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宇电仪表在液位自动化控制上的应用

2012/9/14 0:02:54

宇电仪表在液位自动化控制上的应用

江西铜业公司永平铜矿林玉清熊国林
摘要：本文从应用的角度出发，介绍了国产AI-808人工智能调节器的性能、参数设置以及在液位检测自动控制系统中的应用。
关键词：自动控制调节器超声波

前言

在江西铜业公司永平铜矿选矿厂尾矿原有四个砂泵池采用了液位自动控制，因控制系统中所用E27系列进口调节器价格昂贵，随着调节器内部元件的逐渐老化，故障率明显增加。采用国产仪表取代进口调节器已成为当务之急。2001年1月份，选矿厂经过分析和比较，首次在尾矿泵池液位控制上试用国产AI-808人工智能调节器，与VEGASON52K液位计、DFD-1000手操器和ZKJ-210执行机构共同组成了二号泵站3#泵池液位自动控制系统，经现场参数设置和系统参数调节整定，成功地实现了对泵池液位自动控制，取得了良好的效果。

AI-808调节器简介

AI-808型调节器是国产较先进的仪表，内部采用了高性能的ASIC芯片和模块化硬件设计，在输入、输出信号上均采用了数字校正技术，以消除稳定性较差的可调电阻所带来的误差；通过自动调零技术的应用可长期使用而不会产生零点漂移，测量数字精确稳定；具有多种输入、输出规格和报警方式设置。不仅具备手动/自动无扰动切换操作功能，还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，电源可在85-264VAC（50-60HZ）宽范围内波动，在强干扰的环境下也能保证测量的精度和工作的稳定性。

泵池液位自动控制与接线原理

泵池液位自动控制和接线原理分别如图1、图2所示

　　　　　
泵池液位自动控制功能的实现，是由VEGASON52K液位计将检测到的液位信号，转换成4-40mA的电流输出信号，经电阻进到调节器，调节器作数据分析处理后，根据控制功能参数的设置要求，驱动中间继电器1ZJ或者2ZJ，控制ZKJ-210执行机构的正、后转，调节砂泵液力耦合器的油量，从而达到增大或减少砂泵输出功率，稳定泵池液面的目的。

AI-808调节器参数功能及设置说明

　AI-808调节器参数功能

正确设置AI-808调节器的控制参数是液位能否实现自动控制的关键，共有23个参数需要放置，8个现场参数需要定义，各参数代号、含义和设定值如表1所示

表1 AI-808调节器参数功能表
参数代号参数含义设定值
HIAL 　　　　　上限值报警　　　　　　　85（见说明1）
LOAL 　　　　　下限值报警　　　　　　　50（见说明2）
DF 　　　　　　回差　　　　　　　　　　0.3
CTRL 　　　　　控制方式　　　　　　　　5（见说明3）
M5 　　　　　　保持参数　　　　　　　　2.0
P 　　　　　　速率参数　　　　　　　　2
T 　　　　　　滞后时间　　　　　　　　3　秒
CTL 　　　　　输出周期　　　　　　　　4　秒
SN 　　　　　输出规格　　　　　　　　33（见说明4）
DIP 　　　　　小数点位置　　　　　　　1
DIL 　　　　　输入下限显示值　　　　　0
DIH 　　　　　输入上限显示值　　　　　100
SC 　　　　　　主输入平移修正　　　　　0
OPI 　　　　　输出方式　　　　　　　　5（见说明5）
OPL 　　　　　输出下限　　　　　　　　0
OPH 　　　　　输出上限　　　　　　　　100
ALP 　　　　　报警输出设定　　　　　　15（见说明6）
CF 　　　　　　系统功能选择　　　　　　15
ADDR 　　　　　通讯地址　　　　　　　　0
BAUD 　　　　　通讯波特率　　　　　　　9600
DL 　　　　　　输入数字滤波　　　　　　1
RUN 　　　　　运行状态及上电显示处理　1（见说明7）
LOC 　　　　　参数修改级别　　　　　　1（见说明8）
EP1—EP8 　　　现场参数定义　　　　　　（见说明9）

