關(guān)鍵詞：退火爐、智能程序型控制器AI-808P

一、概述
    本文著重論述了新型溫控裝置在退火爐溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用，較為詳細(xì)地對溫控系統(tǒng)的組成，構(gòu)成器件的原理、性能、功用進(jìn)行了闡釋說明。文中對系統(tǒng)的運(yùn)行原理，使用效果進(jìn)行了分析說明。zui后指出，該溫控系統(tǒng)是一種應(yīng)用廣泛、經(jīng)濟(jì)適用、控制*并值得廣泛推崇使用的新型溫控裝置。

 二、設(shè)備改造原因
    退火爐主要由輥?zhàn)觽鲃酉到y(tǒng)和溫控加熱系統(tǒng)構(gòu)成。原退火爐溫控加熱系統(tǒng)主要由接觸器及溫控儀表組成。退火爐加熱系統(tǒng)總功率為546KW，分5個加熱區(qū)。加熱體采用鐵鉻鋁材料，使用溫度為0～1100℃，采用鎳鉻鎳硅熱電偶做為溫度測量，溫度顯示儀表為圓圖式溫度記錄儀。同時利用圓圖式溫度記錄儀控制繼電器加熱，由繼電器控制接觸器通與斷，從而使加熱溫度與給定溫度基本一致。使用加熱電源為低壓380V三相動力電源。加熱體采用星形連接，它們布設(shè)在爐子的爐頂及爐底。應(yīng)用此溫控加熱系統(tǒng)存在著諸多弊端，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：     （1）由于該控制方式為三位式控制（加熱、保持、停止），這種控制方式存在著溫度控制波動大，溫度控制精度差（±10度），加熱功率不可調(diào)節(jié)，因而能源浪費(fèi)大，加熱效率低。其它繼電器觸點(diǎn)動作頻繁，因而觸點(diǎn)磨損嚴(yán)重。故障率逐年攀升，已經(jīng)給生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。    （2）溫控儀表老化嚴(yán)重，存在控制失靈等故障，儀表控制精度也難以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)工藝的精度要求。而且此儀表要求日常頻繁維護(hù)。    （3）系統(tǒng)運(yùn)行時噪音大，振動較大（接觸器吸合不良形成）。這樣接觸器機(jī)構(gòu)件極易松動，造成連接處發(fā)熱嚴(yán)重，極易形成火災(zāi)事故及其它電氣故障。

三、先進(jìn)溫度控制設(shè)備
    先進(jìn)儀表的選擇：系統(tǒng)的改造中我們采用了先進(jìn)的AI人工智能調(diào)節(jié)器。AI調(diào)節(jié)器是控溫系統(tǒng)的核心部分，AI儀表*性地采用了平臺概念，將非常專業(yè)化的數(shù)字調(diào)節(jié)儀表轉(zhuǎn)為平臺化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，采用的是AI人工智能調(diào)節(jié)算法是采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時，運(yùn)用模糊算法調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當(dāng)誤差趨小時，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動學(xué)習(xí)和記憶被控對象的部分特征以使效果*化。                                                             
   自整定方法簡單應(yīng)用方便：由于自整定執(zhí)行時采用位式調(diào)節(jié)，經(jīng)2~3次振蕩后，儀表內(nèi)部微處理器根據(jù)位式控制產(chǎn)生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來自動計(jì)算出M 5、P、t等控制參數(shù)。具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡單、對復(fù)雜對象也能獲得較好的控制效果等特點(diǎn)。
在使用過程中AI調(diào)節(jié)器 結(jié)合PID調(diào)節(jié)、自學(xué)習(xí)及模糊控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自整定/自適應(yīng)功能，及無欠調(diào)的調(diào)節(jié)，性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器。

