王中原 李志平

(中物院電子工程研究所，四川 綿陽(yáng) 621900)

AI-808P儀表在電加熱爐遠(yuǎn)程集中控制改造中的應(yīng)用

王中原 李志平

(中物院電子工程研究所，四川 綿陽(yáng) 621900)

以利用AI-808P數(shù)顯溫控表對(duì)十余臺(tái)電加熱爐進(jìn)行升級(jí)改造為例，具體介紹了改造的方法及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑。改造后，通過(guò)RS485通訊實(shí)現(xiàn)了對(duì)多臺(tái)分散布局的電加熱爐的遠(yuǎn)程集中控制和管理。

加熱爐；改造；遠(yuǎn)程控制

0 引言

某生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)原有十余臺(tái)不同型號(hào)的加熱爐，采用電加熱方式，這些加熱爐根據(jù)工藝需求分散布局于現(xiàn)場(chǎng)不同地方。原有的加熱爐采用現(xiàn)場(chǎng)、分散獨(dú)立控制，無(wú)論是對(duì)加熱爐的控制，還是對(duì)加熱爐的狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及溫度記錄方式都相對(duì)落后，因此對(duì)加熱爐原有的控制方式進(jìn)行了改造。改造后實(shí)現(xiàn)了對(duì)加熱爐的遠(yuǎn)程集中控制和狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及管理，極大地提升了生產(chǎn)效率和工藝自動(dòng)化水平。

1 改造前狀態(tài)

改造前這些加熱爐分散布局于生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)不同地方，每次生產(chǎn)工藝開(kāi)始前都需要操作人員分赴現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各個(gè)加熱爐進(jìn)行加熱過(guò)程溫度參數(shù)和目標(biāo)溫度參數(shù)設(shè)置。由于這些加熱爐型號(hào)老舊，涉及多個(gè)型號(hào)、加熱主回路不同、采用的溫控表不盡相同、溫控表的參數(shù)設(shè)置方法各異，因此需要操作人員記住多種型號(hào)的溫控表參數(shù)設(shè)置方法，對(duì)操作人員有一定要求。此外，在生產(chǎn)工藝進(jìn)行過(guò)程中，還需操作人員定時(shí)往返于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各加熱爐的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)、抄寫(xiě)記錄，工作量大且繁瑣，易出錯(cuò)。

2 改造后目標(biāo)

改造后目標(biāo)：各加熱爐的控制方法統(tǒng)一，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制和狀態(tài)管理，提升控制自動(dòng)化水平。改造后具體要求實(shí)現(xiàn)以下功能：(1) 各加熱爐工藝參數(shù)設(shè)置方法相同，降低了操作人員設(shè)定工藝參數(shù)要求；(2) 遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)各加熱爐開(kāi)啟、關(guān)閉和工藝參數(shù)設(shè)定；(3) 各加熱爐升溫速度可調(diào)；(4) 實(shí)現(xiàn)對(duì)各加熱爐的遠(yuǎn)程狀態(tài)管理，能實(shí)時(shí)顯示各加熱爐的過(guò)程溫度并自動(dòng)記錄，便于歷史查詢；(5) 當(dāng)某一加熱爐超溫時(shí)系統(tǒng)能自動(dòng)報(bào)警并告知是哪臺(tái)加熱爐超溫，便于遠(yuǎn)程采取相應(yīng)處理措施。

