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宇电AI智能PID调节器在锂电池行业NMP回收系统中的应用
点击次数:798 发布时间:2015-09-30

[摘  要] NMP回收是锂电池生产中重要的一环,利用宇电的PID调节器对回收环节的温度进行控制,可以极大的提高回收纯度,大大节约了价格昂贵的NMP材料费用。本文是在实践的基础上,对智能PID调节器的使用进行阐述,希望对广大电池生产自动化技术从业人员提供一点借鉴和经验。
[关键词] NMP回收;锂电池生产线;智能PID调节器

1 NMP回收原理
NMP-甲基吡咯烷酮,是一种以Y-丁内酯为原料,与甲胺缩合而成液体,挥发性、渗透性极强,PH值为7-9,易燃易爆,在锂电池生产中应用广泛。在锂电池电极制造过程中,涂布机会产生高温NMP废气。如果经废气塔吸收达环保标准后直接排放,就会造成了价格昂贵的NMP的浪费。一般可以通过冷冻回收法将废气中NMP回收。回收原理是用冷却水经水-气换热器将含有NMP的高温空气冷却,使废气中的NMP以液态的形式从空气中分离后通过收集提纯达到回收目的。废气被浓缩到一定的浓度后,利用冷冻法就可以使NMP冷凝回收。原理参见下图1。

图1 NMP回收原理
Pic.1 Principle of NMP Recovery

 


2 PID调节器应用项目
2.1 项目提出
深圳市比亚迪锂电池有限公司厂区内一条NMP回收线的控制柜主要由日本Proface的GP-4000 HMI加上西门子的S7-200PLC组成,其中对回收温度的控制使用PLC的内置PID运算。但是控制效果一直不太理想。该公司的工艺部门对设备提出了改造申请,后经工程部门调研后,发现由于阀门开度的变化对回收温度的影响有一定的滞后性,PLC对温度变化所作出的阀门调整也存在滞后,造成温度在设定值上下频繁的大幅度波动。立项后,项目负责人决定使用宇电AI-719系列高精度智能PID调节器仪表对设备进行改造,用专业的温度PID调节器来替代原来由PLC完成的PID运算功能。
宇电工程师根据客户的要求,为客户选型了AI-719-A-I4-X3-L5-S4这一型号。此款调节器具备以下功能和性能:0.1级精度的线性电流模拟量输入,模拟量输出,带两路常开继电器报警,RS485模块支持AIBUS和MODBUS RTU协议;内置智能PID与标准PID双算法可选,精细控制模式,每秒12.5次测量采样数率,zui小控制周期达0.24秒。
客户选用这款AI-719调节器,对NMP回收中冷却给水的比例阀进行闭环控制,从而将回收容器中温度控制在合适的目标值。控制原理见图2.

图2 回收温度控制过程


2.2 项目实施
为了用zui小的成本实现项目的功能,客户在原有Proface HMI上编程了相应的画面,用来控制和修改PID调节器设置。温度探头也直接使用原来安装的温度采集探头(将-50℃~+180℃转换成4-20mA信号给PLC)。相关仪表参数的设置如表1

表1 PID调节器参数设置
Tab.1 Parameter Setting On the PID Controller


2.3 使用效果
安装完成后,使用者发现AI-719调节器的智能PID运算十分灵敏,控制效果良好。根据客户经验值,这条回收线的回收温度设定为20℃时候回收效果zui理想。以往PLC控制的时候实际温度值有±5℃的频繁波动,而使用宇电PID调节器后,实际温度值波动在±0.8℃以内,且波动频率大大降低。NMP回收纯度提升了20%,项目顺利验收。此项目还被评为样板项目,今后所有NMP回收系统都参考这个系统去改造和设计。


3 总结
现在PLC发展很快,技术也越来越成熟,但是在精细控制温度方面还是无法取代专业的PID调节器。宇电AI-719智能PID调节器的高性能低功耗设计,以及在PID调节上的独到技术,具有人工智能的自适应功能,比PLC内置PID算法更专业,在温控系统的应用中表现出良好的控制效果。由于此款仪表可拓展性强,在输入输出方式、通信等方面表现得十分灵活,使得项目得以在低成本、改动少的基础上取得显著效果,实现低投入、高回报,有很好的推广价值。

 

 

 

参考文献
[1] 周伟波.锂电池电极涂布机NMP废气处理回收工艺改进与施工[J].中国科技信息,2007年,第8期:27-28.
[2]厦门宇电自动化科技有限公司.AI-719/719P 型精密人工智能工业调节器使用说明书(V8.21)[M].厦门:2013.

 

 

专业术语
PID 比例(proportion)、积分(integral)、微分(derivative)。


PID调节器 根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行输出量调节的专用仪表。


NMP 化学品中文名称N-甲基吡咯烷酮,化学品俗名或商品名NMP,化学品英文名称 N-methyl-2-pyrrolidone,无色透明液体,沸点203℃ ,闪点95℃,能与水混溶,溶于亿醚,丙酮及各种有机溶剂,稍有氨味,化学性能稳定,对碳钢、铝不腐蚀,对铜稍有腐蚀性。具有粘度低,化学稳定性和热稳定性好,极性高,挥发性低,能与水及许多有机溶剂无限混溶等优点。


PLC 可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC),它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。


HMI是Human Machine Interface 的缩写,“人机接口",也叫人机界面。人机界面(又称用户界面或使用者界面)是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介, 它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。


RS485 一个对通讯接口的硬件描述,它只需要两根通讯线,既可以在两个或两个以上的设备之间进行数据传输。


MODBUS 是由Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年发明的,是全球*个真正用于工业现场的总线协议。


AIBUS 是厦门宇电自动化科技有限公司为AI系列显示控制仪表开发的通讯协议,能用简单的指令实现全面的功能,其特点是写参数的同时亦可完成读功能,因此写参数时不破坏读的循环周期时间,加上指令长度较少,因此具有比MODBUS更快的速率。


比例阀 是一种输出量与输入信号成比例的液压阀.它可以按给定的输入信号连续的按比例地控制液流的压力,流量和方向。

 

 

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