基于精确数学控制的南极磷虾均质槽智能运行研究.doc

基于精确数学控制的南极磷虾均质槽智能运行研究
倪锦 郑晓伟 张军文 摘要:南极磷虾均质槽是南极磷虾脱壳生产线的核心设备之一,其主要不足是均质槽中的南极磷虾与海水的质量比例不可测,不稳定的供料水平影响着整条生产线的产品质量,针对这粗大误差,液位高度值取剔除出单误差后1 s内的均值。吸虾泵的流量采用电磁流量计进行监测,通过调节变频器频率,在一定范围内调节吸虾泵的流量。流量的控制方法为增量式比例积分微分(PID)控制。
3 基于精确数学模型的虾水比控制
均质槽内的吸虾泵及管路、均质搅拌器均浸没在虾水中,设两者总的体积为Vels,均质槽内部空间的底部面积为S,均质槽内虾水的液位高度测量值为LT,则均质槽内虾水体积为VSW=LT·S-Vels。Vels为吸虾泵均质搅拌器等的体积,可预先测定获得,实际运行时它们完全浸入海水中;S为均质槽底面积,均为固定已知值。
4 南极磷虾均质槽的智能工作模式
南极磷虾均质槽的智能工作模式分为初始准备模式、工作模式、结束工作模式。
初始准备模式
设给定海水液位值为LTset,给定南极磷虾与海水的质量比值为1 ∶ Xset,给定吸虾泵的工作频率为Fss,给定磷虾输送带的初始工作频率为Fconi,给定初始海水流量值为Qset。均质搅拌器的运转频率由变频器的控制方程计算获得。 启动高精度自动称质量系统,测得均质槽的初始总质量为mtoti;启动南极磷虾进料输送带,按Fconi频率工作,当测得的均质槽总质量mtot=mtoti+msi时,南极磷虾进料输送带立即停止工作,暂时停止工作后,立即开启电动球阀、电磁流量计、电动流量阀。电动流量阀按设定流量Qset进行调控,控制供水。当测得的均质槽总质量mtot=mtoti+msi+Xsetmsi时,电动球阀立即切断海水供应,暂停供水后,开启均质搅拌器,均质搅拌器按控制方程计算得到的运转频率运转,此时均质槽初始准备状态完成。
工作模式
同时启动电动球阀、南极磷虾进料输送带、南极磷虾吸虾泵,均质槽进入连续工作状态。采用液位传感器监测液位,将液位传感器测得的液位高度值(LTtes)与液位设定值(LTset)进行比较,采用增量式PID控制调节电动流量阀开度(δ),最终将液位高度控制到设定值(LTset)。将电动阀的开度调节为δ[n]=δ[n-1]+Δδ,其中δ[n]为当前测控时刻电动阀的开度值,δ[n-1]为前一测控时刻电动阀的开度值,Δδ为电动阀开度的调节增量,通过调节电动阀的开度值实现液位控制调节,循环控制,直至最终稳定到设定液位。
启动高精度自动称质量系统,设测得的均质槽总质量为mtot,除去已知设备的质量mmec,得均质槽内虾水的质量,即msw=mtot-mmec。均质槽内虾水体积应为Vsw=LTtes·S-Vels。计算获得虾水比实测值,具体公式为Xtes=Vswρsρw-mswρwmswρs-Vswρsρw。
将测得的虾水比Xtes与设定值Xset进行比较,采用增量式PID控制调节南极磷虾输送带速度vel,以保证将虾水比控制到设定值。
将测得的虾水比中的Xtes[n]与设定值中的Xset进行比较,得到偏差信号e,e=Xtes[n]-Xset,并据此建立增量式PID控制算法,将南极磷虾输送带的速度调节为vel[n]=vel[n-1]+Δδ1,其中vel[n]表示当前测控时刻输送带速度值,vel[n-1]表示前一测控时刻输送带速度值,Δδ1为由PID控制算法获得的输送带调节值,进行虾水比控制调节,循环控制,直至最终稳定到设定虾水比值。
吸虾泵按照设定的频率进行工作,若脱壳系统设定的参数发生变化,吸虾泵的运送量随脱壳能力的动态调整发生变化,均质槽的海水流量、南极磷虾输送带速度,均质搅拌器的工作状态随之发生变化。吸虾泵的流量采用电磁流量计测量,通过调整变频器的频率,在一定范围内调节吸虾泵的流量。控制方式为人工设定变频器的频率,实现吸虾泵参数的调整。均质搅拌器的运转频率通过变频器的控制方程计算获得。
结束工作模式
停止南极磷虾输送带的运转,停止输送南极磷虾,关闭电动阀,停止海水供应,均质器的变频器工作频率按照固定频率25 Hz工作,吸虾泵继续工作,系统计算液位传感器测得的液位值LTtes[n]与LTmin的差值,当LTtes[n]-LTmin≤ m时,吸虾泵停止工作,均质搅拌器停止工作,打开均质槽底部的排污电动阀,排出均质槽内残留的南极磷虾与海水,同时打开海水管路的电动阀,将电动流量阀控制的流量调节至最大值,工作5 min后,再次关闭海水管路的电动阀,1 min后关闭均质底部的排污电动阀。关闭整个均质槽中的电气设备,此