《電子技術(shù)應(yīng)用》
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宇電AI智能儀表在冶金性能測(cè)控系統(tǒng)上的應(yīng)用
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)。
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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 
    
    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:


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℃。
 
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: 


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。


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(yǔ) 
    
    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。

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