【宇电应用65】宇电仪表在轮胎硫化循环水控制中的应用

     硫化的目的是通过外力剪切、高温促使橡胶内的链状分子交联成网状分子，加强其拉力、硬度、老化、弹性等性能，使其变得更有使用价值；从物性上即是塑性橡胶转化为弹性橡胶或硬质橡胶的过程。轮胎硫化机主要用于汽车外胎、飞机外胎、工程外胎及拖拉机外胎等充气轮胎的硫化。硫化机按采用的胶囊形式分为三种类型：

   A型〈或称AFV型〉轮胎定型硫化机： 胶囊从外胎中脱出时,胶囊在推顶器的作用下，往下翻入下模的囊筒内，开模方式为升降平移型。

  B型〈或称BOM型〉轮胎寇型硫化机： 胶囊从外胎中脱出时,胶囊在中心机构的操纵下，在抽真空收缩后向上拉直，开模方式有升降型、升降平移型和升降翻转型。

     AB型〈或称AUB0型〉轮胎定型硫化机：胶囊从外胎中脱出时,胶囊在胶囊操纵机构和囊筒作用下，上半部作翻转而整个胶囊由囊筒向上移动收藏起来，开模方式有升降型和升降翻转型。

     按传动方式可分为连杆式定型硫化机和液压式定型硫化机。液压式B型定型硫化机的开摸方式为升降型。按加热方式可分为蒸锅式、夹套式定型硫化机和热板式定型硫化机。按用途可分为普通胎定型硫化机和子午胎定型硫化机。按整体结构又可分为定型硫化机和定型硫化机组。目前一般是根据胶囊形式进行分类。

在轮胎硫化过程中热循环水是非常重要的介质，它的温度和压力是否稳定，对硫化轮胎的质量起着重要作用。本文主要介绍宇电控制器在硫化循环水温度压力控制中的应用。

 

硫化循环水供水温度指标的质量，主要采用高效除氧热水器来实现。在循环水压力指标控制方面，采用在循环水泵出口安装调节阀，控制阀门开度来实现。

1、循环水温度控制

   循环水的温度控制是依靠除氧器来实现的。旋膜式除氧器由除氧头和水箱组成；除氧头的结构由外壳、旋膜器组、水篦子、液汽网、蒸汽分配盘五大部分组成。外壳：是由筒身和冲压椭圆形封头焊制成。起膜器组：由水室、汽室、起膜管、凝结水接管、补充水接管和一次进汽接管组成。淋水篦子：经起膜段粗除氧的给水及由疏水管引进的疏水在这里混合进行二次分配，呈均匀淋雨状落到装到其下的液汽网上。液汽网：是由相互间隔的扁钢带及一个圆筒体，内装一定高度特制的不锈钢扁丝网及不锈钢板组成，给水在这里与二次蒸汽充分接触，加热到饱和温度并进行深度除氧，以保证除氧水中含量：低压大气式除氧器低于10μg/L，高压除氧器低于5μg/L。蒸汽分配盘：按一定比例成规则均分型制成，使主加热蒸汽呈现均分状态其在无节流工况下上升加热软化水，来保证加热质量，达到饱和温度下工作除氧。其工作原理（射流、吸卷、紊流、传热、传质、水膜裙、淋雨状、饱和温度）：凝结水及补充水首先进入除氧头内旋膜器组水室，在一定的压差下从膜管的小孔斜旋喷向内孔，形成射流，由于内孔充满了上升的加热蒸汽，水在射流运动中便将大量的加热蒸汽吸卷进来（试验证明射流运动具有卷吸作用）；在极短时间很小的行程上产生剧烈的混合加热作用，水温大幅度提高，而旋转的水沿着膜管内孔壁继续下旋，形成一层翻滚的水膜裙，（水在旋转流动时的临界雷诺数下降很多即产生紊流翻滚），此时紊流状态的水传热传质效果最理想，水温达到饱和温度。氧气即被分离出来，因氧气在内孔内无法随意扩散，只能随上升的蒸汽从排汽管排向大气（老式除氧器虽加热了水，分离出了氧但氧气比重大于加热蒸汽，部分氧又被下流的水带入水箱，也是造成除氧效果差的一种原因）。经起膜段粗除氧的给水及由疏水管引进的疏水在这里混合进行二次分配，呈均匀淋雨状落到装到其下的液汽网上，再进行深度除氧后才流入水箱。水箱内的水含氧量为高压0-5 цɡ/L,低压小于10цɡ/L。因旋膜式除氧器在工作中使水始终处于紊流状态，并有足够大的换热表面积，所以传热传质效果越好，排汽量越小（即能源损失小带来的经济效益也可观）除氧效果好产生的富裕量能使除氧器超负荷运行（通常可超额定出力的５０％）或低水温全补水下运行。

