
RUN 　　　　　 運(yùn)行狀態(tài)及上電顯示處理 　1（見說明7）
LOC 　　　　　 參數(shù)修改級別 　　　　　　1（見說明8）
EP1—EP8 　　　現(xiàn)場參數(shù)定義 　　　　　　 （見說明9）
 
　設(shè)置說明
① 上限報(bào)警值的設(shè)定根據(jù)泵池液位的控制要求而定，且需要考慮操作人員處理問題時(shí)間。
② 下限報(bào)警值的設(shè)定是為了防止打空泵或空氣進(jìn)入泵內(nèi)，提前發(fā)出報(bào)警的信號。
③ CTRL=5，表示AI-808調(diào)節(jié)器作為伺服放大器作用，儀表將測量值直接作為輸出值輸出。
④ 輸入規(guī)格Sn=33，表示輸入為1-5VDC信號。
⑤ OPI=5，表示無閥門反饋信號的位置比例輸出，由主輸出及報(bào)警1控制繼電器直接驅(qū)動(dòng)ZKJ-210執(zhí)行機(jī)構(gòu)正、反轉(zhuǎn)。
⑥ ALP=15，表示上、下限報(bào)警均由AL2輸出，且在下顯示器交替顯示報(bào)警符號（**IAL，低LOAL），使操作人員能迅速了解儀表報(bào)警原因。
⑦ RUN=1，表示儀表工作在自動(dòng)狀態(tài)
⑧ 參數(shù)修改級別，LOC=1，表示可顯示查看現(xiàn)場參數(shù)，不允許修改，但允許設(shè)置給定值，通過參數(shù)鎖功能的設(shè)定，預(yù)防了無關(guān)人員亂動(dòng)而影響儀表的正常運(yùn)行。
⑨ 當(dāng)儀表的參數(shù)設(shè)置完畢后，大多數(shù)參數(shù)將不再需要現(xiàn)場工人進(jìn)行設(shè)置，并且現(xiàn)場操作工對許多參數(shù)不理解，有可能產(chǎn)生誤操作而將參數(shù)更改成錯(cuò)誤的數(shù)值，影響儀表的正常工作。故對操作工可以理解需要改動(dòng)的參數(shù)通過EP1-EP8定義1-8個(gè)現(xiàn)場參數(shù)給操作工使用。
儀表的安裝與調(diào)試
　VEGASON52K超聲波液位計(jì)
首先將儀表進(jìn)行上電檢查，根據(jù)泵池現(xiàn)場實(shí)際液位變化進(jìn)行程序參數(shù)的設(shè)置，如所測介質(zhì)的類型、量程、輸出方式等，并按技術(shù)要求作好安裝前的模擬調(diào)校，使液位的高低與輸出信號成線性相關(guān)變化。由于尾礦泵池屬開口容器，在制作探頭位架時(shí)，必須考慮到儀表與容器壁之間保持一定的距離，即要避開檢測的盲壓；且保持傳感器的中心軸線與介質(zhì)表面垂直。同時(shí)，在超聲波傳感器的錐形發(fā)射角內(nèi)不能有其他雜物件，以避免產(chǎn)生虛假回波而影響測量的準(zhǔn)確度。
　DFD手操器與ZKJ-210執(zhí)行器的調(diào)試
DFD-1000型電動(dòng)操作器是采用“開關(guān)操作制”的原理進(jìn)行手/自動(dòng)的切換和操作的，當(dāng)切換開關(guān)處于手動(dòng)位置時(shí)，①、②輸入端分別與⑾、⑿輸出端開路，由操作開關(guān)控制⑾、⑿端是否得電，并根據(jù)位置反饋信號的大小來控制通電時(shí)間的長短；當(dāng)切換開關(guān)處于自動(dòng)位置時(shí)，①與⑾相通，②與⑿相通。而由AI-808調(diào)節(jié)器來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)ZJK-210，從而達(dá)到AI-808調(diào)節(jié)器根據(jù)液位變化來控制ZKJ-210角行程，調(diào)節(jié)砂泵輸出功率，穩(wěn)定泵池液位。
在儀表按要求接好控制線后，對ZKJ-210執(zhí)行器的角行程與位置反饋信號的變化的一致性進(jìn)行調(diào)校，通過粗調(diào)和電位器細(xì)調(diào)，使執(zhí)行器角行程零位的滿量程分別對應(yīng)4-20m成線性變化輸出（在DFD表頭有指示），并用操作器手動(dòng)操作進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)檢查1XC和2XC行程限位開關(guān)是否達(dá)到規(guī)定技術(shù)限位要求。
 
　系統(tǒng)調(diào)試
動(dòng)態(tài)系統(tǒng)調(diào)試是實(shí)現(xiàn)液位自動(dòng)控制*重要的一步。首先檢查AI-808調(diào)節(jié)器能否通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制調(diào)節(jié)，以及執(zhí)行器正、反轉(zhuǎn)控制方向的一致性，再檢查液位高低報(bào)警功能、行程控制開關(guān)限位和保護(hù)功能是否正常，液位的測量指示正確否？在完成手動(dòng)聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)后，將泵池液面通過手動(dòng)控制穩(wěn)定在工藝要要求的區(qū)域范圍內(nèi)變化，先把DFD-1000手操器投向自動(dòng)控制，再將AI-808投入自動(dòng)觀看自控系統(tǒng)能夠根據(jù)液位的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行相應(yīng)的跟蹤調(diào)節(jié)，在此基礎(chǔ)上再啟動(dòng)自整定功能，以獲得*佳的系統(tǒng)控制參數(shù)。待自整定結(jié)束后，將系統(tǒng)控制參數(shù)記錄好，同時(shí)對參數(shù)進(jìn)行必要的密碼鎖定。
效果
經(jīng)過2個(gè)多月的實(shí)際運(yùn)行和跟蹤考核，液位自動(dòng)控制完全達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求，且由于增設(shè)了低位報(bào)警功能，還能起到預(yù)防砂泵打空泵的作用。
結(jié)語

原泵池液位自控系統(tǒng)由于E27系列調(diào)節(jié)器設(shè)備的老化，控制環(huán)節(jié)多，不僅設(shè)備（進(jìn)口）投資大（1臺調(diào)節(jié)器1.4萬元），且因采用了伺服放大器（價(jià)值1千元）驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，故障率比較高。而用國產(chǎn)AI-808調(diào)節(jié)器，投資成本僅2千元（含應(yīng)用功能模塊），僅為進(jìn)口調(diào)節(jié)器七分之一，還可以省去一臺伺服放大器，數(shù)字顯示直觀，操作簡便，備有高低報(bào)警輸出，提高了自動(dòng)控制的功能和穩(wěn)定性。

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