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遠紅外自動干燥控溫設備的應用AI調節儀表
點擊次數：224 發布時間：2014-3-18
廈門宇電自動化科技有限公司 開發部 邵平
關鍵詞：遠紅外、燃氣加熱、電磁閥、控溫儀
一、概述
自動干燥設備加熱的技術。每一個溫度區用AI程序型調節器PID控制調功移項控制遠紅外輻射元件，加熱爐的電源接通后就開始升溫。采用移項調功既能延長遠紅外輻射元件的使用時間，又使加熱爐的溫度恒溫。
近年來，已廣泛地應用到各個生產領域。使用的能源有燃氣、電能。以遠紅外加熱為例是以射線形式將熱能從輻射源直接傳遞給被加熱物體的，其熱能利用率高。使用遠紅外加熱技術干燥薄型技術廣泛應用烘干糧食、茶葉、木材、牧草污泥、酒糟、骨粉、生物肥有機肥、食鹽、/血粉、濕物料、糧食、油料、食品、紅棗、辣椒、蔬菜、蕎麥、豆食等農作物有機原料的快速干燥機。
1．爐體的構造
使用的遠紅外加熱器， 主要是對各類物料進行干燥， 所以采用長方形爐體結構，整個爐體分為三小加熱區(見圖1)。從進料入口方向起：*段為預熱低溫區，主要作用是對干燥烘道進行初步加熱；然后進入第二段高溫區， 該段是物料的主要干燥區；物料干燥后，進入第三段保溫低溫區，然后由出料口送出。
由上述方案可見， 加熱爐靠近進料口和出料口兩端的兩個加熱區溫度較低，使用的遠紅外輻射元件可以少一點，功率也可小一點。而加熱爐的中段區，是加熱爐的主要干燥區，要求溫度較高，使用的遠紅外輻射元件多、功率大。
2．工作原理
遠紅外熱爐為了保證干燥質量，整個遠紅外熱爐的溫度控制使用自動控溫的方法。在加熱爐的三個溫度區分別各裝置了三個遠紅外輻射元件。每一個溫度區用AI程序型調節器PID控制調功移項控制遠紅外輻射元件，加熱爐的電源接通后就開始升溫。采用移項調功既能延長遠紅外輻射元件的使用時間，又使加熱爐的溫度恒溫。
二、控制設備的選擇：
*儀表的選擇：系統中我們采用了*的AI人工智能調節器。AI調節器是控溫系統的核心部分，AI儀表*性地采用了平臺概念，將非常專業化的數字調節儀表轉為平臺化設計的產品，采用的是AI人工智能調節算法是采用模糊規則進行PID調節的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法調節，以消除PID飽和積分現象，當誤差趨小時，采用改進后的PID算法進行調節，并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果*化。
自整定方法簡單應用方便：由于自整定執行時采用位式調節，經2~3次振蕩后，儀表內部微處理器根據位式控制產生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來自動計算出M 5、P、t等控制參數。具有無超調、高精度、參數確定簡單、對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點。
在使用過程中AI調節器 結合PID調節、自學習及模糊控制技術，實現了自整定/自適應功能，及無欠調的調節，性能遠優于傳統PID調節器。
控制系統我們采用了 宇電AI-808PAI5X3L2L2S4溫控表：AI－808P程序型儀表用于需要按一定時間規律自動改變給定值進行控制的場合。它具有強大的編程及操作能力，可進一步提高控制設備的自動化程度。它具備30段程序編排功能，可設置任意大小的給定值升/降斜率；具有跳轉、運行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運行中修改程序；具備二路事件輸出功能。可通過報警輸出控制其他設備聯鎖動作，進一步提高設備自動化能力；可通過安裝外部開關執行程序運行/暫停/停止等操作，以實現連鎖、同步啟動運行或方便操作；具有停電處理模式、測量值啟動功能及準備功能，使程序執行更有效率及更完善。
1、功能及概念：
程序段：段號可從1－30，當前段(STEP)表示目前正在執行的段。
設定時間：指程序段設定運行的總時間，單位是min，有效數值從1－9999。
