宇電儀表在輪胎硫化循環(huán)水控制中的應(yīng)用
2009/12/28 0:00:00
一、概述
硫化的目的是通過外力剪切、高溫促使橡膠內(nèi)的鏈狀分子交聯(lián)成網(wǎng)狀分子，加強(qiáng)其拉力、硬度、老化、彈性等性能，使其變得更有使用價(jià)值；從物性上即是塑性橡膠轉(zhuǎn)化為彈性橡膠或硬質(zhì)橡膠的過程。輪胎硫化機(jī)主要用于汽車外胎、飛機(jī)外胎、工程外胎及拖拉機(jī)外胎等充氣輪胎的硫化。硫化機(jī)按采用的膠囊形式分為三種類型：
A型〈或稱AFV型〉輪胎定型硫化機(jī)： 膠囊從外胎中脫出時(shí),膠囊在推頂器的作用下，往下翻入下模的囊筒內(nèi)，開模方式為升降平移型。
B型〈或稱BOM型〉輪胎寇型硫化機(jī)： 膠囊從外胎中脫出時(shí),膠囊在中心機(jī)構(gòu)的操縱下，在抽真空收縮后向上拉直，開模方式有升降型、升降平移型和升降翻轉(zhuǎn)型。
AB型〈或稱AUB0型〉輪胎定型硫化機(jī)：膠囊從外胎中脫出時(shí),膠囊在膠囊操縱機(jī)構(gòu)和囊筒作用下，上半部作翻轉(zhuǎn)而整個(gè)膠囊由囊筒向上移動(dòng)收藏起來，開模方式有升降型和升降翻轉(zhuǎn)型。
按傳動(dòng)方式可分為連桿式定型硫化機(jī)和液壓式定型硫化機(jī)。液壓式B型定型硫化機(jī)的開摸方式為升降型。按加熱方式可分為蒸鍋式、夾套式定型硫化機(jī)和熱板式定型硫化機(jī)。按用途可分為普通胎定型硫化機(jī)和子午胎定型硫化機(jī)。按整體結(jié)構(gòu)又可分為定型硫化機(jī)和定型硫化機(jī)組。目前一般是根據(jù)膠囊形式進(jìn)行分類。
在輪胎硫化過程中熱循環(huán)水是非常重要的介質(zhì)，它的溫度和壓力是否穩(wěn)定，對(duì)硫化輪胎的質(zhì)量起著重要作用。本文主要介紹宇電控制器在硫化循環(huán)水溫度壓力控制中的應(yīng)用。
二、控制系統(tǒng)介紹
硫化循環(huán)水供水溫度指標(biāo)的質(zhì)量，主要采用高效除氧熱水器來實(shí)現(xiàn)。在循環(huán)水壓力指標(biāo)控制方面，采用在循環(huán)水泵出口安裝調(diào)節(jié)閥，控制閥門開度來實(shí)現(xiàn)。
1、循環(huán)水溫度控制
循環(huán)水的溫度控制是依靠除氧器來實(shí)現(xiàn)的。旋膜式除氧器由除氧頭和水箱組成；除氧頭的結(jié)構(gòu)由外殼、旋膜器組、水篦子、液汽網(wǎng)、蒸汽分配盤五大部分組成。外殼：是由筒身和沖壓橢圓形封頭焊制成。起膜器組：由水室、汽室、起膜管、凝結(jié)水接管、補(bǔ)充水接管和一次進(jìn)汽接管組成。淋水篦子：經(jīng)起膜段粗除氧的給水及由疏水管引進(jìn)的疏水在這里混合進(jìn)行二次分配，呈均勻淋雨?duì)盥涞窖b到其下的液汽網(wǎng)上。液汽網(wǎng)：是由相互間隔的扁鋼帶及一個(gè)圓筒體，內(nèi)裝一定高度特制的不銹鋼扁絲網(wǎng)及不銹鋼板組成，給水在這里與二次蒸汽充分接觸，加熱到飽和溫度并進(jìn)行深度除氧，以保證除氧水中含量：低壓大氣式除氧器低于10μg/L，高壓除氧器低于5μg/L。蒸汽分配盤：按一定比例成規(guī)則均分型制成，使主加熱蒸汽呈現(xiàn)均分狀態(tài)其在無節(jié)流工況下上升加熱軟化水，來保證加熱質(zhì)量，達(dá)到飽和溫度下工作除氧。其工作原理（射流、吸卷、紊流、傳熱、傳質(zhì)、水膜裙、淋雨?duì)?、飽和溫度）：凝結(jié)水及補(bǔ)充水首先進(jìn)入除氧頭內(nèi)旋膜器組水室，在一定的壓差下從膜管的小孔斜旋噴向內(nèi)孔，形成射流，由于內(nèi)孔充滿了上升的加熱蒸汽，水在射流運(yùn)動(dòng)中便將大量的加熱蒸汽吸卷進(jìn)來（試驗(yàn)證明射流運(yùn)動(dòng)具有卷吸作用）；在極短時(shí)間很小的行程上產(chǎn)生劇烈的混合加熱作用，水溫大幅度提高，而旋轉(zhuǎn)的水沿著膜管內(nèi)孔壁繼續(xù)下旋，形成一層翻滾的水膜裙，（水在旋轉(zhuǎn)流動(dòng)時(shí)的臨界雷諾數(shù)下降很多即產(chǎn)生紊流翻滾），此時(shí)紊流狀態(tài)的水傳熱傳質(zhì)效果最理想，水溫達(dá)到飽和溫度。