减重式质量流量测控系统的研究

　　1　问题的提出

　　在工业生产中,瞬时流量是涉及流体介质的工艺流程中需要控制和调节的重要参数,用以实现生产工艺的自动化,保持均衡稳定的生产和产品质量。同时对改进生产工艺及科学实验均有重要意义。目前,工业上常用的有速度式、容积式、差压式、质量式等流量计,但对高粘性流体、脏污流体尚无有效的测量方法。例如,在人造板和胶合板的生产过程中,胶和熔石蜡流量是控制产品质量的重要参数。由于熔石蜡的高粘性以及胶易在一般流量计中凝结而影响测量准确度的特殊性,常规的流量计不适合胶和熔石蜡流量的测量。因此,研究新型的减重式质量流量测控系统可解决工业生产过程中,高粘性、脏污性流体介质流量参数的测量与控制。本文以人造板生产过程施胶流量测控系统为例,介绍减重式质量流量测控系统的原理和减重式质量流量测控仪表的设计。

　　2　减重式质量流量测控系统原理

　　图1是人造板生产过程施胶工艺的减重式质量流量测控系统示意图。该测控系统以研制的减重式质量流量测控仪4为核心,减重式质量流量测控系统的工作原理是:测控仪测量生产过程木纤维流量10,根据生产工艺配比参数计算出胶流量设定值;测控仪通过传感器8获得称重罐3单位时间减少的胶重量,计算出胶的瞬时质量流量并进行积分得出累积流量;流量测得值与设定值比较,当实际流量小于设定流量,测控仪调节增大螺杆泵9的速度(反之减小速度),经PID调节达到控制胶流量跟踪木质纤维流量的目的。

　　测控仪在测得称重罐的同时,监测称重罐中胶原料的重量。当称重罐中胶原料重量低于设定下限值,测控仪控制打开电磁阀7的阀门,将装满胶的辅助罐2中的原料快速流入称重罐3。在此短暂时间,测控仪保持螺杆泵9的速度不变(流量亦不变)。称重罐3补充原料结束后,测控仪继续测控胶的瞬时流量,同时关闭阀门7,打开输胶泵5将辅助罐的原料加满,称重传感器6测得辅助罐加满后测控仪即关闭输胶泵5。周而复始,达到连续测控胶流量的目的。减重式质量流量测控系统设计辅助罐的目的是尽量缩短称重罐加料的时间。

　　3　减重式质量流量测控仪表的设计

　　减重式质量流量测控仪表是流量测控系统的核心,它实际上是将多路传感器变送器、比值调节器、PID调节器和开关量控制器设计在一起的智能多功能测控仪表。其电路设计原理如图2所示,该仪表由单片机系统部分、输入通道部分、输出通道部分组成。

　　在整机设计中,这3部分的电路采用3组独立的电源,并将这3部份电信号的传递使用光电耦合器和继电器完全隔离,解决了外部干扰信号串入的问题。单片机系统还设计有看门狗电路,以保证仪表能在工业现场长期可靠地工作。输入通道电路选用CS5524多通道24位A/D转换芯片,该芯片可直接测量满量程10mV的称重传感器信号。输出通道的D/A转换器选用MAX541串行16位D/A转换芯片,经V/A转换产生4~20mA信号控制变频螺杆泵。该测控仪电路具有如下功能:①测量2路称重传感器信号、1路纤维流量信号;②控制1路电磁阀、1路原料泵;③比值调节1路变频螺杆泵。