3 改造方案

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)這些分散的加熱爐的遠(yuǎn)程集中控制和管理，在改造中采用了計(jì)算機(jī)控制。為了便于以后系統(tǒng)擴(kuò)容，控制系統(tǒng)采取了開(kāi)放式設(shè)計(jì)，即使以后有新增加熱爐也可納入該系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理，而不需要對(duì)該系統(tǒng)做較大的改變，以便提高效率和節(jié)約成本。通過(guò)對(duì)原有加熱爐的狀態(tài)檢查分析，發(fā)現(xiàn)這些加熱爐一共來(lái)自于3個(gè)不同廠家，一共涉及4個(gè)型號(hào)，采用4種不同的溫控表。除了一款溫控表帶通訊功能外，其余溫控表均不帶通訊功能。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制并且在最大程度上不改變各加熱爐原有結(jié)構(gòu)以及加熱回路和控制回路，需要將原有的溫控表升級(jí)更換為帶通訊功能的溫控表。同時(shí)由于這些加熱爐后端加熱回路和控制回路不一致，因此升級(jí)后的溫控表必須根據(jù)加熱回路具體的控制信號(hào)類型選配不同的輸出模塊。由于這些加熱爐分散布局于現(xiàn)場(chǎng)各地，相互之間相距較遠(yuǎn)，因此需采用具備RS485通訊接口的溫控表。由于計(jì)算機(jī)自帶串口多為RS232通訊接口，因此必須進(jìn)行RS485—RS232通訊轉(zhuǎn)換。改造后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 加熱爐集中控制、管理結(jié)構(gòu)圖

3.2 溫度檢測(cè)與加熱控制

為了不改變?cè)屑訜釥t結(jié)構(gòu)，各加熱爐原有的溫度檢測(cè)單元、電加熱主回路、加熱控制信號(hào)均不做改變。仍然采用各加熱爐原有的測(cè)溫傳感器，包括熱電偶和三線制溫度傳感器Pt100。雖然這些傳感器類型不盡相同，但是只需要按照更換后的溫控表接線方式接入并且在上位機(jī)設(shè)定對(duì)應(yīng)的傳感器類型即可，這樣就在最大程度上保持了烘箱的原有結(jié)構(gòu)。溫度檢測(cè)回路如圖2所示，圖中所示為三線制鉑電阻組成的測(cè)溫回路；熱電偶測(cè)溫方式類同，區(qū)別僅在具體接線方式上。

圖2 測(cè)溫回路

因原加熱爐有3種型號(hào)的溫控表不具備通訊接口和程序段控溫功能，故必須進(jìn)行更換升級(jí)。廈門宇電公司的AI-808P數(shù)顯溫控表采用先進(jìn)的AI人工智能調(diào)節(jié)算法，超調(diào)小，具備自整定(AT)功能、擁有手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換功能和程序分段控制功能。該溫控表具備5個(gè)功能模塊插座：輔助輸入、主輸出、報(bào)警、輔助輸出及通訊接口模塊，最能滿足本改造對(duì)儀表的需求。儀表的信號(hào)輸入類型可以自由設(shè)置為各種常用的熱電偶、熱電阻，能夠滿足這些加熱爐各種不同類型測(cè)溫傳感器的接入需求；同時(shí)還可根據(jù)加熱爐加熱回路控制信號(hào)不同分別選配可控硅無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出模塊、SSR電壓輸出模塊和可控硅觸發(fā)輸出模塊。此外，為了實(shí)現(xiàn)通訊，每塊儀表均要求配置帶電氣隔離的RS485通訊模塊。

3.3 上位機(jī)及監(jiān)控軟件

計(jì)算機(jī)在整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)中處最上層，相對(duì)于各受控加熱爐稱為上位機(jī)；其作用為通過(guò)與AI-808P數(shù)顯溫控表通訊，實(shí)現(xiàn)加熱控制參數(shù)的設(shè)置和對(duì)各加熱爐狀態(tài)及溫度的實(shí)時(shí)巡檢。

工藝操作人員通過(guò)上位計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，通過(guò)操作界面將操作指令和工藝參數(shù)下傳給溫控表，同時(shí)讀取各加熱爐反饋回來(lái)的溫度并實(shí)時(shí)記錄。即工藝人員通過(guò)上位機(jī)將過(guò)程控制參數(shù)、目標(biāo)溫度參數(shù)、溫度報(bào)警閾值等參數(shù)傳遞給各溫控表，由溫控表內(nèi)置的人工智能算法對(duì)各加熱爐進(jìn)行實(shí)時(shí)控溫，上位機(jī)僅負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)、管理和溫度數(shù)據(jù)的處理。

監(jiān)控組態(tài)軟件采用宇電公司的AIDCS9.0網(wǎng)絡(luò)版，便于以后與其他設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制。該組態(tài)軟件安裝在上位計(jì)算機(jī)，與AI儀表配套使用，共同構(gòu)成測(cè)控系統(tǒng)，通過(guò)RS485通訊控制現(xiàn)場(chǎng)AI儀表就像直接操作儀表設(shè)置參數(shù)一樣。