氧氣即被分離出來，因氧氣在內(nèi)孔內(nèi)無法隨意擴(kuò)散，只能隨上升的蒸汽從排汽管排向大氣（老式除氧器雖加熱了水，分離出了氧但氧氣比重大于加熱蒸汽，部分氧又被下流的水帶入水箱，也是造成除氧效果差的一種原因）。經(jīng)起膜段粗除氧的給水及由疏水管引進(jìn)的疏水在這里混合進(jìn)行二次分配，呈均勻淋雨?duì)盥涞窖b到其下的液汽網(wǎng)上，再進(jìn)行深度除氧后才流入水箱。水箱內(nèi)的水含氧量為高壓0-5 цɡ/L,低壓小于10цɡ/L。因旋膜式除氧器在工作中使水始終處于紊流狀態(tài)，并有足夠大的換熱表面積，所以傳熱傳質(zhì)效果越好，排汽量越?。茨茉磽p失小帶來的經(jīng)濟(jì)效益也可觀）除氧效果好產(chǎn)生的富裕量能使除氧器超負(fù)荷運(yùn)行（通?？沙~定出力的５０％）或低水溫全補(bǔ)水下運(yùn)行。
除氧器控制分為溫度和水位控制兩部分。由于是采用飽和蒸汽供熱，所以溫度的控制可以選擇溫度信號(hào)或壓力信號(hào)作為被控量。以溫度信號(hào)為例，用PT100測(cè)量水的溫度，通過溫度變化調(diào)節(jié)氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的開度，改變蒸汽量的大小，來保證溫度恒定。
水位的控制可以采用位式調(diào)節(jié)，當(dāng)液位低于下限水位時(shí)啟動(dòng)水泵加水，高于上限水位時(shí)停止水泵。
2、循環(huán)水壓力控制
循環(huán)水的壓力控制是硫化過程中重要的參數(shù)之一，由于循環(huán)水泵是一直處于開啟狀態(tài)，所以在水泵出口處增加調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)壓力的控制，通過調(diào)節(jié)閥門的開度來穩(wěn)定壓力。
3、儀表的選型
因?yàn)橄到y(tǒng)對(duì)控制精度要求較高，輸出不允許有大幅波動(dòng)，因此系統(tǒng)選用宇電AI系列人工智能調(diào)節(jié)器，它可以徹底消除PID飽和積分現(xiàn)象，并在接近目標(biāo)值時(shí)采用改進(jìn)的PID算法，輸出值不會(huì)大幅度變化，避免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。溫度控制選擇AI-808AX3L2L2，水位控制選擇 AI-701C3I4L2L2，循環(huán)水壓力控制選擇AI-808AI4X3L2L2。宇電控制算法介紹：AI調(diào)節(jié)器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)PID算法加以改進(jìn)和保留并加入模糊控制算法規(guī)則，對(duì)給定值的變化加入了前饋調(diào)節(jié)。在誤差大時(shí)，運(yùn)用模糊算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以徹底消除PID飽和積分現(xiàn)象。當(dāng)誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法控制輸出。其控制參數(shù)采用被控對(duì)象特征描述方式。一組(MPT)參數(shù)即可同時(shí)確定PID參數(shù)和模糊控制參數(shù)。系統(tǒng)具有無超調(diào)和高控制精度等特點(diǎn)。針對(duì)不穩(wěn)定的非線形復(fù)雜調(diào)節(jié)對(duì)象，表內(nèi)設(shè)有自適應(yīng)調(diào)節(jié)規(guī)則，可使系統(tǒng)進(jìn)一步加快響應(yīng)速度，改善控制品質(zhì)。