關鍵詞：強對流罩式退火爐、AI－808P程序調節器

一、概述：          
   黃石市黃岡摩擦片公司是我國摩擦片生產企業。應用鐘罩式燒結爐燒結金屬摩擦片在各類汽車及高級轎車上得到。鐘罩式燒結爐是公司重要設備之一，幾十年來公司一直沒有停止對鐘罩爐的改進和提高，不斷推陳出新，使之適應更廣闊的生產領域。該公司近期采用宇電AI計算機監控系統配合AI808PAI5X3+JK6L1L1S4改造有快速冷卻系統的鐘罩爐，不僅能在升溫、保溫階段對溫度進行準確的控制，還可以在降溫階段對溫度進行控制。使每一批次的處理時間大大縮短，極大地提高了生產效率。
   在采用宇電AI808PAI5X3+JK6L1L1S4后的快速冷卻系統的鐘罩爐，使陶瓷型高級轎車剎車片”在研發過程中，通過配方優化試驗，解決了摩擦系數高與磨耗量大、使用壽命短的矛盾，解決了高而平穩的摩擦系數與無噪音的矛盾，成功開發出了摩擦系數熱衰退率小、使用壽命長、制動舒適的新一代高性能陶瓷型配方剎車片產品。通過對密度、壓制溫度、壓力與時間、固化溫度與時間等工藝參數優化試驗，確定了工藝參數，成功解決了產品壓制、固化產生汽泡裂紋的難題，為產品的性能控制提供了工藝保證。產品正在進行產業化實驗，具有良好的經濟社會效益和國內外市場前景。

二、強對流罩式退火爐簡介
   強對流光亮罩式退火爐主要適用于黃銅帶、青銅帶、異型銅帶、紫銅帶、各類精密銅管、造幣材料、精密帶鋼、復合帶材、軟磁和硬磁合金、銅合金線材、標準件材料、不銹鋼帶等幾十種材料。 鐘罩爐裝料直徑3.2M，裝料高度達4M，裝爐量80T。 　　罩式爐由一個加熱罩、兩個爐座、兩個內罩和閥架等組成。加熱元件采用電阻帶均勻的懸掛在爐膛的四周，并用陶瓷螺釘加以固定。        
車間生產中與儀表精密調試

   在爐座的正中央都裝有一臺強對流的風機，通過電機的運轉來帶動葉輪達到強對流的目的，從而使爐膛內的溫度達到均勻，該風機的電機為水冷密封雙速電機，可實現高、低速轉換，通入冷卻水后可確保電機的軸承不會因發熱而損壞。在爐座上裝有與內罩密封的水冷橡膠密封圈，以便達到密封的效果。

三、溫控器的選用：
   電氣控制柜采用PID過零觸發溫控調節儀來調節爐內的功率和溫度，并安裝有超溫報警功能 。并根據需要制作上位機，組態軟件動態顯示系統控制狀態。
   先進儀表的選擇：系統中我們采用了先進的AI人工智能調節器。AI調節器是控溫系統的核心部分，AI儀表創造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優化。
   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，及無欠調的精確調節，性能遠優于傳統PID調節器。

四、系統架構：
   整個控制系統我們采用了計算機監控用RS485通訊總線技術，由于RS485總線技術具有良好的實時性、可靠性、抗干擾能力及檢錯能力，所以在一些條件比較苛刻的場合里廣泛應用。通過串口實現整個系統運行監控，其畫面包含：現場模擬圖、溫度壓力顯示、設備接地故障狀態指示、各種參數設置、實時溫度曲線圖、設定溫度曲線圖以及報警信息。系統控制對象。
   在系統中由于AI系列儀表的出色性能，宇電又開發出基于AI儀表并具備現場總線特性的AIFCSV9.0計算機監控系統。AI儀表相當于現場總線系統中的各個控制單元，利用RS485作為現場通訊總線，采用宇電自行開發的AIBUS通訊協議，可在上位機上實現100%儀表功能操作如實時讀取測量值、給定值、設置參數、自動/手動無擾動切換、調整手動輸出值、啟動/運行/停止程序，并具備開關量輸入/輸出操作能力。開放式結構隨意添加控制儀表。