下面簡(jiǎn)要談一下AIDCS9.0監(jiān)控軟件使用方法。使用前首先需要通過(guò)儀表按鍵設(shè)置AI-808P控溫表地址，這樣監(jiān)控軟件才能對(duì)其進(jìn)行操作，注意地址相互之間不能重復(fù)。第二，通過(guò)監(jiān)控軟件對(duì)各溫控表按照設(shè)置的實(shí)際地址進(jìn)行配置，如圖3所示。第三，配置好各加熱爐溫控表地址以后就可以通過(guò)監(jiān)控軟件設(shè)置各溫控表的參數(shù)，需要設(shè)置的參數(shù)主要包括：接入的溫度傳感器類型、顯示的小數(shù)點(diǎn)位數(shù)、上下限溫度以及報(bào)警閾值。其中比例、積分和微分3個(gè)參數(shù)可以手動(dòng)設(shè)置，但最好通過(guò)儀表的自整定來(lái)確定。即用戶在儀表實(shí)際控溫范圍的50%～80%內(nèi)利用儀表的自整定功能確定P、I、D 3個(gè)工藝參數(shù)，這樣就可以省去人工調(diào)試P、I、D參數(shù)的麻煩，大大縮短調(diào)試時(shí)間并且提高控溫精度。同類型的加熱爐這3個(gè)參數(shù)大致相同，可直接使用。溫控表參數(shù)設(shè)置如圖4所示。

圖3 儀表地址配置

圖4 溫控表參數(shù)配置

當(dāng)這些基本參數(shù)設(shè)置完畢以后就可以進(jìn)行工藝參數(shù)設(shè)置，工藝參數(shù)主要是指某臺(tái)加熱爐具體的程序段控溫參數(shù)、目標(biāo)溫度參數(shù)和報(bào)警閾值等。圖5為程序段控溫參數(shù)設(shè)置畫(huà)面，可以根據(jù)工藝需求實(shí)現(xiàn)多達(dá)30段程序控溫。

圖5 程序段控溫設(shè)置

每設(shè)置完畢一臺(tái)加熱爐的控溫參數(shù)均需單獨(dú)下載。參數(shù)設(shè)置完畢后就可以運(yùn)行監(jiān)控軟件對(duì)加熱爐實(shí)施控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)了。圖6所示為某臺(tái)儀表的監(jiān)控畫(huà)面，可以從該監(jiān)控子畫(huà)面清楚地看到該臺(tái)加熱爐設(shè)定的目標(biāo)溫度SV值、當(dāng)前溫度PV值及輸出控制信號(hào)MV值。通過(guò)該監(jiān)控軟件，可以根據(jù)工藝需求定時(shí)記錄各加熱爐的實(shí)時(shí)溫度并產(chǎn)生電子表格報(bào)表；用戶根據(jù)需求可查詢?nèi)我鈺r(shí)間段歷史數(shù)據(jù)。

圖6 儀表實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)利用AI-808P數(shù)顯智能溫控表和AIDCS9.0監(jiān)控組態(tài)軟件成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)十余臺(tái)電加熱爐的升級(jí)改造，改造后實(shí)現(xiàn)了對(duì)多臺(tái)分散布局的電加熱爐的遠(yuǎn)程集中控制與管理，滿足了工藝生產(chǎn)需要，極大提升了工藝的自動(dòng)化水平，同時(shí)降低了設(shè)備故障率，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] 宇電.AI V7.0人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器使用說(shuō)明書(shū)[Z]

[2] 劉林虎.新型溫控裝置在天津爐控溫系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].儀表技術(shù)與傳感器，2006(4)

[3] 張曉林.AI儀表在RS-485通信中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造，2006(16)

2014-08-27

王中原(1970—)，男，四川綿陽(yáng)人，高級(jí)工，主要從事機(jī)電一體化工作。

李志平(1966—)，男，四川綿陽(yáng)人，技師，主要從事機(jī)電一體化工作。