高賢芳 羅建輝
（廈門宇電自動(dòng)化科技有限公司）

[摘  要] NMP回收是鋰電池生產(chǎn)中重要的一環(huán)，利用宇電的PID調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器對(duì)回收環(huán)節(jié)的溫度進(jìn)行**控制，可以極大的提高回收純度，大大節(jié)約了價(jià)格昂貴的NMP材料費(fèi)用。本文是在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)智能PID調(diào)節(jié)器的使用進(jìn)行闡述，希望對(duì)廣大電池生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)從業(yè)人員提供一點(diǎn)借鑒和經(jīng)驗(yàn)。
[關(guān)鍵詞] NMP回收；鋰電池生產(chǎn)線；智能PID調(diào)節(jié)器
[中圖分類號(hào)]TQ          [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A          [文章編號(hào)]1007-1865(2014)

[作者簡(jiǎn)介]  高賢芳(1985-)，男，肇慶人，廈門大學(xué)本科畢業(yè)后主要從事工業(yè)控制應(yīng)用工程相關(guān)工作。

[作者簡(jiǎn)介]  羅建輝(1984-)，男，婁底人，華僑大學(xué)本科畢業(yè)后主要從事工業(yè)控制應(yīng)用工程相關(guān)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，是一種以Y-丁內(nèi)酯為原料，與甲胺縮合而成液體，揮發(fā)性、滲透性極強(qiáng)，PH值為7-9，易燃易爆,在鋰電池生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。在鋰電池電極制造過程中，涂布機(jī)會(huì)產(chǎn)生高溫NMP廢氣。如果經(jīng)廢氣塔吸收達(dá)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)后直接排放，就會(huì)造成了價(jià)格昂貴的NMP的浪費(fèi)。一般可以通過冷凍回收法將廢氣中NMP回收。回收原理是用冷卻水經(jīng)水-氣換熱器廈門宇電溫控儀將含有NMP的高溫空氣冷卻，使廢氣中的NMP以液態(tài)的形式從空氣中分離后通過收集提純達(dá)到回收目的。廢氣被濃縮到一定的濃度后，利用冷凍法就可以使NMP冷凝回收。原理參見下圖1。

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

2 PID調(diào)節(jié)器應(yīng)用項(xiàng)目
2.1 項(xiàng)目提出
深圳市比亞迪鋰電池有限公司廠區(qū)內(nèi)一條NMP回收線的控制柜主要由日本Proface的GP-4000 HMI加上西門子的S7-200PLC組成，其中對(duì)回收溫度的控制使用PLC的內(nèi)置PID運(yùn)算。但是控制效果一直不太理想。該公司的工藝部門對(duì)設(shè)備提出了改造申請(qǐng)，后經(jīng)工程部門調(diào)研后，發(fā)現(xiàn)由于閥門開度的變化對(duì)回收溫度的影響有一定的滯后性，PLC對(duì)溫度變化所作出的閥門調(diào)整也存在滯后，造成溫度在設(shè)定值上下頻繁的大幅度波動(dòng)。立項(xiàng)后，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人決定使用宇電AI-719系列高精度智能PID調(diào)節(jié)器儀表對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，用專業(yè)的溫度PID調(diào)節(jié)器來(lái)替代原來(lái)由PLC完成的PID運(yùn)算功能。
宇電工程師根據(jù)客戶的要求，為客戶選型了AI-719-A-I4-X3-L5-S4這一型號(hào)。此款調(diào)節(jié)器具備以下功能和性能：0.1級(jí)精度的線性電流模擬量輸入，模擬量輸出，帶兩路常開繼電器報(bào)警，RS485模塊支持AIBUS和MODBUS RTU協(xié)議；內(nèi)置智能PID與標(biāo)準(zhǔn)PID雙算法可選，精細(xì)控制模式，每秒12.5次測(cè)量采樣數(shù)率，*小控制周期達(dá)0.24秒。
客戶選用這款A(yù)I-719調(diào)節(jié)器，對(duì)NMP回收中冷卻給水的比例閥宇電PID調(diào)節(jié)儀進(jìn)行閉環(huán)控制，從而將回收容器中溫度控制在合適的目標(biāo)值。控制原理見圖2.