四、溫控系統(tǒng)的組成    

    新型溫控加熱系統(tǒng)由AI-808PAI5X3L1L1S4程序型溫控調(diào)節(jié)器和三相可控硅觸發(fā)回路及AI-3070總線式無紙記錄儀等低壓控制元件組成。系統(tǒng)包括1臺進(jìn)線柜，3臺控制柜，分別控制退火爐的主電源系統(tǒng)和五區(qū)加熱系統(tǒng)及爐門傳動控制系統(tǒng)（前后爐門的點(diǎn)動升降控制）。具體說明如下：
1進(jìn)線柜操作    進(jìn)線柜操作包括合閘及分閘操作。面板指示有電壓指示、工作電源正常指示、空開分離指示和有功功率計(jì)量。2爐門傳動控制系統(tǒng)    爐門傳動控制系統(tǒng)執(zhí)行前后爐門的升降操作，爐門控制系統(tǒng)為點(diǎn)動操作控制。電氣控制上具有上下限及升降聯(lián)鎖控制。3控制電源系統(tǒng)    控制電源主要提供五區(qū)加熱回路的控制電源及儀表和爐門的控制電源。其中儀表電源為保證儀表的安全及可靠性，應(yīng)用380V／220V隔離變壓器供電?？刂齐娫吹牟僮魍ㄟ^分合有關(guān)空氣斷路器及切合有關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)。4五區(qū)加熱回路操作    五區(qū)加熱回路操作分為單動及聯(lián)動操作。單動時選擇單動／聯(lián)動按鈕為單動位置，此時通過操作各區(qū)的起停按鈕實(shí)現(xiàn)各區(qū)的停送電操作，停送電時對應(yīng)相應(yīng)的指示燈亮。聯(lián)動時選擇在聯(lián)動位置，按下起動按鈕，各區(qū)接觸器吸合，對應(yīng)運(yùn)行指示燈亮；按對應(yīng)聯(lián)動停止按鈕時，各區(qū)接觸器斷開，對應(yīng)停止指示燈亮。聯(lián)動、單動操作前，各區(qū)動力空開及控制空開均在合位置。

五、系統(tǒng)控制功能   

    制系統(tǒng)我們采用了 宇電AI-808PAI5X3L1L1S4溫控表：AI－808P程序型儀表用于需要按一定時間規(guī)律自動改變給定值進(jìn)行控制的場合。它具有強(qiáng)大的編程及操作能力，可進(jìn)一步提高控制設(shè)備的自動化程度。它具備50段程序編排功能，可設(shè)置任意大小的給定值升/降斜率；具有跳轉(zhuǎn)、運(yùn)行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運(yùn)行中修改程序；具備二路事件輸出功能?？赏ㄟ^報(bào)警輸出控制其他設(shè)備聯(lián)鎖動作，進(jìn)一步提高設(shè)備自動化能力；可通過安裝外部開關(guān)執(zhí)行程序運(yùn)行/暫停/停止等操作，以實(shí)現(xiàn)連鎖、同步啟動運(yùn)行或方便操作；具有停電處理模式、測量值啟動功能及準(zhǔn)備功能，使程序執(zhí)行更有效率及更完善。   1、功能及概念：    程序段：段號可從1－30，當(dāng)前段(STEP)表示目前正在執(zhí)行的段。    設(shè)定時間：指程序段設(shè)定運(yùn)行的總時間，單位是min，有效數(shù)值從1－9999。    運(yùn)行時間：指當(dāng)前段已運(yùn)行時間，當(dāng)運(yùn)行時間達(dá)到設(shè)置時間時，程序自動跳下一段運(yùn)行。    跳轉(zhuǎn)：程序段可編程為自動跳轉(zhuǎn)到1－30段中的任意段執(zhí)行，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制。通過修改STEP的數(shù)值也可實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)。    運(yùn)行/暫停（run/HoLd）：程序在運(yùn)行狀態(tài)時，計(jì)時，給定值按預(yù)先編排的程序曲線變化。程序在暫停狀態(tài)下，停止計(jì)時，給定值保持不變。儀表能在程序段中編入暫停操作，也可由人隨時執(zhí)行暫停/運(yùn)行操作。暫停狀態(tài)下儀表仍然保持調(diào)節(jié)功能。
