關鍵詞： AI-808智能控制器、熱處理工藝
一、前言
某工程公司主要生產液氯鋼瓶、液氨貯罐及氮氣包等各種三類容器。由於該類容器屬於劇毒、高壓類容器，其工作壓力一般在(2.0~16.0)MPa，因此對熱處理的要求也特別高。原有熱處理爐的爐膛長12m、寬3.6m、高4m，熱處理爐共有14個加熱點，即14個燃氣噴嘴，左右兩側的下方各均勻地排列7個。另有4個溫度檢測點。在熱處理過程中，工人要密切注視著熱處理爐中溫度的變化，根據熱處理工藝要求及當前溫度值的大小，經常調節進氣量的大小以達到控制爐溫高低的目的。由於熱處理爐的容積較大，故熱處理爐內各部分的溫差也較大。在一次設備的熱處理過程中，工人往往要進行數十次進氣量的調整。這種控制方法不僅增大了工人的勞動強度，更重要的是熱處理爐進氣量調節的幅度是工人憑經驗來進行控制的，加上溫度變化的滯后性較大，常常會因為操作不當而引起爐內各處溫差較大或溫升速率偏離熱處理工藝要求過多(一般要求溫升速率為100℃/h)，使得被處理的設備可能會由於“嚴重網狀”而產生裂紋，有時也可能會因為加熱不足或過熱等現象，使得被處理的設備表現出硬度不足、球化不完全或晶粒粗大、碳化物粗厚等疵病。熱處理質量一般需要通過專門的儀器才能得到鑒定，而要對出廠的每一個設備都做這樣的鑒定是有一定困難的。所以熱處理質量的好壞關係到設備使用的安全性能。為提高熱處理過程中的自動化程度，改善熱處理效果，保證產品質量，提出了對原有熱處理爐進行改造。
二、AI儀錶選型及其PID演算法介紹
1.儀錶選型
在熱處理系統中的溫度的控制是通過調節進氣電動閥門的開度來實現的，閥門的精確控制對整個系統的控制是非常重要的。在本系統中選用宇電AI-808P人工智慧調節器來控制閥門，它的特點是：具備50段程序控制功能，可任意設置給定值升、降溫斜率；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。能直接控制閥門電機的正、反轉，節省伺服放大器。儀錶具體型號為：AI-808PAL5L2L2S。
2.AI儀錶PID演算法介紹
AI系列智能工業調節器中的人工智慧控制演算法對標準PID演算法加以改進和保留，加入模糊控制演算法規則，並對給定值的變化加入了前饋調節。在誤差大時，運用模糊演算法進行調節，以徹底消除PID飽和積分現象。當誤差趨小時，採用改進后的PID演算法控制輸出。其控制參數採用被控對象特徵描述方式。一組(MPT)參數即可同時確定PID參數和模糊控制參數。系統具有無超調和高控制精度等特點。針對不穩定的非線形複雜調節對象，表內設有自適應調節規則，可使系統進一步加快響應速度，改善控制品質。針對控制參數較難確定的現實，表內設有自整定專家系統，可使系統的控制參數確定簡單，準確度提高，因此，自整定系統的引入，不僅使複雜勞動簡化，節約了調試時間，而且提高了控制系統的調節品質。對於許多複雜的調節對象，例如電爐溫度控制中的電網電壓變化、外界干擾因素和工作環境多變等，針對有嚴重非線形的控制對象，國外儀錶公司也推出了不少對策和方法。例如，日本導電公司生產的儀錶中，採用了多組演算法；歐陸和歐姆龍儀錶中採用了自適應功能；KMM智能調節儀錶中採用了折線模塊來適應系統的非線性；還有的儀錶公司在儀錶中採用辯識方法來提高儀錶在非線性系統中的調節質量。在AI系列智能工業調節器中，針對有嚴重中非線性的控制對象，選擇了自適應方式來解決。其改進的特點是：當控制偏差大於估計的誤差時，自適應系統不是修改MPT參數(國外儀錶的自適應功能是修改控制參數)，而是修改輸出值來降低誤差。雖然修改範圍有限，但不會出現將原來正確控制參數改錯的現象，使響應速度加快，使控制精度大大提高。
