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基于宇電AI-808型人工智能調節器實現軟化水裝置供水系統的設計

電子設計 ? 2021-03-28 09:41 ? 次閱讀

一、概述

隨著現代電力控制技術的發展,以變頻調速為代表的應用技術日趨成熟和普及。在現代企業的生產中,變頻調速供水技術以其節能、安全、供水品質高等優點,得到了廣泛的應用。變頻調速恒壓供水系統可以實現水泵、電動機無級調速,依據用水量的變化(實際為供水管網上的壓力變化)自動調節系統的運行參數,當用水量發生變化時仍保持水壓恒定以滿足用水要求,是目前先進、合理的節能型供水系統,是企業降低能耗、節約成本的有效途徑,也是連續性流程工藝生產的重要保證。某大型煉化企業由于工藝生產的連續性和復雜性,裝置生產用水要求硬度低,水壓穩定且不間斷,但由于受到環境的制約,水資源匱乏,水質硬度較高,不能滿足生產用水要求。因此,該廠設置軟化水裝置,對水質進行軟化處理,并設計應用變頻調速技術,由AI智能調節器、智能繼電器、變頻器、多臺供水泵交替工頻/變頻自動切換運行,最終實現了恒壓供水、生產順暢、降低能耗的目的。

二、AI儀表選型

在本系統中儀表的作用是輸出信號調節變頻器頻率的大小,因為壓力是快速變化的物理量,對儀表的整體性能有很高的要求,所以選用宇電AI-808型人工智能調節器,具體型號為AI-808AI4X3L2L2。

AI智能調節器具有模糊邏輯PID調節及參數自整定功能的先進控制算法。在誤差大時,運用模糊法進行調節,以消除PID飽和積分現象;當誤差減小時,采用改進后的PID算法進行調節,并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優化。其具有無超調、高精度、參數確定簡單,對復雜對象也能獲得較好控制效果等特點,其整體調節效果比一般的PID算法更明顯。

三、系統控制原理和工作過程

本系統采用1控3方式,即1臺變頻器控制3臺水泵。工作時,管道上的壓力由傳感器測量,并將壓力信號轉換成標準電流信號,作為反饋信號輸入AI調節器,經過內部PID調節處理后產生輸出信號到變頻器控制泵轉速,由智能繼電器執行邏輯控制,保證供水壓力恒定。根據需要將該系統設計成三種運行狀態:手動開停工頻運行、變頻自動恒壓閉環運行、手動變頻運行。

(1)其他硬件介紹: LOGO!230RL為西門子通用邏輯控制模塊。它具有體積小、編程簡單、功能強大的特點。230RL可提供12點開關量輸入,8點繼電器輸出的端子接口。每個繼電器輸出端口的最大電流可達8A。LOGO!230RL模塊具有很強的邏輯控制和運算功能,這些功能以功能塊的方式應用?;竟δ軌K有與門、或門、非門、與非、或非及異或門。同時還提供特殊功能塊,如接通延時、斷開延時、脈沖繼電器、時鐘脈沖發生器、加減計數器等。因此,它既可以作為PLC,又可以作為智能繼電器以實現復雜的邏輯繼電控制。

Simovert MasterDriver VC 變頻器是西門子新一代矢量控制變頻器,采用全數字技術控制,交流傳動采用IGBT電壓源變頻裝置,具有很高的變頻范圍。Simovert MasterDriver VC提供標準功能,如手動/自動設定,自動重起動功能等。通過操作面板對系統不同級別的參數進行設置實現豐富的功能。變頻器面板還有手動電位器旋鈕,直接控制變頻器的輸出。該變頻器被廣泛應用于現場自動控制,使傳動系統的工作效率和可靠性得以提高。

(2) 控制原理:一般情況下水泵轉速按工頻運行時速設計,運行時供水量基本固定不變。根據水泵消耗功率與轉速的關系式N=Kn3(其中N為水泵消耗功率,n為水泵運行時的轉速,K為比例系數),采用恒轉矩調速方式,連續改變電機的驅動電流頻率,可以平滑改變其轉速,從而達到改變水泵消耗功率的目的。實際生產中軟化水需求量隨裝置生產變化時,其管道上的水壓也隨之改變,可通過壓力傳感器測出實時變化量送入調節器作為壓力反饋信號,與工藝設定壓力信號進行比較后,經調節器內部PID計算調節輸出到變頻器控制水泵轉速,實現閉環控制管網壓力恒定。

(3)工作過程

正常情況下,系統為主泵變頻閉環工作。當供水壓力低于工藝設定值,且單臺泵無法滿足工作需要時,由LOGO!230RL自動起動輔助泵工頻運行,主泵仍變頻運行;若供水壓力高于工藝設定值,輔助泵變頻工作,主泵停止運行,以此達到閉環恒壓供水控制。當變頻系統出現故障時,可以自動停止運行該系統,同時投用備用工頻泵。其控制系統圖為:

基于宇電AI-808型人工智能調節器實現軟化水裝置供水系統的設計

圖中L為交流電抗器,P為壓力變送器,AI為調節器。系統運行方式包括工頻手動運行和變頻運行兩種,其中工頻手動運行適用于變頻器檢修期,而變頻運行適用于正常工作狀態,兩種運行方式由切換開關SA1及LOGO!230RL控制。變頻運行方式的兩種工作狀態:

變頻自動恒壓閉環控制:將切換開關SA2置于“閉環”位置,系統控制變頻器循環啟停M2泵、M3泵,壓力變送器P將管道壓力轉化為標準4~20mA電信號送至調節器,作為調節器壓力反饋信號與儀表的壓力設定值進行比較后,經儀表PID運算輸出控制信號,控制水泵轉速。當變頻系統出現故障時,可以自動停止運行該系統,同時投用備用工頻泵M1。當SA1置于“自動”,SA2置于“閉環”側時,系統處于變頻自動恒壓閉環控制運行。LOGO!230RL輸出端Q1輸出接通,中間繼電器KM4吸合,經延時后LOGO!230RL 的Q8輸出接通,變頻器投入運行。此時M2泵在變頻器控制下維持恒壓閉環控制,系統在設定壓力下工作。當單泵供水壓力不能滿足壓力要求,即壓力反饋信號持續低于設定值一段時間(由AI儀表下限報警給出信號,LOGO!230RL計時),LOGO!230RL自動將M3泵接通變頻器,此M3泵在儀表控制下進行閉環控制。如果M2泵在工頻,M3泵變頻同時工作一段時間后,如實際壓力超出設定壓力,M3泵持續降低轉速至控制下限仍無法達到設定值。則LOGO!230RL控制自動斷開M2泵工頻工作,由M3泵持續變頻工作。順序起停M2泵和M3泵在工頻和變頻運行狀態,從而閉環控制輸水壓力,保持供水恒壓。

變頻手動運行:系統還可以手動調節變頻器輸出。將SA2開關置于“開環”側,變頻器只控制M2,轉速由人工調節電位器進行調節,M3泵不投入運行。如變頻系統出現故障后,LOGO!230RL自動投運備用泵M1。

四、AI儀表的調試

AI儀表的控制效果直接影響整個系統的正常運行。在沒有經驗控制參數的時候,為了達到最佳的控制效果,儀表要進行PID自整定,但一般的調節儀表在自整定時的調節狀態是位式控制,輸出量要么最大要么最小,在本系統中調節輸出大幅變化是不允許的。AI-808調節器具有手動自整定模式可以很好的解決這個問題,具體操作是:把儀表切換到手動輸出狀態,通過儀表的△ ▽鍵調整輸出量,使測量值盡量和設定值保持一致,然后在這個狀態下啟動自整定,這樣儀表的輸出值將限制在當前手動輸出值的±10%范圍內,從而避免出現輸出值的大幅變化。在多數情況下,自整定一次就可以使獲得滿意的控制效果。如果控制有偏差時,可以通過微調M5、P、T參數來修正。主要參數設置:HIAL:上限報警。LOAL:下限報警。Df:回差(死區、滯環),用于避免因測量輸入值波動而產生報警頻繁動作。Ctrl:控制方式,采用AI人工智能調節/PID調節,Ctrl設置為4。M5:保持參數,主要決定調節算法中的積分作用,和PID積分時間類似,M5越小,系統積分作用越強。M5=0時取消積分和AI人工智調節,成為PD調節器,經驗參數為4。P:速率參數,與每秒內儀表輸出變化100%時測量值時應變化大小成正比,P=1000/每秒測量值的升高單位值(系統以0.1定義為一個單位),經驗參數為5。T:滯后時間,t越小,則比例和積分作用均成正比增強,而微分作用相對減弱,但整體反饋作用增強:反之,t越大,則比例和積分作用均減弱,而微分作用相對增強經驗參數為1。Ctl:輸出周期,反映儀表運算調節的快慢。Sn:輸入反饋信號類型。OPT:輸出方式,設置為4。CF:系統功能選擇,可以選擇系統的調節方向。

五、結語

該系統安全可靠,高質量地保障了軟化水的平穩供給,同時大大減少了用電量,達到了預期的目的。正常時只需兩臺泵交替變頻運行,從而改變了以前三臺供水泵同時運行的現象,直接的經濟效益可觀。

責任編輯:gt

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進入AI時代,為了解放雙手市面上興起了智能掃地機、洗碗機……而智能掃地機如今也不僅僅是把地掃干凈那么....
的頭像 永坤電機 發表于 04-13 13:44 ? 170次 閱讀
淺析行星齒輪箱在3D掃地機上的應用

手持式空氣負氧離子分析儀器的原理是什么

手持式空氣負氧離子分析儀器原理有哪些【霍爾德儀器 HED-FLZ】型便攜式負(氧)離子檢測儀是一款高....
發表于 04-13 11:51 ? 15次 閱讀
手持式空氣負氧離子分析儀器的原理是什么

業界唯一內置AI的數據中心CPU來了

業界唯一內置AI的數據中心CPU來了。4月6日,英特爾在北京首鋼園推出第三代至強可擴展處理器(代號I....
的頭像 機器人創新生態 發表于 04-13 11:34 ? 247次 閱讀
業界唯一內置AI的數據中心CPU來了

楔形流量計是指什么?它具有哪些優點?