  停止（stoP）：執(zhí)行停止操作，將使程序停止運(yùn)行，此時運(yùn)行時間被清0，事件輸出開關(guān)復(fù)位，并且停止控制輸出。在停止?fàn)顟B(tài)下執(zhí)行運(yùn)行操作，則儀表將從STEP設(shè)置的段號啟動運(yùn)行程序。可在程序段中編入自動停止的功能，并同時對運(yùn)行段號STEP值進(jìn)行設(shè)置。也可人為隨時執(zhí)行停止操作（執(zhí)行后STEP被設(shè)置為1，不過用戶可再進(jìn)行修改）。    事件輸出：由程序編排發(fā)生?？稍诔绦蜻\(yùn)行中控制2路報(bào)警開關(guān)動作，以方便控制各種外部設(shè)備同步或連鎖工作。    停電/開機(jī)事件：指儀表接通電源或在運(yùn)行中意外停電，可提供多種處理方案供用戶選擇。用戶可以通過設(shè)置儀表的參數(shù)（run）設(shè)置儀表重新上電后的運(yùn)行狀態(tài)。    準(zhǔn)備（rdy）/測量值啟動功能：在啟動運(yùn)行程序由于爐體的溫度和儀表設(shè)置的初始溫度之間有偏差，并且其差值大于正（或負(fù)）偏差報(bào)警值(dHAL及dLAL)時，儀表并不立即進(jìn)行正（或負(fù)）偏差報(bào)警，而是先將測量值調(diào)節(jié)到其誤差小于偏差報(bào)警值，此時程序也暫停計(jì)時，也不輸出偏差報(bào)警信號，直到正、負(fù)偏差符合要求后才再啟動程序。準(zhǔn)備/測量值啟動功能用于設(shè)置無法預(yù)知升／降溫時間的段也十分有用。要允許或取消準(zhǔn)備/測量值啟動功能，可在run參數(shù)中進(jìn)行設(shè)置。準(zhǔn)備/測量值啟動功能可保證了運(yùn)行整條程序曲線的完整性，準(zhǔn)備/測量值啟動功能用于解決啟動運(yùn)行時測量值與給定值不一致而對程序運(yùn)行產(chǎn)生的不確定性，以獲得率、完整并符合用戶要求程序運(yùn)行結(jié)果。
 程序設(shè)置：                                                
 程序曲線的編排；程序表調(diào)節(jié)器可用于按一定時間規(guī)律自動改變給定值進(jìn)行控制的場
合。程序是按【溫度－時間－溫度】的格式來程序升溫，具有50段程序編程功能，可設(shè)置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉(zhuǎn)（目標(biāo)段只限于前30段）、運(yùn)行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運(yùn)行中修改程序；具有二路事件輸出功能?？赏ㄟ^報(bào)警輸出控制其他設(shè)備聯(lián)鎖動作如：警燈、風(fēng)機(jī)、報(bào)警，進(jìn)一步提高設(shè)備自動化能力；具有停電處理模式、測量值啟動功能及準(zhǔn)備功能，使程序執(zhí)行更有效率及更完善。
程序儀表自整定時把*段程序設(shè)置為常用溫度或zui高溫度啟動自整定，此時時間停止運(yùn)行。
可控硅觸發(fā)采用移相觸發(fā)器    宇電AIJK6系列是應(yīng)用了單片機(jī)技術(shù)的智能化三相移相觸發(fā)及周波過零兩用觸發(fā)器，功能強(qiáng)大且可靠性高，能適應(yīng)各種電阻絲、硅碳棒及負(fù)載采用變壓器降壓的硅鉬棒、鎢絲等各種類型工業(yè)電爐，也可用于電機(jī)軟啟動的控制。    AIJK6的主要性能：0-20mA（0-5V）/4-20mA（1-5V）信號兼容輸入；采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行線性化功率修正，當(dāng)負(fù)載為阻性時，其輸出功率與輸入信號成正比；缺相檢測、過流檢測及報(bào)警功能；AIJK6還具備可控硅擊穿及負(fù)載開路檢測功能；自動同步功能，連接可控硅觸發(fā)線時不需要對相序；AIJK3甚至不需要對極性；采用全光電隔離及“燒不壞”技術(shù)，可靠性非常高，對輸入端造成干擾??；電流反饋或延遲時間可調(diào)的軟啟動/軟停止功能，適應(yīng)硅鉬棒、鎢絲、電動機(jī)及感性負(fù)載；內(nèi)含開關(guān)電源，可直接用220VAC電源供電，并具備5V及24V兩組直流電源輸出。     AIJK6在下述情況下報(bào)警：主回路斷線或缺相；主回路接觸器斷開；阻容壓敏吸收損壞（不影響加熱）。                                               
3、模塊過電壓保護(hù)：
