王中原 李志平
(中物院電子工程研究所,四川 綿陽 621900)
AI-808P儀表在電加熱爐遠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 621900)
以利用AI-808P數(shù)顯溫控表對十余臺電加熱爐進行升級改造為例,具體介紹了改造的方法及實現(xiàn)的技術(shù)途徑。改造后,通過RS485通訊實現(xiàn)了對多臺分散布局的電加熱爐的遠程集中控制和管理。
加熱爐;改造;遠程控制
某生產(chǎn)線現(xiàn)場原有十余臺不同型號的加熱爐,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)場不同地方。原有的加熱爐采用現(xiàn)場、分散獨立控制,無論是對加熱爐的控制,還是對加熱爐的狀態(tài)監(jiān)測以及溫度記錄方式都相對落后,因此對加熱爐原有的控制方式進行了改造。改造后實現(xiàn)了對加熱爐的遠程集中控制和狀態(tài)實時監(jiān)測及管理,極大地提升了生產(chǎn)效率和工藝自動化水平。
改造前這些加熱爐分散布局于生產(chǎn)線現(xiàn)場不同地方,每次生產(chǎn)工藝開始前都需要操作人員分赴現(xiàn)場對各個加熱爐進行加熱過程溫度參數(shù)和目標(biāo)溫度參數(shù)設(shè)置。由于這些加熱爐型號老舊,涉及多個型號、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的溫控表參數(shù)設(shè)置方法,對操作人員有一定要求。此外,在生產(chǎn)工藝進行過程中,還需操作人員定時往返于現(xiàn)場對各加熱爐的溫度進行監(jiān)測、抄寫記錄,工作量大且繁瑣,易出錯。
改造后目標(biāo):各加熱爐的控制方法統(tǒng)一,能實現(xiàn)遠程集中控制和狀態(tài)管理,提升控制自動化水平。改造后具體要求實現(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) 遠程實現(xiàn)各加熱爐開啟、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) 實現(xiàn)對各加熱爐的遠程狀態(tài)管理,能實時顯示各加熱爐的過程溫度并自動記錄,便于歷史查詢;(5) 當(dāng)某一加熱爐超溫時系統(tǒng)能自動報警并告知是哪臺加熱爐超溫,便于遠程采取相應(yīng)處理措施。
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
為了實現(xiàn)對這些分散的加熱爐的遠程集中控制和管理,在改造中采用了計算機控制。為了便于以后系統(tǒng)擴容,控制系統(tǒng)采取了開放式設(shè)計,即使以后有新增加熱爐也可納入該系統(tǒng)進行集中控制和管理,而不需要對該系統(tǒng)做較大的改變,以便提高效率和節(jié)約成本。通過對原有加熱爐的狀態(tài)檢查分析,發(fā)現(xiàn)這些加熱爐一共來自于3個不同廠家,一共涉及4個型號,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。為了實現(xiàn)遠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更換為帶通訊功能的溫控表。同時由于這些加熱爐后端加熱回路和控制回路不一致,因此升級后的溫控表必須根據(jù)加熱回路具體的控制信號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)場各地,相互之間相距較遠,因此需采用具備RS485通訊接口的溫控表。由于計算機自帶串口多為RS232通訊接口,因此必須進行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 溫度檢測與加熱控制
為了不改變原有加熱爐結(jié)構(gòu),各加熱爐原有的溫度檢測單元、電加熱主回路、加熱控制信號均不做改變。仍然采用各加熱爐原有的測溫傳感器,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設(shè)定對應(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)。溫度檢測回路如圖2所示,圖中所示為三線制鉑電阻組成的測溫回路;熱電偶測溫方式類同,區(qū)別僅在具體接線方式上。
圖2 測溫回路