運行時間：指當前段已運行時間，當運行時間達到設置時間時，程序自動跳下一段運行。
跳轉：程序段可編程為自動跳轉到1－30段中的任意段執行，可實現循環控制。通過修改STEP的數值也可實現跳轉。
運行/暫停（run/HoLd）：程序在運行狀態時，計時，給定值按預先編排的程序曲線變化。程序在暫停狀態下，停止計時，給定值保持不變。儀表能在程序段中編入暫停操作，也可由人隨時執行暫停/運行操作。暫停狀態下儀表仍然保持調節功能。
停止（stoP）：執行停止操作，將使程序停止運行，此時運行時間被清0，事件輸出開關復位，并且停止控制輸出。在停止狀態下執行運行操作，則儀表將從STEP設置的段號啟動運行程序。可在程序段中編入自動停止的功能，并同時對運行段號STEP值進行設置。也可人為隨時執行停止操作（執行后STEP被設置為1，不過用戶可再進行修改）。
事件輸出：由程序編排發生。可在程序運行中控制2路報警開關動作，以方便控制各種外部設備同步或連鎖工作。
停電/開機事件：指儀表接通電源或在運行中意外停電，可提供多種處理方案供用戶選擇。用戶可以通過設置儀表的參數（run）設置儀表重新上電后的運行狀態。
準備（rdy）/測量值啟動功能：在啟動運行程序由于爐體的溫度和儀表設置的初始溫度之間有偏差，并且其差值大于正（或負）偏差報警值(dHAL及dLAL)時，儀表并不立即進行正（或負）偏差報警，而是先將測量值調節到其誤差小于偏差報警值，此時程序也暫停計時，也不輸出偏差報警信號，直到正、負偏差符合要求后才再啟動程序。準備/測量值啟動功能用于設置無法預知升／降溫時間的段也十分有用。要允許或取消準備/測量值啟動功能，可在run參數中進行設置。準備/測量值啟動功能可保證了運行整條程序曲線的完整性，準備/測量值啟動功能用于解決啟動運行時測量值與給定值不一致而對程序運行產生的不確定性，以獲得率、完整并符合用戶要求程序運行結果。
程序曲線的設置編排：程序表調節器可用于按一定時間規律自動改變給定值進行控制的場合。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，可設置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉（目標段只限于前30段）、運行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運行中修改程序；具有二路事件輸出功能。可通過報警輸出控制其他設備聯鎖動作如：警燈、風機、報警，進一步提高設備自動化能力；具有停電處理模式、測量值啟動功能及準備功能，使程序執行更有效率及更完善。
程序儀表自整定時把*段程序設置為常用溫度或zui高溫度啟動自整定，此時時間停止運行。
2、參數設置：
根據系統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智能調節器增加了30段時間程序控制功能，前30段可編程為自動跳轉執行,實現循環控制,采用*的模塊化設計，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，
儀表的輸入方式可自由設置為熱電偶、熱電阻和線性電流（電壓），具體模塊功能如下；
I5：外部開關量輸入，控制儀表程序的起停；
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；
L2：繼電器觸點開關輸出模塊；
AIJK6系列是應用了單片機技術的智能化三相移相觸發及周波過零兩用觸發器，功能強大且可靠性高，能適應各種電阻絲、硅碳棒及負載采用變壓器降壓的硅鉬棒、鎢絲等到各種類型工業電爐，也可用于電機軟啟動的控制，其主要特點包括：
0-20mA(0-5V)/4-20mA(1-5V)信號兼容輸入；
缺相檢測、過流檢測及報警功能；AIJK6還具備可控硅擊穿及負載開路檢測功能；
自動同步功能，連接可控硅觸發線時不需要對相序；AIJK6甚到不需要對極性；
采用光電隔離及“燒不壞”技術，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的軟啟動/軟停止功能，可適應硅鉬棒、鎢絲、電動機及感性負載；