水位的控制可以采用位式调节，当液位低于下限水位时启动水泵加水，高于上限水位时停止水泵。

2、循环水压力控制

   循环水的压力控制是硫化过程中重要的参数之一，由于循环水泵是一直处于开启状态，所以在水泵出口处增加调节阀来实现压力的控制，通过调节阀门的开度来稳定压力。

3、仪表的选型

   因为系统对控制精度要求较高，输出不允许有大幅波动，因此系统选用宇电AI系列人工智能调节器，它可以彻底消除PID饱和积分现象，并在接近目标值时采用改进的PID算法，输出值不会大幅度变化，避免系统产生振荡。温度控制选择AI-808AX3L2L2，水位控制选择 AI-701C3I4L2L2，循环水压力控制选择AI-808AI4X3L2L2。宇电控制算法介绍：AI调节器对标准PID算法加以改进和保留并加入模糊控制算法规则，对给定值的变化加入了前馈调节。在误差大时，运用模糊算法进行调节，以彻底消除PID饱和积分现象。当误差趋小时，采用改进后的PID算法控制输出。其控制参数采用被控对象特征描述方式。一组(MPT)参数即可同时确定PID参数和模糊控制参数。系统具有无超调和高控制精度等特点。针对不稳定的非线形复杂调节对象，表内设有自适应调节规则，可使系统进一步加快响应速度，改善控制品质。针对控制参数较难确定的现实，表内设有自整定专家系统，可使系统的控制参数确定简单，准确度提高，因此，自整定系统的引入，不仅使复杂劳动简化，节约了调试时间，而且提高了控制系统的调节品质。对于许多复杂的调节对象，例如电炉温度控制中的电网电压变化、外界干扰因素和工作环境多变等，针对有严重非线形的控制对象，国外仪表公司也推出了不少对策和方法。例如，日本导电公司生产的仪表中，采用了多组算法；欧陆和欧姆龙仪表中采用了自适应功能；KMM智能调节仪表中采用了折线模块来适应系统的非线性；还有的仪表公司在仪表中采用辩识方法来提高仪表在非线性系统中的调节质量。在AI系列智能工业调节器中，针对有严重中非线性的控制对象，选择了自适应方式来解决。其改进的特点是：当控制偏差大于估计的误差时，自适应系统不是修改MPT参数(国外仪表的自适应功能是修改控制参数)，而是修改输出值来降低误差。虽然修改范围有限，但不会出现将原来正确控制参数改错的现象，使响应速度加快，使控制精度大大提高。

4、仪表的调试

   AI调节器是这个系统的核心控制设备，它的控制效果直接影响整个系统的正常运行。在没有经验控制参数的时候，为了达到最佳的控制效果，仪表要进行PID自整定，但一般的调节仪表在自整定时的调节状态是位式控制，输出量要么最大要么最小，在系统中调节输出大幅变化是不允许的。AI-808调节器具有手动自整定模式可以很好的解决这个问题，具体操作是：把仪表切换到手动输出状态，通过仪表的△ ▽键调整输出量，使测量值尽量和设定值保持一致，然后在这个状态下启动自整定，这样仪表的输出值将限制在当前手动输出值的±10%范围内，从而避免出现输出值的大幅变化。在多数情况下，自整定一次就可以使获得满意的控制效果。如果控制有偏差时，可以通过微调M5、P、T参数来修正。主要参数设置：HIAL：上限报警，根据实际要求设置。LOAL：下限报警，根据实际要求设置。Df：回差（死区、滞环），用于避免因测量输入值波动而产生频繁调节作用，在回差范围内位式调节不起作用。Ctrl：控制方式，系统初始设置值为1。M5：保持参数，主要决定调节算法中的积分作用，和PID积分时间类似，M5越小，系统积分作用越强。P：速率参数，与每秒内仪表输出变化100%时测量值时应变化大小成正比，P=1000/每秒测量值的升高单位值（系统以0.1定义为一个单位）。T：滞后时间，t越小，则比例和积分作用均成正比增强，而微分作用相对减弱，但整体反馈作用增强：反之，t越大，则比例和积分作用均减弱，而微分作用相对增强。Ctl：输出周期，反映仪表运算调节的快慢，系统设置值为1。Sn：输入反馈信号类型。OPt：输出信号类型，系统设置值为4，表示4-20MA输出。CF：系统功能选择，根据系统作用方向选择0或1。

 

三、结语

    将模糊控制和常规PID调节方法融合在一起而形成的AI智能PID调节器，它吸收了两者的优点，因而具备自学习、自适应的能力，能够自动辨识被控过程参数的变化，它又具备常规PID调节器结构简单、可靠性高，为现场工程人员所熟悉等特点，正是这两大优势，使得AI智能PID调节器成为众多过程控制的一种较理想的选择。本系统采用AI智能调节器在实际应用中控制稳定，故障率低，提升了硫化质量，为轮胎硫化工艺提供了保障。

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