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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
[发布日期:2014-06-30]

高贤芳 罗建辉
(厦门宇电自动化科技有限公司)


[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精确控制,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
[中图分类号]TQ          [文献标识码]A          [文章编号]1007-1865(2014)

[作者简介]  高贤芳(1985-),男,肇庆人,厦门大学本科毕业后主要从事工业控制应用工程相关工作。

[作者简介]  罗建辉(1984-),男,娄底人,华侨大学本科毕业后主要从事工业控制应用工程相关工作。

 

An Application of Yudian AI Series PID Controller in the NMP Recovery system of Lithium Battery Industry

Xianfang Gao  Jianhui Luo
(Yudian Automation Technology Co., Ltd., Xiamen 361006, China)

Abstract: The NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) recovery is an essential part in the lithium battery producing. Using the professional PID controller from Yudian company to achieve precise control on the recovery temperature, can improve the purity of recovery greatly, and reduce the cost on the expensive NMP material. In this paper, we descript the application of the PID controller basic on practice. We hope, by pressing this paper, to share our work and offer some experience to the related persons engaged in the industry automation work.
Keywords: NMP Recovery;Producing of Lithium Battery;Artificial Intelligence PID controller


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,最小控制周期达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
Pic.2 Control Processing of Recovery Temperature

 


2.2 项目实施
为了用最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℃时候回收效果最理想。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,溶于乙醚,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,是全球第一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。