針對(duì)控制參數(shù)較難確定的現(xiàn)實(shí)，表內(nèi)設(shè)有自整定專家系統(tǒng)，可使系統(tǒng)的控制參數(shù)確定簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度提高，因此，自整定系統(tǒng)的引入，不僅使復(fù)雜勞動(dòng)簡(jiǎn)化，節(jié)約了調(diào)試時(shí)間，而且提高了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。對(duì)于許多復(fù)雜的調(diào)節(jié)對(duì)象，例如電爐溫度控制中的電網(wǎng)電壓變化、外界干擾因素和工作環(huán)境多變等，針對(duì)有嚴(yán)重非線形的控制對(duì)象，國(guó)外儀表公司也推出了不少對(duì)策和方法。例如，日本導(dǎo)電公司生產(chǎn)的儀表中，采用了多組算法；歐陸和歐姆龍儀表中采用了自適應(yīng)功能；KMM智能調(diào)節(jié)儀表中采用了折線模塊來適應(yīng)系統(tǒng)的非線性；還有的儀表公司在儀表中采用辯識(shí)方法來提高儀表在非線性系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)質(zhì)量。在AI系列智能工業(yè)調(diào)節(jié)器中，針對(duì)有嚴(yán)重中非線性的控制對(duì)象，選擇了自適應(yīng)方式來解決。其改進(jìn)的特點(diǎn)是：當(dāng)控制偏差大于估計(jì)的誤差時(shí)，自適應(yīng)系統(tǒng)不是修改MPT參數(shù)(國(guó)外儀表的自適應(yīng)功能是修改控制參數(shù))，而是修改輸出值來降低誤差。雖然修改范圍有限，但不會(huì)出現(xiàn)將原來正確控制參數(shù)改錯(cuò)的現(xiàn)象，使響應(yīng)速度加快，使控制精度大大提高。
4、儀表的調(diào)試
AI調(diào)節(jié)器是這個(gè)系統(tǒng)的核心控制設(shè)備，它的控制效果直接影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在沒有經(jīng)驗(yàn)控制參數(shù)的時(shí)候，為了達(dá)到最佳的控制效果，儀表要進(jìn)行PID自整定，但一般的調(diào)節(jié)儀表在自整定時(shí)的調(diào)節(jié)狀態(tài)是位式控制，輸出量要么最大要么最小，在系統(tǒng)中調(diào)節(jié)輸出大幅變化是不允許的。AI-808調(diào)節(jié)器具有手動(dòng)自整定模式可以很好的解決這個(gè)問題，具體操作是：把儀表切換到手動(dòng)輸出狀態(tài)，通過儀表的△ ▽鍵調(diào)整輸出量，使測(cè)量值盡量和設(shè)定值保持一致，然后在這個(gè)狀態(tài)下啟動(dòng)自整定，這樣儀表的輸出值將限制在當(dāng)前手動(dòng)輸出值的±10%范圍內(nèi)，從而避免出現(xiàn)輸出值的大幅變化。在多數(shù)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(shí)，可以通過微調(diào)M5、P、T參數(shù)來修正。主要參數(shù)設(shè)置：HIAL：上限報(bào)警，根據(jù)實(shí)際要求設(shè)置。LOAL：下限報(bào)警，根據(jù)實(shí)際要求設(shè)置。Df：回差（死區(qū)、滯環(huán)），用于避免因測(cè)量輸入值波動(dòng)而產(chǎn)生頻繁調(diào)節(jié)作用，在回差范圍內(nèi)位式調(diào)節(jié)不起作用。Ctrl：控制方式，系統(tǒng)初始設(shè)置值為1。M5：保持參數(shù)，主要決定調(diào)節(jié)算法中的積分作用，和PID積分時(shí)間類似，M5越小，系統(tǒng)積分作用越強(qiáng)。P<
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