AI-808调节器和组态软件在焦化厂烧结配料系统中的应用

摘要：叙述宇电AI-808调节器在新钢焦化厂烧结配料系统中的应用。介绍系统的生产工艺流程、结构组成及过程控制的实现，该控制系统充分采用标准化、模块化、系统化进行设计，配置灵活、组态方便，从而大大提高系统的可靠性及降低设备的生产成本，现场应用效果较好。
关键词   AI-808 调节器  组态软件 配料系统  过程控制  比例调节 

1、概述
    随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的生产配料装置远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。
    电子皮带配料系统是一种集散控制系统。它集自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。

2、系统工艺过程及工作原理
2.1系统工艺过程
    系统主要对四种物料进行配比（如石灰石、煤炭、铁合金、烧结料等），其中前三种物料各有两个料仓，料仓中物料分别通过各自的圆盘给料机、并由电子配料皮带秤计量后输入1号输送带，再由1号输送带将混合料送入料仓。电子皮带秤（自动将皮带输送机上流过的散装物料进行连续累计的一种装置）自动配料系统主要由以下几部分组成：7台储料仓、7台圆盘给料机、7台自动皮带输送机（内嵌电子皮带秤）、7台现场操作盘、1台仪表控制柜（内嵌电脑积算仪和AI-808智能调节器等）、1台动力控制柜、1台低压开关柜、2台变频器柜、1台工业控制微型计算机及组态软件。其系统结构组成如图1所示。(以新钢焦化厂7台配料秤为例)

图1   系统结构简图
2、2系统工作原理
    系统运行时，下料控制主要是通过电子配料皮带秤对圆盘给料机输送的物料进行计量，由控制仪表接收称重信号和速度信号，经处理后转化为累计值和瞬时流量，并将累计值、瞬时流量信号由RS-485口传送给工业控制机（上位机）、以4～20mA模拟电流信号传送给宇电AI-808调节器，PID调节器将该信号与内部设定值进行比较运算后， 4～20mA的模拟信号送给变频器，再由变频器去调节圆盘给料机的转速，当流量增大时，降低圆盘给料机的转速，反之提高圆盘给料机的转速，从而使得几种物料的流量和阶段累计量均保持在设定的范围内，进而得到可靠的产品质量。
闭环控制系统结构框图如图2所示：

3、系统配置方案及其实施
3、1配置方案
3、1、1上位机单元
    上位机采用研华IPC-610工控机，采用组态软件，256点。它能与电脑积算仪和AI-808智能调节器进行通讯：读取数据，发送数据；并与PLC进行的通讯：读取I/O状态，发送I/O指令；具有报警、故障查询及打印功能；组态画面真实反映实时状态；工程设定及配方输入多样，适应工况能力较强；软件设有不同的访问权限，可让不同权限的人操作不同的内容。组态软件和AI-808调节器参数设置画面如图3所示：

图3  参数设置画面
3、1、2下位机单元
（1）电脑积算仪
    电脑积算仪是电子皮带秤的核心部件，它接受来自秤体上的重量信号和速度信号，并计算出瞬时流量和累计量，可显示累重、瞬时流量、皮带速度、皮重、报警信号内容。并通过4～20mA线性模拟输出将瞬时流量信号传送给AI-808调节器。
（2） 宇电AI-808人工智能调节器
    AI-808型调节器在AI-708型调节器的基础上还具备手动/自动无扰动切换操作功能，具备手动自整定和显示输出值等，以及用作伺服放大器直接控制阀门位置的比例输出。AI人工智能调节器可显示测量值和设定值，具有的AI人工智能调节算法,无超调, 自整定AT功能和自动/手动双向无扰动切换及用户参数编程等功能；同时还带有4～20mA线性模拟输入输出、RS-485串行通讯接口及继电器报警输出等接口。它与一般的PID调节器相比，由于采用模糊规则进行PID调节，能在降低超调的同时提高响应速度。而一般PID算法能地控制被调节对象，但有超调大、PID较难确定、对扰动恢复慢等缺点。采用模糊调节算法，能适应大滞后对象，超调小，易确定参数，但它控制的效果比较差，控制曲线会产生微小的锯齿形波动。 
    AI人工智能调节器的调节算法一方面对PID算法加以改进，如在PID调节中增加微分积分作用；另一方面又采用模糊调节规则，在误差较大时，运用模糊算法进行调节，以彻底消除PID饱和积分现象。当误差趋小时，采用改进后的PID算法进行调节，具有无超调、控制、参数确定简单等特点。
    人工智能调节算法具备学习功能，能自动学习系统特性。当自整定完成后，即使初次控制时效果不太理想，但第二次使用时便能获得非常的控制。
    该系统中通过AI-808调节器接收电脑积算器发送来的4～20mA瞬时流量信号，通过与自身设置的目标值进行比较，发送4～20mA的信号给变频器，通过变频器来控制圆盘给料机，从而达到预定的配比，由此可见AI-808调节器在本系统中的重要性。该系统中AI-808调节器的具体型号为AI-808A2-X-L2-L2-S-N。具体设置见表一：
表一AI-808参数表
HIAL 70 P 30 Sc 0 bAud 9600 EP4 
LoAL -0.5 t 5 oP1 4 dL 3 EP5 
dHAL 99.99 Ct1 5 oPL 0 run 1 EP6 
dLAL 99.99 Sn 33 oPH 100 Loc 1 EP7 
dF 3 diP 2 ALP 10 EP1  EP8 
CtrL 3 diL 0 CF 2 EP2   
M5 2 diH 60 Addr 1-7 EP3   

4、系统的功能及特点
4、1自动化系统的功能
（1）决策调度全厂生产过程； 
（2）集成全部过程控制系统； 
（3）综合支持管理信息系统； 
（4）整个生产过程的自动监控，如设备运行状态、故障状态、历史趋势；
（5）整个生产设备的启停顺序和连锁控制；
（6）各种物料的自动计量；
（7）生产工矿中各种物料配比自动调节；
（8）报表编制及打印功能。
4、2自动化系统的特点
（1）脱离工控机、脱离智能控制仪表的手动工作；
（2）脱离工控机、脱离智能控制仪表的就地工作；
（3）脱离工控机、在智能控制仪表的支持下自动工作；
（4）上位机控制的自动方式；
（5）由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；
（6）自动启动、自动停机控制方式

5、、结束语
    通过用户现场的使用情况来看，系统的可靠性好，操作简单，维护方便，系统的精度高，不但保证了产品的质量和产量，同时又克服了环境污染问题，为企业创造良好的经济效益，是AI-808调节器在又一经典案例。
 
作者介绍：工程师，主要从事自动化控制和过程控制，现在省部级以上杂志发表科技论文30余篇。本人先后在合钢、新钢等焦化厂，催化剂厂等化工行业及其它行业多次使用过AI-808调节器，现场使用效果良好。