內含開關電源，可直接220VAC電源供電，并具備5V及24V兩組直流電源輸出；
儀表的調節功能采用*的AI人工智能PID調節算法。AI人工智能調節算法是采用模糊規則進行PID調節的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法進行調節，以消除PID飽和積分現象，當誤差趨小時，采用改進后的PID算法進行調節，并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果*化。具有無超調、高精度、參數確定簡單、對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點。改進后的PID參數是采用宇電*的M 5、P、t等控制參數來表示的。
調試方式：電熱鼓風干燥箱控制儀表AI-808PX3L1L1S4增強型智能調節器 ，三相過零觸發控制。
模塊X3三相移項觸發、模塊L1開關量報警輸出、模塊S4通訊RS485通訊參數
3、調試方式：
參數設定后首先要自整定。AI人工智能調節算法是采用模糊規則進行PID調節的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法進行調節，以消除PID飽和積分現象，當誤差趨小時，采用改進后的PID算法進行調節，并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果*化。具有無超調、高精度、參數確定簡單、對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點。
AI系列調節儀表還具備參數自整定功能，AI人工智能調節方式初次使用時，可啟動自整定功能來協助確定M 5、P、t等控制參數。初次啟動自整定時，可將儀表切換到顯示狀態①是PV測量值SV給定值的狀態下，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，表明儀表已進入自整定狀態。自整定時，儀表執行位式調節，經2~3次振蕩后，儀表內部微處理器根據位式控制產生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來自動計算出M 5、P、t等控制參數。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，自整定需要的時間可從數秒至數小時不等。儀表在自整定成功結束后，會將參數CtrL設置為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CtrL設置為2的方法進行啟動。具體的操作要參考說明書。
系統在不同給定值下整定得出的參數值不*相同，執行自整定功能前，應先將給定值設置在zui常用值或是中間值上（對于AI-708P/808P程序型儀表，可通過修改當前程序段值來改變給定值以滿足要求），如果系統是保溫性能好的電爐，給定值應設置在系統使用的zui大值上，再執行啟動自整定的操作功能。參數CtI（控制周期）及dF（回差）的設置，對自整定過程也有影響，一般來說，這2個參數的設定值越小，理論上自整定參數準確度越高。但dF值如果過小，則儀表可能因輸入波動而在給定值附近引起位式調節的誤動作，這樣反而可能整定出*錯誤的參數。推薦CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要學習的原因，自整定結束后初次使用，控制效果可能不是*，需要使用一段時間（一般與自整定需要的時間相同）后方可獲得*效果。
在使用過程中AI調節器 結合PID調節、自學習及模糊控制技術，實現了自整定/自適應功能及無欠調的調節，性能遠優于傳統PID調節器。
4、程序曲線的編排：
程序表調節器可用于按一定時間規律自動改變給定值進行控制的場合。具有50段程序編程功能，可設置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉（目標段只限于前30段）、運行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運行中修改程序；具有二路事件輸出功能。可通過報警輸出控制其他設備聯鎖動作，進一步提高設備自動化能力；具有停電處理模式、測量值啟動功能及準備功能，使程序執行更有效率及更完善。