 一般采用阻容吸收和壓敏電阻兩種方式并用，對于吸收時間短，電壓不高的過壓，一般采用在器件兩端并聯(lián)阻容吸收回路的方法，吸收電容把過電壓的電磁能量變成靜電能量存貯，吸收電阻除可防止回路振蕩外，還可限制關(guān)斷的晶閘管在再次導(dǎo)通時，電容向晶閘管放電產(chǎn)生開通損耗和較大di/dt值，對于持續(xù)時間較長，產(chǎn)生能量較大的過電壓，如雷擊引起的過電壓，將采用壓敏電阻來吸收過電壓。
 元器件選擇：在選取壓敏電阻時，首先要確定它的標(biāo)稱電壓（ViMA ）值 ，這是指壓敏電阻流過1mA電流時，它兩端的電壓。在感應(yīng)到電網(wǎng)波動以及安全系數(shù)后，一般380V電源采用1000V；220V電源采用630V的壓敏電阻。而壓敏電阻的通流容量 應(yīng)大于電路實(shí)際浪涌電流值，一般為3～15KA。常用規(guī)格：單相過零40A以上壓敏電阻20D751K 750V；移相采用RC阻容模塊壓敏電阻20D751K,水泥電阻RX27-1/8W/6.8Ω，電容0.22uF/ 275V ～iv高壓電容。
 6）斷偶超溫報(bào)警缺相保護(hù)：
 在超溫報(bào)警時控制交流接觸器切斷加熱器電源。即使萬一可控硅被擊穿也能保護(hù)電爐安全。對于缺相保護(hù)建議采用三相缺相保護(hù)器獨(dú)立使用。AI系列控制柜與具備同等功能的電爐控制柜相比，AI系列具有zui簡單的線路及模塊化的結(jié)構(gòu)，從維護(hù)到擴(kuò)充功能都十分方便。
 7）接線方式與零線：
 每臺加熱設(shè)備的負(fù)載的接線方式是不同若負(fù)載是加熱爐，而且負(fù)載有可能不相等時（如硅碳棒爐），三相四線制要比三相三線制有更好的平恒度，并且當(dāng)某相負(fù)載開路時，三相四線制能自動監(jiān)測并報(bào)警(AIJK3)因此采用三線四線制要比三相三線制性能更好些，但必須注意正確選擇零線。常規(guī)的應(yīng)用中，若三相負(fù)載*平衡，則零線相互抵消為0，所以習(xí)慣上零線用比相線要小得多的線徑。但對于三相四線制調(diào)相觸發(fā)，當(dāng)相移角小于60度時，零線的電流是三條相線電流之和（三相負(fù)載輪流導(dǎo)通，電流全部流過零線，且相互*無法抵消），移相角為60－120度時，零線的電流為相線的3至1倍變化，只有當(dāng)可控硅*導(dǎo)通時且三相負(fù)載平衡時，零線電流才為0。所以對于普通電阻絲為負(fù)載時，零線必須采用與相線相同的線徑。而對于電阻會隨溫度或隨老化程度會變的負(fù)載，如硅碳棒電爐等，由于常常工作在小移相角，零線應(yīng)該采用比相線還粗的線，是相線安全載流量的2－3倍。不僅柜子到供電變壓器的零線也要粗，以保證零線的安全，且避免將電能過多地?fù)p耗在零線上。
 8）高頻干擾：
 由于移相觸發(fā)會帶來較強(qiáng)的1－100KHZ頻率范圍的干擾，移相觸發(fā)器應(yīng)安裝在離可控硅較進(jìn)的位置，但應(yīng)與動力線保持一定的距離，應(yīng)盡量縮短觸發(fā)線的長度，并盡量不要將不同相的觸發(fā)線平行走線。
3、儀表控制    儀表控制分為單動與聯(lián)動，在儀表電源及變壓器正常的情況下，各柜內(nèi)儀表空開在合狀態(tài)下，在2＃柜內(nèi)選擇單動／聯(lián)動按鈕開關(guān)，儀表即可執(zhí)行單動或聯(lián)動操作。儀表控制由運(yùn)行（RUN）、停止（STOP）、保持（HOLD）三種狀態(tài)。    儀表單動操作用于控制1個區(qū)的1臺儀表運(yùn)行，聯(lián)動操作用于控制1～5區(qū)的所有儀表運(yùn)行。儀表運(yùn)行的3種狀態(tài)無論在單動或聯(lián)動操作下，均可通過點(diǎn)動按住聯(lián)動溫控儀表按鈕進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
4、參數(shù)設(shè)置、調(diào)試方式：
   根據(jù)系統(tǒng)的要求我們可以選用各種儀表類型如AI-808PAI5X3L1L1S4+AIJK3，利用AI-808P的主輸出作為AIJK6的控制信號，來控制加熱輸出，
  AI-808P智能調(diào)節(jié)器增加了30+20段時間程序控制功能，前30段可編程為自動跳轉(zhuǎn)執(zhí)行,實(shí)現(xiàn)循環(huán)控制,采用先進(jìn)的模塊化設(shè)計(jì)，具備5個功能模塊插座：輔助輸入、主輸出、報(bào)警、輔助輸出及通訊，
 儀表的輸入方式可自由設(shè)置為熱電偶、熱電阻和線性電流（電壓），具體模塊功能如下；
 X3：光電隔離高精度線性電流輸出；
 S4：自帶隔離電源的光電隔離RS485通訊接口模塊；