五、溫度控制功能    
   控制系統我們采用了 宇電AI-808PAI5X3L1L1S4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50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，以獲得高效率、完整并符合用戶要求程序運行結果。

2、程序設置：              
   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。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第1段程序設置為常用溫度或高溫度啟動自整定，此時時間停止運行。
   可控硅觸發采用移相觸發器    宇電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、鎢絲等各種類型工業電爐，也可用于電機軟啟動的控制。    
   AIJK6的主要性能：0-20mA（0-5V）/4-20mA（1-5V）信號兼容輸入；采用計算機技術進行線性化功率修正，當負載為阻性時，其輸出功率與輸入信號成正比；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；AIJK3甚至不需要對極性；采用全光電隔離及“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，適應硅鉬棒、鎢絲、電動機及感性負載；內含開關電源，可直接用220VAC電源供電，并具備5V及24V兩組直流電源輸出。 AIJK6在下述情況下報警：主回路斷線或缺相；主回路接觸器斷開；阻容壓敏吸收損壞（不影響加熱）。

3、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+AIJK6，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+20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,采用先進的模塊化設計，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；
L1：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先進的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優化。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參數是采用宇電特有的M 5、P、t等控制參數來表示的。
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

4、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優化。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完全相同，執行自整定功能前，應先將給定值設置在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徹底錯誤的參數。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，控制效果可能不是很好，需要使用一段時間（一般與自整定需要的時間相同）后方可獲得更好的效果。
   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精確調節，性能遠優于傳統PID調節器。

六、接地報警功能：
   當罩式爐產生接地故障，接地故障報警滾動條狀態在流程圖上顯示接地狀態。

   接地故障報警儀表選型AI-706MAJ1J1J1L5L5S型；利用熱電偶的測量回路的電勢特性，當繼電器運行時巡檢儀顯示的溫度是常溫，當繼電器動作斷開，熱電偶斷開顯示1312使儀表報警，對罩式爐起到保護功能。