楔形流量計是指什么?它具有哪些優點?
發表于 04-13 06:28 ? 0次 閱讀
楔形流量計是指什么?它具有哪些優點?

是什么因素決定了傳感器高頻響應?

傳感器的高頻截止頻率是什么? 傳感器的低頻截止頻率又是什么?   傳感器的輸出接頭形式和電纜對測量信號有哪些影響...
發表于 04-13 06:15 ? 0次 閱讀
是什么因素決定了傳感器高頻響應?

請問怎么設計一種鋼管長度測量系統?

怎么設計一種鋼管長度測量系統? 鋼管長度測量系統的工作原理是什么? 鋼管長度測量系統是如何組成的?具有哪些功能? ...
發表于 04-13 06:05 ? 0次 閱讀
請問怎么設計一種鋼管長度測量系統?

CAT-RTD0005 彈簧加壓式螺紋軸承 RTD

看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。? 產品類型特性 傳感器類型? 軸承探頭 元件材料? 鉑, 銅, 鎳 引線導線種類? PTFE 使用環境 最大溫度? 250?°C?[?482?°F?] 包裝特性 元件包裝? 不銹鋼探針,銅質尖端 參考編號 TE 內部編號 CAT-RTD0005...
發表于 12-16 08:00 ? 38次 閱讀
CAT-RTD0005 彈簧加壓式螺紋軸承 RTD

CAT-RTD0006 卡口式尖端敏感 RTD 探頭

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CAT-RTD0006 卡口式尖端敏感 RTD 探頭

CAT-RTD0007 柔性鎧裝尖端敏感 RTD 探頭

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發表于 12-16 08:00 ? 18次 閱讀
CAT-RTD0007 柔性鎧裝尖端敏感 RTD 探頭

CAT-RTD0008 小型投入式 RTD 探頭

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發表于 12-16 08:00 ? 44次 閱讀
CAT-RTD0008 小型投入式 RTD 探頭

CAT-RTD0009 點傳感 RTD 探頭傳感器

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發表于 12-16 07:00 ? 14次 閱讀
CAT-RTD0009 點傳感 RTD 探頭傳感器

CAT-RTD0010 帶壓縮配件的點傳感 RTD 探頭

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發表于 12-16 07:00 ? 24次 閱讀
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CAT-RTD0011 帶雙螺紋的點傳感 RTD 探頭

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發表于 12-16 07:00 ? 14次 閱讀
CAT-RTD0011 帶雙螺紋的點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0012 螺紋式點傳感 RTD 探頭

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發表于 12-16 07:00 ? 16次 閱讀
CAT-RTD0012 螺紋式點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0013 導管盒點傳感 RTD 探頭

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發表于 12-16 07:00 ? 19次 閱讀
CAT-RTD0013 導管盒點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0014 空氣傳感 RTD 探頭面板

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CAT-RTD0015 壁掛式 RTD 溫度傳感器

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發表于 12-16 07:00 ? 16次 閱讀
CAT-RTD0015 壁掛式 RTD 溫度傳感器

CAT-RTD0016 室外空氣傳感 RTD 探頭傳感器

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發表于 12-16 07:00 ? 19次 閱讀
CAT-RTD0016 室外空氣傳感 RTD 探頭傳感器

CAT-RTD0017 暖通空調平均化 RTD 探頭

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發表于 12-16 07:00 ? 43次 閱讀
CAT-RTD0017 暖通空調平均化 RTD 探頭

CAT-RTD0018 帶壓縮配件的平均化 RTD 探頭

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發表于 12-16 07:00 ? 39次 閱讀
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CAT-RTD0019 雙螺紋平均化 RTD 探頭

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發表于 12-16 07:00 ? 20次 閱讀
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CAT-RTD0020 12 MNPT 平均化 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0021 帶導管盒的平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0023 帶壓縮配件的不銹鋼 RTD 探頭

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CAT-RTD0023 帶壓縮配件的不銹鋼 RTD 探頭

CAT-RTD0024 不銹鋼 RTD 與插頭和插孔

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CAT-RTD0024 不銹鋼 RTD 與插頭和插孔

CAT-RTD0026 SS 定長切割 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0026 SS 定長切割 RTD 探頭傳感器
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