 L1：繼電器觸點(diǎn)開關(guān)輸出模塊；
 AIJK6系列是應(yīng)用了單片機(jī)技術(shù)的智能化三相移相觸發(fā)及周波過零兩用觸發(fā)器，功能強(qiáng)大且可靠性高，能適應(yīng)各種電阻絲、硅碳棒及負(fù)載采用變壓器降壓的硅鉬棒、鎢絲等到各種類型工業(yè)電爐，也可用于電機(jī)軟啟動的控制，其主要特點(diǎn)包括：
0-20mA(0-5V)/4-20mA(1-5V)信號兼容輸入；
采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行線性化功率修正，當(dāng)負(fù)載為阻性時，其輸出功率與輸入信號成正比；
缺相檢測、過流檢測及報(bào)警功能；AIJK6還具備可控硅擊穿及負(fù)載開路檢測功能；
自動同步功能，連接可控硅觸發(fā)線時不需要對相序；AIJK6甚到不需要對極性；
采用錢光電隔離及“燒不壞”技術(shù)，可靠性非常高，對輸入端造成干擾小；
電流反饋或延遲時間可調(diào)的軟啟動/軟停止功能，可適應(yīng)硅鉬棒、鎢絲、電動機(jī)及感性負(fù)載；
內(nèi)含開關(guān)電源，可直接220VAC電源供電，并具備5V及24V兩組直流電源輸出；
 儀表的調(diào)節(jié)功能采用先進(jìn)的AI人工智能PID調(diào)節(jié)算法。AI人工智能調(diào)節(jié)算法是采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時，運(yùn)用模糊算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當(dāng)誤差趨小時，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動學(xué)習(xí)和記憶被控對象的部分特征以使效果*化。具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡單、對復(fù)雜對象也能獲得較好的控制效果等特點(diǎn)。改進(jìn)后的PID參數(shù)是采用宇電*的M 5、P、t等控制參數(shù)來表示的。
 調(diào)試方式：電熱鼓風(fēng)干燥箱控制儀表AI-808PX3L1L1S4增強(qiáng)型智能調(diào)節(jié)器 ，三相過零觸發(fā)控制。
調(diào)試方式：
 參數(shù)設(shè)定后首先要自整定。AI人工智能調(diào)節(jié)算法是采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時，運(yùn)用模糊算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當(dāng)誤差趨小時，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動學(xué)習(xí)和記憶被控對象的部分特征以使效果*化。具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡單、對復(fù)雜對象也能獲得較好的控制效果等特點(diǎn)。
 AI系列調(diào)節(jié)儀表還具備參數(shù)自整定功能，AI人工智能調(diào)節(jié)方式初次使用時，可啟動自整定功能來協(xié)助確定M 5、P、t等控制參數(shù)。初次啟動自整定時，可將儀表切換到顯示狀態(tài)①是PV測量值SV給定值的狀態(tài)下，按住半園弧鍵并保持約2秒鐘，此時儀表下顯示器將閃動顯示“At”字樣，表明儀表已進(jìn)入自整定狀態(tài)。自整定時，儀表執(zhí)行位式調(diào)節(jié)，經(jīng)2~3次振蕩后，儀表內(nèi)部微處理器根據(jù)位式控制產(chǎn)生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來自動計(jì)算出M 5、P、t等控制參數(shù)。如果在自整定過程中要提前放棄自整定，可再按住半園弧鍵并保持約2秒鐘，使儀表下顯示器停止閃動“At”字樣即可。視不同系統(tǒng)，自整定需要的時間可從數(shù)秒至數(shù)小時不等。儀表在自整定成功結(jié)束后，會將參數(shù)CtrL設(shè)置為3（出廠時為1）或4，這樣今后無法從面板再按住鍵啟動自整定，可以避免人為的誤操作再次啟動自整定。已啟動過一次自整定功能的儀表如果今后還要啟動自整定時，可以用將參數(shù)CtrL設(shè)置為2的方法進(jìn)行啟動。具體的操作要參考說明書。