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中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 作者：尚國(guó)祥
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摘要：由ＡＩ智能調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)電爐溫度的精確控制及溫度、壓力、流量、位移、失重量等的檢測(cè)，結(jié)合工控機(jī)組成集散控制系統(tǒng)，應(yīng)用于冶金性能測(cè)控系統(tǒng)。系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)及控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。 |
| 關(guān)鍵詞：ＡＩ智能調(diào)節(jié)器，集散控制，溫度調(diào)節(jié) |
引言：高爐冶煉系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行解剖代價(jià)高昂。該系統(tǒng)模擬高爐冶煉過程檢測(cè)冶煉過程中溫度、壓力、流量、位移、失重等各參數(shù)的變化規(guī)律建立冶金性能測(cè)控系統(tǒng)大型實(shí)驗(yàn)室，依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)高爐冶煉過程提供指導(dǎo)性意見。系統(tǒng)采用集散控制結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)由廈門宇電的AI智能儀表實(shí)現(xiàn)溫度等的精確控制，由PLC來實(shí)現(xiàn)過程開關(guān)量、部分模擬量及定時(shí)計(jì)數(shù)等的過程控制，由工控機(jī)實(shí)現(xiàn)集中管理。AI智能儀表先進(jìn)的AIBUS+通訊協(xié)議，支持RS485通訊接口，配合EM-485B模塊構(gòu)成了該系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通訊系統(tǒng)，通過RS-485串行通訊實(shí)現(xiàn)19個(gè)通道溫度、流量、壓力、位移的集中監(jiān)控。 |
| 1、控制系統(tǒng)的硬件組成 |
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整個(gè)系統(tǒng)的控制對(duì)象主要為11個(gè)大型電爐及其附屬設(shè)施和氣體處理及檢測(cè)部分，其中除了對(duì)溫度的精確檢測(cè)及控制外，物料反應(yīng)過程中的荷重軟化位移，物料重量，氣體流量，氣體壓力及熔融滴落過程中的熔滴計(jì)數(shù)都需要進(jìn)行檢測(cè)，這些參數(shù)主要通過現(xiàn)場(chǎng)AI智能儀表檢測(cè)并以數(shù)字量傳入總線。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示： |
| 圖一：硬件組成結(jié)構(gòu)框圖 |
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1.1 控制方式選擇
系統(tǒng)主要對(duì)溫度實(shí)行精確控制，AI人工智能儀表具備位式控制（ON-OFF）、標(biāo)準(zhǔn)PID、AI人工智能調(diào)節(jié)APID或MPT等多種調(diào)節(jié)方式，對(duì)于多數(shù)電爐采用標(biāo)準(zhǔn)的PID控制方式，可以滿足工藝條件的要求，用戶可以設(shè)置M5、P、t參數(shù)可以調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶自定義調(diào)節(jié)。對(duì)于特殊的溫控系統(tǒng)設(shè)置CtrL進(jìn)入自整定調(diào)節(jié)，先進(jìn)的AI人工智能調(diào)節(jié)算法具有自整定、自學(xué)習(xí)功能，無超調(diào)及無欠調(diào)的優(yōu)良控制特性，自整定后的控制效果基本上都可以滿足工藝要求。
1.2 分段功率限制方式
系統(tǒng)中大部分電爐為電阻爐，少數(shù)高溫電爐以硅鉬棒為加熱材料，需采用降壓變壓器，低溫下近似短路，電阻遠(yuǎn)低于高溫狀態(tài)。如果不進(jìn)行功率的限制，低溫下的電流將遠(yuǎn)大于額定電流。設(shè)置CF參數(shù)，使儀表起用功率分段限制，此時(shí)儀表輸出下限將不作限制，而oPL將作為當(dāng)溫度小于下限報(bào)警值LoＡＬ時(shí)輸出上限，當(dāng)溫度大于下限報(bào)警值時(shí)，則輸出上限為ｏＰＨ，這樣就具備２段功率限制功能，有效地防止了加熱初期電流過大的危險(xiǎn)。
1.3 控制系統(tǒng)的調(diào)試
對(duì)于有些電爐除了爐膛溫度的控制及檢測(cè)外，監(jiān)測(cè)爐壁的溫度以計(jì)算電爐加熱過程中的溫度梯度分布曲線，結(jié)合其控制同時(shí)可以減小控制對(duì)象的純滯后，帶來更好的控制效果。對(duì)于同一電爐溫度起始條件的顯示不一致，可通過Sc來校正。在調(diào)試過程中，單段升溫曲線的電爐首先考慮使用AI儀表的自整定調(diào)節(jié)功能，需要整定的參數(shù)為M5、P、t等參數(shù)，加熱器各段特性基本相同，自整定后獲得了滿意的控制效果，恒溫時(shí)控制精度小于±1℃，最大超調(diào)小于2℃。
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| 2、控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)及功能 |
| 系統(tǒng)由2層結(jié)構(gòu)組成，上位機(jī)為一臺(tái)工業(yè)控制機(jī)，實(shí)現(xiàn)集中控制及數(shù)據(jù)的采集與處理。下位機(jī)由PLC及現(xiàn)場(chǎng)AI智能儀表實(shí)現(xiàn)數(shù)字及模擬量的控制。系統(tǒng)同時(shí)具有手動(dòng)及自動(dòng)兩套控制方案，可以實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)的快速切換。上位機(jī)控制主界面如下圖２所示： |
| 圖二：主界面圖 |
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主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
2.1 人機(jī)交互功能
系統(tǒng)的監(jiān)控主界面顯示當(dāng)前各虛擬設(shè)備的布置情況及在線狀態(tài)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)按詳細(xì)數(shù)據(jù)、最值數(shù)據(jù)等不同表現(xiàn)形式動(dòng)態(tài)刷新顯示，各參數(shù)（溫度、流量等）的實(shí)時(shí)曲線繪制，現(xiàn)場(chǎng)各開關(guān)量的界面控制，歷史數(shù)據(jù)查詢，ＥＸＣＥＬ報(bào)表生成，系統(tǒng)報(bào)警狀態(tài)及ＡＩ智能儀表的參數(shù)設(shè)置等功能。 |
| 圖三：儀表設(shè)置及數(shù)據(jù)顯示 |
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2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理
各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的管理，數(shù)據(jù)保存及導(dǎo)入ＥＸＣＥＬ。
2.3 用戶及系統(tǒng)管理
系統(tǒng)分為系統(tǒng)管理員，操作員及安全員組成，各角色以不同權(quán)限限制；根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要對(duì)于采樣頻率的設(shè)定，實(shí)時(shí)刷新的時(shí)間間隔及報(bào)警方式等進(jìn)行管理。 |
| 3、結(jié)語 |
| 本系統(tǒng)已在廣東韶關(guān)鋼鐵廠成功投入使用，系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，由ＡＩ智能調(diào)節(jié)器，ＰＬＣ及工控機(jī)組成的集散控制系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，極大地滿足了工藝條件的各項(xiàng)控制性能指標(biāo)要求。 |