　设置说明

① 上限报警值的设定根据泵池液位的控制要求而定，且需要考虑操作人员处理问题时间。
② 下限报警值的设定是为了防止打空泵或空气进入泵内，提前发出报警的信号。
③ CTRL=5，表示AI-808调节器作为伺服放大器作用，仪表将测量值直接作为输出值输出。
④ 输入规格Sn=33，表示输入为1-5VDC信号。
⑤ OPI=5，表示无阀门反馈信号的位置比例输出，由主输出及报警1控制继电器直接驱动ZKJ-210执行机构正、反转。
⑥ ALP=15，表示上、下限报警均由AL2输出，且在下显示器交替显示报警符号（高HIAL，低LOAL），使操作人员能迅速了解仪表报警原因。
⑦ RUN=1，表示仪表工作在自动状态
⑧ 参数修改级别，LOC=1，表示可显示查看现场参数，不允许修改，但允许设置给定值，通过参数锁功能的设定，预防了无关人员乱动而影响仪表的正常运行。
⑨ 当仪表的参数设置完毕后，大多数参数将不再需要现场工人进行设置，并且现场操作工对许多参数不理解，有可能产生误操作而将参数更改成错误的数值，影响仪表的正常工作。故对操作工可以理解需要改动的参数通过EP1-EP8定义1-8个现场参数给操作工使用。

仪表的安装与调试

　VEGASON52K超声波液位计

首先将仪表进行上电检查，根据泵池现场实际液位变化进行程序参数的设置，如所测介质的类型、量程、输出方式等，并按技术要求作好安装前的模拟调校，使液位的高低与输出信号成线性相关变化。由于尾矿泵池属开口容器，在制作探头位架时，必须考虑到仪表与容器壁之间保持一定的距离，即要避开检测的盲压；且保持传感器的中心轴线与介质表面垂直。同时，在超声波传感器的锥形发射角内不能有其他杂物件，以避免产生虚假回波而影响测量的准确度。

　DFD手操器与ZKJ-210执行器的调试

DFD-1000型电动操作器是采用“开关操作制”的原理进行手/自动的切换和操作的，当切换开关处于手动位置时，①、②输入端分别与⑾、⑿输出端开路，由操作开关控制⑾、⑿端是否得电，并根据位置反馈信号的大小来控制通电时间的长短；当切换开关处于自动位置时，①与⑾相通，②与⑿相通。而由AI-808调节器来控制执行机构ZJK-210，从而达到AI-808调节器根据液位变化来控制ZKJ-210角行程，调节砂泵输出功率，稳定泵池液位。
在仪表按要求接好控制线后，对ZKJ-210执行器的角行程与位置反馈信号的变化的一致性进行调校，通过粗调和电位器细调，使执行器角行程零位的满量程分别对应4-20m成线性变化输出（在DFD表头有指示），并用操作器手动操作进行试验，同时检查1XC和2XC行程限位开关是否达到规定技术限位要求。

　系统调试

动态系统调试是实现液位自动控制最重要的一步。首先检查AI-808调节器能否通过中间继电器实现手动控制调节，以及执行器正、反转控制方向的一致性，再检查液位高低报警功能、行程控制开关限位和保护功能是否正常，液位的测量指示正确否？在完成手动联动试验后，将泵池液面通过手动控制稳定在工艺要要求的区域范围内变化，先把DFD-1000手操器投向自动控制，再将AI-808投入自动观看自控系统能够根据液位的动态变化进行相应的跟踪调节，在此基础上再启动自整定功能，以获得最佳的系统控制参数。待自整定结束后，将系统控制参数记录好，同时对参数进行必要的密码锁定。

效果

经过2个多月的实际运行和跟踪考核，液位自动控制完全达到规定的技术要求，且由于增设了低位报警功能，还能起到预防砂泵打空泵的作用。

结语

原泵池液位自控系统由于E27系列调节器设备的老化，控制环节多，不仅设备（进口）投资大（1台调节器1.4万元），且因采用了伺服放大器（价值1千元）驱动执行机构，故障率比较高。而用国产AI-808调节器，投资成本仅2千元（含应用功能模块），仅为进口调节器七分之一，还可以省去一台伺服放大器，数字显示直观，操作简便，备有高低报警输出，提高了自动控制的功能和稳定性。