三、熱處理爐系統介紹
1.系統結構
為實現對熱處理爐進氣量的均勻控制，將原來1個點上只有1個噴嘴改成1個點上有3個噴嘴，這樣熱處理爐由原來的14個噴嘴增加至42個噴嘴。但總的進氣量基本保持不變。熱處理爐控制系統在工作中視爐內溫度的高低來決定打開幾個噴嘴。另外，為準確反映爐內溫度，溫度檢測點也由原來的左右各2個變成左右各4個，再加頂部4個，總共有12個溫度檢測點。
2.系統工作原理
系統除了選用AI-808P儀錶控制閥門外，還選用日本三菱公司的FX系列PLC作為邏輯控制。系統人機對話功能通過觸摸屏來實現，用來完成給定溫度的設定和溫度檢測點的選擇等功能。通過觸摸屏可顯示爐內任一個溫度檢測點的溫度，系統的控制信號是根據感測器所檢測到的溫度與AI儀錶給定溫度比較後進行PID運算輸出直接驅動電動調節閥進行控制，當系統檢測到溫度偏離允許的範圍，系統發出聲光報警。
四、AI儀錶的調試
系統工作前須在儀錶上進行閥門定位操作，以保證儀錶的輸出信號和閥門的開度相對應。具體操作：系統通電后，把儀錶輸出方式OPT改為7，確認修改後儀錶先自動將閥門完全關閉（注意：此時需要由閥門上的限位開關進行定位），測量閥門全關時的閥位信號大小，然後再完全打開，測量閥門全開時閥位信號大小。儀錶要求閥門完全關閉時閥位信號為0－1.5V之間，閥門完全打開時閥位反饋信號比閥門完全關閉時信號大1V以上才能滿足整定要求。整定完畢后儀錶自動把OPT設置為6，如果要控制過程中要限制閥門開度，可利用參數oPL及oPH對閥門位置的上限及下限進行限制。
在閥門定位后，儀錶還需要進行PID自整定。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最常用值或是中間值上（對於AI-808P儀錶，可通過修改當前程序段值來改變給定值以滿足要求）。自整定時，儀錶執行位式調節，經2－3次振蕩后，儀錶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。參數CtL及dF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，則儀錶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=0.3。此外，基於需要學習的原因，自整定結束后初次使用，控制效果可能不是最佳，需要使用一段時間（一般與自整定需要的時間相同）後方可獲得最佳效果。主要參數說明：
HIAL：上限報警。
LOAL：下限報警。
Df：回差（死區、滯環），用於避免因測量輸入值波動而產生報警頻繁動作。
Ctrl：控制方式，採用AI人工智慧調節/PID調節，Ctrl＝1。
M5：保持參數，主要決定調節演算法中的積分作用，和PID積分時間類似，M5越小，系統積分作用越強。M5=0時取消積分和AI人工智調節，成為PD調節器。
P：速率參數，與每秒內儀錶輸出變化100%時測量值時應變化大小成正比，P=1000/每秒測量值的升高單位值（系統以0.1定義為一個單位）。
T：滯后時間，t越小，則比例和積分作用均成正比增強，而微分作用相對減弱，但整體反饋作用增強：反之，t越大，則比例和積分作用均減弱，而微分作用相對增強。
Ctl：輸出周期，反映儀錶運算調節的快慢。
Sn：輸入反饋信號類型。
OPT：輸出方式。
CF：系統功能選擇，可以選擇系統的調節方向。
五、結語
新型熱處理爐投入使用后，只需在設備進行熱處理前通過觸摸屏輸入需要的系統升溫工藝曲線，系統就能自動地完成整個熱處理過程。這不僅大大降低了勞動強度，更重要的是它能使設備的熱處理效果更符合熱處理工藝的要求，提高了產品質量的可靠性。