七、軟件功能：
   整個系統分為管理層、操作站和工業現場3個層級,也可只分操作站和工業現場兩個層級。 管理層可提供工廠領導瀏覽現場實時工況畫面，也可進行如使用權限、系統配置等高級設置；操作站供儀表班組和技術人員進行計算機實時監控；萬一計算機系統發生故障時，儀表操作人員可依傳統儀表使用方法直接操作儀表；工業現場提供各種控制信號，如模擬量輸入/輸出和開關量輸入/輸出至儀表。
（1）信息顯示畫面
   在流程圖上可根據現場的要求添加工業現場的量程圖片。儀表顯示畫面主要顯示在測罩式爐當前運行狀態信息值，如當前溫度參數在流程圖、實時趨勢圖或儀表畫面上：點擊【儀表顯示框】出現操作平臺：可看到該AI儀表定義控制設備的名稱，位號、儀表型號，地址，量程上限，量限下限，測量單位，此時AI儀表的所有顯示參數與控制按紐都體現在該平臺上。
（2）實時報警處理畫面
   對系統實時采集的數據進行判斷，當符合報警條件后，屏幕將彈出閃爍的醒目報警信號，具有畫面報警和聲音報警功能。實時檢測被測鋁燒爐參數以及系統電源等故障異常報警。可以對程序運行中發生的事件進行記錄。具體在監控程序中可以設置所記錄事件的類型，起止時間，對應的動作等。      
（3）量程設置、程序設置畫面
   具有一定權限的用戶可以用密碼登錄后，對所測量的參數進行量程的設定，這樣可以對因各種不可預知的外界因素產生的測量誤差進行細微校正，保證所測量數據的有效性和真實性。此軟件適合各種工業現場應用。對有升降溫控制的窯爐，如：使用AI-808P儀表所有的參數可設定，可編排程序，查看編排程序的走向，保存多條程序曲線，實現上傳、下傳，在線修改曲線，參數。鋁燒爐參數設置畫面配置罩式爐的手自動參數，運行時間，起停時間、運行電壓等如點擊【參數】名稱修改【上限絕對值報警值HAL】在對話框里填寫參數，點擊“確定”參數就下傳到現場AI儀表溫度調節器，
（4）報表打印畫面
   選擇報表名稱、設置查詢時間范圍的打印時間段，選擇查詢間隔等，生成報表，隨時打印，還可選擇數據導出功能按Excel類型報表導出。各類報表可導出到軟件外以Microsoft Excel文檔或瀏覽器的形式保存。報表查詢：輸入起始與結束時間段查詢歷史數據；采樣有1；3；5；15；30；60分鐘可選擇報表。
（5）實時數據曲線畫面
   監視罩式爐有關參數的變化趨勢曲線，從而可以了解鋁燒爐在一段時間的運行狀況。工業現場溫度控制器采集測量值，編輯實時曲線，可同時顯示8條實時曲線，用顏色來區別。曲線顯示可選百分比與實時曲線2種圖。也可屏蔽其他曲線，顯示單條曲線。呈現的實時數據，并存入系統內數據庫，以便日后數據查詢等使用。
（6）歷史趨勢畫面
   功能與實時數據曲線類似，只是它顯示的是過去一段時間設備的運行參數值。選中歷史曲線組別，設置查詢時間范圍，顯示的是單條或顯示全部曲線，點擊查詢。在歷史曲線上可寫入備忘錄，可寫入59個字。直接打印在歷史曲線上。可有選擇1條或多條來打印歷史曲線。
（7）運行記錄畫面
   記錄軟件運行中操作對應的動作記錄備案。如：登陸系統、退出系統、打印曲線名稱、修改參數等。選擇時間段可查詢某段時間的記錄運行情況。
（8）用戶管理畫面
   可以允許不同權限的用戶登陸，登陸后，可進行相關的操作。同時還可以允許用戶注銷自己的身份，這樣既可實現靈活，方便的應用，又能保證系統的安全性。
（9）巡檢報告畫面
   用戶根據的運行情況，隨時巡檢罩式爐并記錄運行情況，生成報告。可用于下達工作計劃、留言備忘、可隨時添加。
   經過實際生產使用證明，使用AIFCS計算機監控系統如下優越性：    
1、計算機全屏顯示罩式爐的溫度數據、曲線、接地故障報警。管理層隨時了解現場罩式爐的溫度情況，對產品的質量保證，追憶產品質量。
2、AIFCS計算機監控系統在下層由數字顯示控制儀表獨立完成監視、控制、報警等功能，上層由計算機完成集中監視、操作、遠程設定等功能，可以很方便地將系統互聯并與計算機組建成自動測試系統因此系統的可靠性高。這樣就使得儀表的用途和使用范圍大大地擴展了，監測點可有數十點到幾百個點的系統，無疑是一種較好的選擇。更方便，更快捷自建采集調節監控系統。

八、結束語：  
   罩式爐由于采用了AI人工智能調節器具備優良的測量和控制性能，采用可控硅控制為罩式爐控制柜設計帶來前所未有的方便。例如其輸出可配用具備“燒不壞”特性的可控硅觸發模塊，能直接用時間比例過零、周波過零或移相方式觸發各種單向、雙向可控硅及功率模塊，不僅降低成本，簡化了安裝并提高了可靠性。  近年隨著電氣控制技術的發展，罩式爐自動控制系統得到了快速的發展，控制系統都得到了很好應用和發展。使罩式爐的控制技術更具有飛躍的提高。
   黃石賽福摩擦材料有限公司先后應用AI儀表程序控制罩式爐溫度，生產出市場急需的碳基摩擦材料、無石棉高分子復合剎車片、紙基摩擦片、銅基摩擦材料、陶瓷型剎車片，其中前兩種產品前年通過鑒定，達到國際先進水平。近幾年，企業發展很快，改制前銷售收入兩千萬，現在番兩番，達到8000萬元，今年預計突破億元大關；去年上繳稅收380萬元，今年預計突破500萬元，是全市民營企業利稅大戶。企業已被省科技廳認定為省級高新技術企業，成為國內摩擦材料生產基地。