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AI-808调节器在控释肥生产线上的应用
企业： 日期：2010-11-10
领域：运动控制 点击数：1318
                        

    作者简介：张兄华，男，高级工程师，主要研究领域为自动化控制和过程控制。

    摘要：叙述宇电AI-808调节器成功地在济南某控释肥生产线上的应用，重点介绍系统的生产工艺过程、工作原理、配置方案的实现及使用效果。

    关键词： AI-808调节器；变频器；控释肥；比例调节 

    1 概述

    我国是农业大国，人口众多，土地相对较少，大都依靠增加施肥量来提高作物产量，然而过度施肥，会造成土壤严重板结和地表、地下水的污染。相关数据显示肥料用量愈大的地区，污染愈严重，究其原因主要是肥料利用率太低。磷、钾不及使用量一半，氮利用率甚至达不到30%，经济效益和生态效益资源损失巨大。如何提高肥料的利用率，降低污染，让养分释放与作物养分吸收同步，成为新型肥料产业的发展方向。而施用控释肥料不仅能改善生态环境，降低地下水及表水的污染，而且能节约大量的煤、电、天然气等不可再生资源，市场前景巨大。

    2 系统工艺过程和结构组成

    控释肥(Controlled-Release Fertilizers，简称CRFs)，是以各种调控机制使其养分最初释放延缓，根据作物需求控制肥料养分的释放量和释放速度，从而保持肥料养分的释放与作物需求相一致，达到提高肥效的目的。生产工艺较之传统肥料制作工艺更复杂，其生产工艺过程与结构组成如下。

    2.1系统工艺过程

    原料通过斗提机送入储料仓，再由皮带输送机（调速电子皮带秤）将原料送入转鼓预热窑，通过转鼓预热窑进行处理后进入下道工序，最后生成成品，最后由电子包装机进行称重包装入库。金钟电子主要为该生产线提供皮带输送机及有关的控制部分，该部分主要由仪表控制柜（内嵌电脑积算仪和AI-808智能调节器等）和变频器柜等组成，用于控制输送的物料量，需要进行变频调速，否则会严重影响成品的质量，该部分在整个系统中起着关键的作用，而宇电AI-808调节器则在变频调速这一环节起到举足轻重的作用。其结构组成如图1所示。

                 

                                    图1 系统结构组成图

    2.2控制系统工作原理

    系统运行时，下料控制主要是通过皮带输送机（调速电子皮带秤）对输送的物料进行计量，由控制仪表接收称重信号和速度信号，经处理后转化为累计值和瞬时流量，并将累计值、瞬时流量信号由RS-485口传送给工业控制机（上位机），以4～20mA模拟电流信号转化成1～5V电压信号传送给宇电AI-808调节器，PID调节器将该信号与设定的目标值进行比较运算后，将4～20mA的模拟信号送给变频器，再由变频器去调节输送机的转速，当流量增大时，降低输送机的转速，反之提高输送机的转速，从而使得输送物料的流量和阶段累计量均保持在设定的范围内，进而得到可靠的产品质量。控制系统结构框图如图2所示。

                 

                                 图2 控制系统结构框图

    3 系统配置方案及其实施

    3.1积算器

    积算器是电子皮带秤的核心部件，它接受来自秤体上的重量信号和速度信号，并计算出瞬时流量和累计量，可显示累重、瞬时流量、皮带速度、皮重、报警信号内容。瞬时流量信号以4～20mA模拟电流信号转化成1～5V电压信号的形式传送给宇电AI-808调节器。

    3.2 宇电AI-808人工智能调节器

    （1）AI-808的特点

    AI-808是功能增强型调节器。除具备AI-708型调节器的所有功能外，还具备外给定、手动/自动无扰动切换操作功能，具备手动自整定和显示输出值等，以及用作伺服放大器直接控制阀门位置的比例输出。AI人工智能调节器可显示测量值和设定值，具有先进的AI人工智能调节算法，无超调, 自整定AT功能和自动/手动双向无扰动切换及用户参数编程等功能；同时还带有4～20mA线性模拟输入输出、RS-485串行通讯接口及继电器报警输出等接口。

    AI-808与一般的PID调节器相比，价格低，功能强，可靠性好，性价比高。由于其采用模糊规则进行PID调节，能在降低超调的同时提高响应速度。而一般PID算法能精确地控制被调节对象，但有超调大、PID较难确定、对扰动恢复慢等缺点。采用模糊调节算法，能适应大滞后对象，超调小，易确定参数，但它控制的效果比较差，控制曲线会产生微小的锯齿形波动。 

    AI-808人工智能调节算法具备学习功能，能自动学习系统特性。当自整定完成后，即使初次控制时效果较差，第二次使用时也能获得非常精确的控制。

    （2）AI-808型号的选取

    该系统中通过AI-808调节器接收电脑积算器发送来的4～20mA瞬时流量信号，通过与自身设置的目标值进行比较，发送4～20mA的信号给变频器，通过变频器来控制给料电机，从而达到预定的给料量，由此可见AI-808调节器在本系统中的重要性。该系统中AI-808调节器的具体具体型号为AI-808-A2-X4-L2-L2-S4-N(AC220V)。具体模块功能如下：

    A2 表示带光柱；
    X4 光电隔离的线性电流输出模块，且不占用仪表内部隔离电源；
    L2 继电器触点开关（压敏电阻吸收）输出模块。

    （3）AI-808具体参数的设置：

              

    3.3可编程控制器

    选用SIEMENS公司生产的S7-200型PLC，主要用于现场设备的起停控制、连锁控制和保护控制。

    3.4变频器

    变频器选用富士公司生产的FRN2.2G11S-4CX，主要接收AI-808送来的信号，并对减速电机进行控制。

    4 系统调试及应用效果

    4.1系统调试

    由于AI-808调节器是金钟电子多年使用的老产品，对其性能参数比较熟悉，在调节过程中基本没有出现很多困难，进展比较顺利。

    4.2当前应用效果

    系统自2008下半年投入运行以来来，使用效果较好，具体表现在以下几方面：

    （1）系统的维护量较小

    由于宇电AI-808能够自动进行变频调节，确保设备稳定可靠运行，维护工作量较小，满足24小时连续工作，大大提高生产效率。

    （2）系统可靠性大大提高

    系统采用宇电AI-808智能调节器，同时PLC、变频器等均采用进口器件，使得系统投入运行以来一直运行稳定。

    （3）产品的合格率较高

    应生产工艺需要，人工设定PID的目标值，由PID进行变频控制，从而大大地提高了产品的质量和合格率。

    5 结语

    该系统自08年下半年验收投入使用以来，系统的精度高，可靠性好，操作简单，维护方便，不但保证了产品的质量和产量，同时又克服了环境污染问题，为企业创造良好的经济效益。系统的稳定可靠与关键器件AI-808调节器的稳定可靠性是分不开的，可成功推广应用到有关化工行业。
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