圖2 回收溫度控制過程
Pic.2 Control Processing of Recovery Temperature

2.2 項(xiàng)目實(shí)施
為了用*小的成本實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的功能，客戶在原有Proface HMI上編程了相應(yīng)的畫面廈門宇電無(wú)紙記錄儀，用來(lái)控制和修改PID調(diào)節(jié)器設(shè)置。溫度探頭也直接使用原來(lái)安裝的溫度采集探頭（將-50℃~+180℃轉(zhuǎn)換成4-20mA信號(hào)給PLC）。相關(guān)儀表參數(shù)的設(shè)置如表1

表1 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置
Tab.1 Parameter Setting On the PID Controller

2.3 使用效果
安裝完成后，使用者發(fā)現(xiàn)AI-719調(diào)節(jié)器的智能PID運(yùn)算十分靈敏，控制效果良好。根據(jù)客戶經(jīng)驗(yàn)值，這條回收線的回收溫度高精度溫度計(jì)設(shè)定為20℃時(shí)候回收效果*理想。以往PLC控制的時(shí)候?qū)嶋H溫度值有±5℃的頻繁波動(dòng)，而使用宇電PID調(diào)節(jié)器后，實(shí)際溫度值波動(dòng)在±0.8℃以內(nèi)，且波動(dòng)頻率大大降低。NMP回收純度提升了20%，項(xiàng)目順利驗(yàn)收。此項(xiàng)目還被評(píng)為樣板項(xiàng)目，今后所有NMP回收系統(tǒng)都參考這個(gè)系統(tǒng)去改造和設(shè)計(jì)。

3 總結(jié)
現(xiàn)在PLC發(fā)展很快，技術(shù)也越來(lái)越成熟，但是在精細(xì)控制溫度方面還是無(wú)法取代專業(yè)的PID調(diào)節(jié)器。宇電AI-719智能PID調(diào)節(jié)器的高性能低功耗設(shè)計(jì)，以及在PID調(diào)節(jié)上的獨(dú)到技術(shù)，具有人工智能的自適應(yīng)功能，比PLC內(nèi)置PID算法更專業(yè)，在溫控系統(tǒng)電爐控制柜的應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的控制效果。由于此款儀表可拓展性強(qiáng)，在輸入輸出方式、通信等方面表現(xiàn)得十分靈活，使得項(xiàng)目得以在低成本、改動(dòng)少的基礎(chǔ)上取得顯著效果，實(shí)現(xiàn)低投入、高回報(bào)，有很好的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)
[1] 周偉波．鋰電池電極涂布機(jī)NMP廢氣處理回收工藝改進(jìn)與施工[J]．中國(guó)科技信息，2007年，第8期：27-28．
[2]廈門宇電自動(dòng)化科技有限公司．AI-719/719P 型精密人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器使用說(shuō)明書（V8.21）[M]．廈門：2013．

專業(yè)術(shù)語(yǔ)
PID 比例（proportion）、積分（integral）、微分（derivative）。

PID調(diào)節(jié)器 根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行輸出量調(diào)節(jié)的專用儀表。

NMP 化學(xué)品中文名稱N-甲基吡咯烷酮，化學(xué)品俗名或商品名NMP，化學(xué)品英文名稱 N-methyl-2-pyrrolidone，無(wú)色透明液體，沸點(diǎn)203℃ ，閃點(diǎn)95℃，能與水混溶，溶于乙醚，丙酮及各種有機(jī)溶劑，稍有氨味，化學(xué)性能穩(wěn)定，對(duì)碳鋼廈門宇電巡檢儀、鋁不腐蝕，對(duì)銅稍有腐蝕性。具有粘度低，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，極性高，揮發(fā)性低，能與水及許多有機(jī)溶劑無(wú)限混溶等優(yōu)點(diǎn)。

PLC 可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

HMI是Human Machine Interface 的縮寫，“人機(jī)接口”，也叫人機(jī)界面。人機(jī)界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介， 它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。

RS485 一個(gè)對(duì)通訊接口的硬件描述，它只需要兩根通訊線，既可以在兩個(gè)或兩個(gè)以上的設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

MODBUS 是由Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌）在1979年發(fā)明的，是****個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議。

AIBUS 是廈門宇電自動(dòng)化科技有限公司為AI系列顯示控制儀表開發(fā)的通訊協(xié)議宇電流量積算儀，能用簡(jiǎn)單的指令實(shí)現(xiàn)**的功能，其特點(diǎn)是寫參數(shù)的同時(shí)亦可完成讀功能，因此寫參數(shù)時(shí)不破壞讀的循環(huán)周期時(shí)間，加上指令長(zhǎng)度較少，因此具有比MODBUS更快的速率。

比例閥 是一種輸出量與輸入信號(hào)成比例的液壓閥.它可以按給定的輸入信號(hào)連續(xù)的按比例地控制液流的壓力,流量和方向。