因原加熱爐有3種型號的溫控表不具備通訊接口和程序段控溫功能,故必須進行更換升級。廈門宇電公司的AI-808P數(shù)顯溫控表采用先進的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/自動無擾動切換功能和程序分段控制功能。該溫控表具備5個功能模塊插座:輔助輸入、主輸出、報警、輔助輸出及通訊接口模塊,最能滿足本改造對儀表的需求。儀表的信號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溫傳感器的接入需求;同時還可根據(jù)加熱爐加熱回路控制信號不同分別選配可控硅無觸點開關(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 上位機及監(jiān)控軟件
計算機在整個測控系統(tǒng)中處最上層,相對于各受控加熱爐稱為上位機;其作用為通過與AI-808P數(shù)顯溫控表通訊,實現(xiàn)加熱控制參數(shù)的設(shè)置和對各加熱爐狀態(tài)及溫度的實時巡檢。
工藝操作人員通過上位計算機實現(xiàn)人機對話,通過操作界面將操作指令和工藝參數(shù)下傳給溫控表,同時讀取各加熱爐反饋回來的溫度并實時記錄。即工藝人員通過上位機將過程控制參數(shù)、目標(biāo)溫度參數(shù)、溫度報警閾值等參數(shù)傳遞給各溫控表,由溫控表內(nèi)置的人工智能算法對各加熱爐進行實時控溫,上位機僅負責(zé)監(jiān)測、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)備進行聯(lián)網(wǎng)控制。該組態(tài)軟件安裝在上位計算機,與AI儀表配套使用,共同構(gòu)成測控系統(tǒng),通過RS485通訊控制現(xiàn)場AI儀表就像直接操作儀表設(shè)置參數(shù)一樣。
下面簡要談一下AIDCS9.0監(jiān)控軟件使用方法。使用前首先需要通過儀表按鍵設(shè)置AI-808P控溫表地址,這樣監(jiān)控軟件才能對其進行操作,注意地址相互之間不能重復(fù)。第二,通過監(jiān)控軟件對各溫控表按照設(shè)置的實際地址進行配置,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)點位數(shù)、上下限溫度以及報警閾值。其中比例、積分和微分3個參數(shù)可以手動設(shè)置,但最好通過儀表的自整定來確定。即用戶在儀表實際控溫范圍的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)試時間并且提高控溫精度。同類型的加熱爐這3個參數(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行工藝參數(shù)設(shè)置,工藝參數(shù)主要是指某臺加熱爐具體的程序段控溫參數(shù)、目標(biāo)溫度參數(shù)和報警閾值等。圖5為程序段控溫參數(shù)設(shè)置畫面,可以根據(jù)工藝需求實現(xiàn)多達30段程序控溫。
圖5 程序段控溫設(shè)置
每設(shè)置完畢一臺加熱爐的控溫參數(shù)均需單獨下載。參數(shù)設(shè)置完畢后就可以運行監(jiān)控軟件對加熱爐實施控制和狀態(tài)監(jiān)測了。圖6所示為某臺儀表的監(jiān)控畫面,可以從該監(jiān)控子畫面清楚地看到該臺加熱爐設(shè)定的目標(biāo)溫度SV值、當(dāng)前溫度PV值及輸出控制信號MV值。通過該監(jiān)控軟件,可以根據(jù)工藝需求定時記錄各加熱爐的實時溫度并產(chǎn)生電子表格報表;用戶根據(jù)需求可查詢?nèi)我鈺r間段歷史數(shù)據(jù)。
圖6 儀表實時監(jiān)控畫面
通過利用AI-808P數(shù)顯智能溫控表和AIDCS9.0監(jiān)控組態(tài)軟件成功地實現(xiàn)了對十余臺電加熱爐的升級改造,改造后實現(xiàn)了對多臺分散布局的電加熱爐的遠程集中控制與管理,滿足了工藝生產(chǎn)需要,極大提升了工藝的自動化水平,同時降低了設(shè)備故障率,具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。
[1] 宇電.AI V7.0人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器使用說明書[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,四川綿陽人,高級工,主要從事機電一體化工作。
李志平(1966—),男,四川綿陽人,技師,主要從事機電一體化工作。