儀表控制系統(tǒng)在飼料蝦料穩(wěn)定器中的應(yīng)用

一 概述

目前國內(nèi)飼料行業(yè)采用的設(shè)備大部分是江蘇牧羊集團(tuán)提供的成套設(shè)備和全套解決方案，黃海糧油飼料廠也采用了該集團(tuán)的產(chǎn)品，總體使用效果良好，只是蝦料穩(wěn)定器會出現(xiàn)頻繁糊料，大體存在糊料批次占總批次的1%，影響成品率及產(chǎn)品質(zhì)量，通過增加一套自動溫度控制系統(tǒng)可有效的解決此問題。

二 工藝介紹

該工位工藝簡況：蝦料半成品料伴隨濕空氣一起經(jīng)溜管進(jìn)入穩(wěn)定器，蒸汽經(jīng)減壓閥進(jìn)入穩(wěn)定器內(nèi)蒸汽盤管，與濕料充分接觸烘焙換熱達(dá)到干燥目的。生產(chǎn)工藝對干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，水分含量不能波動太大，又不能出現(xiàn)糊料，因而對干燥溫度要求嚴(yán)格控制。實踐證明，穩(wěn)定器內(nèi)空氣溫度在98℃上下波動小于2℃，控制效果理想。經(jīng)由我們分析研究發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)糊料的主要原因是烘焙溫度波動大，蒸汽流量不穩(wěn)定所致，這主要因為國產(chǎn)減壓閥控制精度不是很高，減壓后的蒸汽壓力總有些波動。原設(shè)計是根據(jù)恒壓理想條件做出的，在主蒸汽管道上加了一個手動調(diào)節(jié)閥，采用手動調(diào)節(jié)控制蒸汽流量，這樣無法適時控制好溫度。

三 控制對象分析

針對這種情況設(shè)計了一套自動溫控系統(tǒng)。圖一為控制系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)為單回路控制系統(tǒng)，被控參數(shù)為穩(wěn)定器的溫度，控制參數(shù)為加熱蒸汽量。

圖一調(diào)節(jié)過程如下：

正常情況下，蒸汽通過手動閥、調(diào)節(jié)閥進(jìn)入穩(wěn)定器對原料進(jìn)行加熱，當(dāng)穩(wěn)定器內(nèi)溫度超過設(shè)定溫度時，調(diào)節(jié)閥在儀表的控制作用下自動減小開度，減少進(jìn)入穩(wěn)定器的加熱蒸汽量，使溫度下降到設(shè)定值，反之，當(dāng)穩(wěn)定器內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度時，調(diào)節(jié)閥在儀表的控制作用下自動增加開度，增加進(jìn)入穩(wěn)定器的加熱蒸汽量，使溫度上升到設(shè)定值，這樣就保證穩(wěn)定器的溫度保持在設(shè)定值范圍內(nèi)。儀表的控制作用原理見下面儀表介紹。

四 控制系統(tǒng)構(gòu)成

自動控制系統(tǒng)控制過程可分為數(shù)據(jù)采集和控制兩部分，對被控參數(shù)進(jìn)行檢測，并傳輸給控制儀表，然后控制儀表對采集到的被控參數(shù)進(jìn)行分析，并按已定的控制規(guī)律決定控制過程，適時地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號來完成控制。本控制系統(tǒng)的基本框圖如圖二。

圖二具體改造情況：

1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)：在手動蒸汽閥上再并上一套自動調(diào)節(jié)閥，原手動閥管線作為旁通。因為設(shè)計要求溫度應(yīng)控制在96--100℃，所以對控制閥的控制精度要求很高，我們采用的溫控閥是德國富樂門公司生產(chǎn)的菲舍閥，該閥帶有電-氣閥門定位器，能夠利用負(fù)反饋原理來改善調(diào)節(jié)閥的定位精度和靈敏度，使調(diào)節(jié)閥能按控制器來的控制信號實現(xiàn)準(zhǔn)確定位，控制精度能達(dá)到0.2%，此閥在糧油食品、石油化工等行業(yè)應(yīng)用比較廣泛。

根據(jù)工藝安全原則及被控介質(zhì)特點，選擇氣開式，對數(shù)流量特性。這樣調(diào)節(jié)閥在小開度時KV（調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)）小，控制緩和平穩(wěn)，調(diào)節(jié)閥在大開度時KV大，控制及時有效，斷電時，閥門自動關(guān)閉。

2、測溫元件及變送器：因被控溫度在200℃以下，選擇德國E+H公司生產(chǎn)的測問溫元件及變送器，其為一體化產(chǎn)品，采用兩線制信號輸出，24V直流供電，使用非常方便，價格比國內(nèi)同類產(chǎn)品較高，但性價較高。該產(chǎn)品測溫元件為鉑電阻溫度計，其加工精度高，工藝比較成熟，在測溫范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能、高靈敏度以及冷端溫度零點漂移小的特點。

為提高檢測精度，測溫元件與變送器之間采用三線制接法，使熱電阻的連接導(dǎo)線分別加在不平衡電橋測量線路的相鄰兩個橋臂上，這樣，在導(dǎo)線電阻變化時，將不會改變橋路的輸出，從而減小其對儀表讀數(shù)的影響，配標(biāo)準(zhǔn)溫度變送器，其輸出信號為4-20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號，支持國際通用的HART協(xié)議，可以用HART手操器很方便的對測溫量程和零點進(jìn)行設(shè)定以及校正，因其高精度、高可靠性、易維護(hù)，該系列產(chǎn)品在國內(nèi)儀表控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