程序編排統一采用溫度－時間－溫度格式，其定義是，從當前段設置溫度，經過該段設置的時間到達下一溫度。溫度設置值的單位都是℃，而時間值的單位都是分鐘。
下例為一個包含線性升溫、恒溫、線性降溫、跳轉循環、準備、暫停及事件輸出6段程序例子。
第1段 C 01=100 t 01=30 ；100℃起開始線性升溫，升溫時間為30分鐘
第2段 C 02=400 t 02=60 ；升溫至400℃，升溫斜率為10℃/分。恒溫時間為60分
第3段 C 03=400 t 03=120 ；降溫段，降溫時間為120分，降溫斜率為2℃/分。
第4段 C 04=160 t 04=-35 ；降溫至160℃后，接通報警開關1，并且跳往第5段執行。
第5段 C 05=160 t 05=0 ；進入暫停狀態，需操作人員執行運行操作才能繼續運行至第6段。
第6段 C 06=160 t 06=-151 ；關閉報警開關1，并且跳往第1段執行，從頭循環。
采用溫度－時間編程方法的優點是升溫、降溫的斜率設置的范圍非常寬。升溫及恒溫段具有統一的設置格式，方便學習。設置曲線更靈活，可以設置連續設置升溫段(如用不同斜率的升溫段近似實現函數升溫)，或連續的恒溫段。
三、分體式無紙記錄儀功能
遠紅外自動干燥設備在應用中，將采用AI－2070C分體式無紙記錄儀 來記錄數據。主要功能為：豐富的顯示畫面；強大的設置功能；完善的流量處理；實用的U盤記錄功能；方便的數據統計功能；靈活的報警功能；可靠的通訊功能；
數據記錄功能發展很快，從有紙記錄到無紙記錄；無紙記錄模擬量輸入到數字無紙記錄儀；由于自動干燥設備是采用通訊功能的數字調節儀表來控制電爐可控硅，就實時記錄自動干燥設備控溫曲線。
控制柜安裝數字式AI-2070無紙記錄儀，通過RS485通訊接口，采用上下位機的方式，能方便地與AI智能程序型PID溫度調節器配合使用。
在遠紅外自動干燥設備控溫時在觸摸屏上可設置程序曲線。顯示雙曲線運行圖、可即時設置、讀取，上下傳升溫、恒溫、降溫程序配方。
在屏上控制操作程序儀表【啟動】【停止】【暫停】、在運行狀態下切換【手動/自動】狀態，手動控制輸出量；即時修改【段號】，指
定運行段；
用多曲線的形式來直觀的顯示U盤記錄中的數據，顯示該時間段內相關通道間被測量的變化關系。按通道順序排列1、2、3、4固定組合在一起的通道組合，對于需要比較關鍵參數通道可將儀表地址編排在同一組顯示趨勢曲線，這樣就更好的進行比較分析工藝參數的對象變化。可選擇啟用單條或4條曲線顯示趨勢變化；查詢歷史數據設置起始時間及時間跨度；設置數據范圍使曲線顯示在圖表*，不同的數據范圍啟用單條查詢。歷史畫面的功能畫面右下角 點擊【查詢】，觸摸屏顯示是當前的起始時間：年/月/日/時/分/秒；修改時間跨度：時/分/秒設置；點擊【確認】按鈕，系統即刻顯示歷史曲線、數據報表；報警報表。
在數據記錄儀中，即可以根據客戶的實際需要，設置數據的采樣時間，存儲間隔以及是否保存記錄，是否立即保存數據到U盤等功能，來滿足不同的需求。(1)采樣時間默認為6秒，用戶可以設定的范圍是：6秒~3600秒；(2)內存轉U盤存儲間隔默認為60分鐘，用戶可以設定的范圍是：60分~300分；(3)如果用戶需要馬上取走在記錄儀內存中存儲的數據，可以點擊“立即保存”的按鈕，這樣已采集數據就馬上存儲到CF中了。
數據記錄是采用的外插U盤來保存數據；標配2G的電子硬盤。U盤保存數據的數據報警報表可在PC上直接打開采用Excel電子表格打開CSV格式的數據文件，或用微型打印機把報表打印出來。，
AI－2070C分體式無紙記錄儀配備微型打印機追憶記錄的溫度曲線數據。數據報表的打印。在觸摸屏上直接點擊打印按鈕可打印歷史數據、曲線。對數據曲線查詢打印。
四、結束語
遠紅外加熱爐安裝完工并進行調試后投入了運行。從使用情況看，應用AI程序型調節器控制效果良好。由于采用移項控制遠紅外輻射元件，使遠紅外輻射元件使用時間延長，使操作簡單、無紙記錄儀數據記錄完整管理方便。