3、控制器及其參數(shù)整定：溫控儀選用香港上潤儀表公司生產(chǎn)的WT-80產(chǎn)品，該表屬通用型儀表，采用先進(jìn)的微處理器進(jìn)行智能控制，可根據(jù)被控對象自動演算出最佳調(diào)節(jié)參數(shù)，各輸入/輸出回路間均采用光電隔離，具有良好的抗干擾性和穩(wěn)定性，精度1%，具有多種系列產(chǎn)品。本次改造采用輸入、輸出均為4-20mADC標(biāo)準(zhǔn)信號的產(chǎn)品，負(fù)作用控制方式。控制器參數(shù)整定，是指決定控制器的比例度P、積分時間TI、微分時間TD的具體數(shù)值。整定的實質(zhì)是通過改變控制器的參數(shù)，使其特性和過程特性相匹配，以改善系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)，取得最佳的控制效果。根據(jù)蒸汽的流量特性本系統(tǒng)選用PID控制規(guī)律，參數(shù)整定采用工程整定法中的4：1衰減曲線法。先把過程控制系統(tǒng)中控制器參數(shù)置成純比例作用（TI=∞，TD=0），使系統(tǒng)投入運行。再把比例度P從大逐漸調(diào)小，直到出現(xiàn)等幅振蕩響應(yīng)。此時的比例度為4：1衰減比例度PS=35% ；兩個相鄰波峰間的時間間隔為4：1衰減振蕩周期TS=10MIN ；根據(jù)4：1衰減曲線法公式可算得： P=80%*35%=28% ，I=30%*10=3MIN，D=10%*10=1MIN。

具體操作步驟：

1、檢查控制閥電路及氣路系統(tǒng)連接無誤運行可靠。

2、控制參數(shù)設(shè)定：在儀表測量值（PV）顯示狀態(tài)下，按壓SET鍵，儀表轉(zhuǎn)入控制參數(shù)設(shè)定狀態(tài)。每按SET鍵即按順序顯示一級參數(shù)。

（1） 參數(shù)設(shè)定狀態(tài)各參數(shù)列示如下：符號 名稱 設(shè)定范圍（字） 說明 設(shè)定值A(chǔ)L1 第一控制值 -1999—9999 顯示第一控制設(shè)定值 100AL2 第二控制值 -1999-9999 顯示第二控制值 97.5AH1 第一報警回差值 0--255 顯示第一報警的回差值 1.0AH2 第二報警回差值 0-255 顯示第二報警的回差值 1.0CON 內(nèi)部參數(shù) CON=0 控制輸出為PID控制 0P 比例帶 全量程 顯示程序比例帶的設(shè)定值 28I 積分時間 0-1999秒 顯示程序積分時間設(shè)定值 600D 微分時間 0-1999秒 顯示程序微分時間設(shè)定值 180在參數(shù)設(shè)定模式下，按壓復(fù)位鍵，儀表再次自檢后進(jìn)入測量值顯示狀態(tài)。

（2）控制目標(biāo)值（SV）的設(shè)定：在PV顯示測量值，SV顯示目標(biāo)值的狀態(tài)下，按住SET鍵不放，4秒鐘后，即進(jìn)入控制目標(biāo)值SV的設(shè)定狀態(tài)，按住程序增加鍵，程序自動加1，直至顯示參數(shù)目標(biāo)值為98.0，再次按壓SET鍵不松，5秒鐘后參數(shù)鎖存并退出參數(shù)設(shè)定。

（3）二級參數(shù)設(shè)定：在儀表一級參數(shù)設(shè)定狀態(tài)下，修改設(shè)定參數(shù)禁鎖CLK=132后，在PV顯示CLK，SV顯示132狀態(tài)下，同時按住SET鍵和程序累加鍵30秒，儀表即進(jìn)入二級參數(shù)設(shè)定。在二級參數(shù)修改狀態(tài)下，每按SET鍵即變換一個二級工程參數(shù)，在參數(shù)設(shè)定模式下，不按任何鍵，30秒后，儀表自動保存參數(shù)并回到測量值顯示狀態(tài)。

儀表二級參數(shù)列示如下：

符號 名稱 設(shè)定范圍 參數(shù)設(shè)定及說明SL0 輸入分度號 0——20 13（注：PT100）SL1 小數(shù)點 SL1=1 小數(shù)點在十位SL2 第一控制方式 SL2=2 上限控制SL3 第二控制方式 SL3=1 下限控制F1 PID作用方式 F1=1 反作用F2 PID 輸出類型 F2=0 電流控制輸出F3 SV（PV2）顯示方式 F3=0 SV顯示控制目標(biāo)值參數(shù)設(shè)定完成后，系統(tǒng)即可投入運行。系統(tǒng)改造后，運行穩(wěn)定可靠，綜合誤差低于1.5%，完全達(dá)到使用要求。

五 結(jié)束語

經(jīng)過半年多的使用，控制效果良好，完全滿足生產(chǎn)工藝的要求，工作溫度始終控制在98-100℃之間，蝦料出成率達(dá)到100%，按年產(chǎn)一萬噸蝦料計，（每噸糊料損失4500元）可為公司年節(jié)約45萬元，達(dá)到了行業(yè)先進(jìn)水平。