AI智能儀表在冶金性能測控系統中的應用

  摘要：由ＡＩ智能調節器實現電爐溫度的控制及溫度、壓力、流量、位移、失重量等的檢測，結合工控機組成集散控制系統，應用于冶金性能測控系統。系統具有運行可靠、抗干擾能力強及控制精度高等優點。

    引言：高爐冶煉系統是一個復雜的控制系統，對其進行解剖代價高昂。該系統模擬高爐冶煉過程檢測冶煉過程中溫度、壓力、流量、位移、失重等各參數的變化規律建立冶金性能測控系統大型實驗室，依據實驗結果對高爐冶煉過程提供指導性意見。系統采用集散控制結構，現場由廈門宇電的AI智能儀表實現溫度等的控制，由PLC來實現過程開關量、部分模擬量及定時計數等的過程控制，由工控機實現集中管理。AI智能儀表先進的AIBUS+通訊協議，支持RS485通訊接口，配合EM-485B模塊構成了該系統的計算機通訊系統，通過RS-485串行通訊實現19個通道溫度、流量、壓力、位移的集中監控。

1、控制系統的硬件組成

    整個系統的控制對象主要為11個大型電爐及其附屬設施和氣體處理及檢測部分，其中除了對溫度的檢測及控制外，物料反應過程中的荷重軟化位移，物料重量，氣體流量，氣體壓力及熔融滴落過程中的熔滴計數都需要進行檢測，這些參數主要通過現場AI智能儀表檢測并以數字量傳入總線。系統結構如下圖1所示：

圖一：硬件組成結構框圖

1.1 控制方式選擇
    系統主要對溫度實行控制，AI人工智能儀表具備位式控制（ON-OFF）、標準PID、AI人工智能調節APID或MPT等多種調節方式，對于多數電爐采用標準的PID控制方式，可以滿足工藝條件的要求，用戶可以設置M5、P、t參數可以調節相應參數，實現用戶自定義調節。對于特殊的溫控系統設置CtrL進入自整定調節，先進的AI人工智能調節算法具有自整定、自學習功能，無超調及無欠調的優良控制特性，自整定后的控制效果基本上都可以滿足工藝要求。
1.2 分段功率限制方式
    系統中大部分電爐為電阻爐，少數高溫電爐以硅鉬棒為加熱材料，需采用降壓變壓器，低溫下近似短路，電阻遠低于高溫狀態。如果不進行功率的限制，低溫下的電流將遠大于額定電流。設置CF參數，使儀表起用功率分段限制，此時儀表輸出下限將不作限制，而oPL將作為當溫度小于下限報警值LoＡＬ時輸出上限，當溫度大于下限報警值時，則輸出上限為ｏＰＨ，這樣就具備２段功率限制功能，有效地防止了加熱初期電流過大的危險。
1.3 控制系統的調試
    對于有些電爐除了爐膛溫度的控制及檢測外，監測爐壁的溫度以計算電爐加熱過程中的溫度梯度分布曲線，結合其控制同時可以減小控制對象的純滯后，帶來更好的控制效果。對于同一電爐溫度起始條件的顯示不一致，可通過Sc來校正。在調試過程中，單段升溫曲線的電爐首先考慮使用AI儀表的自整定調節功能，需要整定的參數為M5、P、t等參數，加熱器各段特性基本相同，自整定后獲得了滿意的控制效果，恒溫時控制精度小于±1℃，zui大超調小于2℃。

2、控制系統的軟件結構及功能

    系統由2層結構組成，上位機為一臺工業控制機，實現集中控制及數據的采集與處理。下位機由PLC及現場AI智能儀表實現數字及模擬量的控制。系統同時具有手動及自動兩套控制方案，可以實現無擾動的快速切換。上位機控制主界面如下圖２所示：

圖二：主界面圖

    主要實現以下功能：
2.1 人機交互功能
    系統的監控主界面顯示當前各虛擬設備的布置情況及在線狀態，實時數據按詳細數據、zui值數據等不同表現形式動態刷新顯示，各參數（溫度、流量等）的實時曲線繪制，現場各開關量的界面控制，歷史數據查詢，ＥＸＣＥＬ報表生成，系統報警狀態及ＡＩ智能儀表的參數設置等功能。

圖三：儀表設置及數據顯示

2.2 數據庫管理
    各項實時數據及歷史數據的管理，數據保存及導入ＥＸＣＥＬ。
2.3 用戶及系統管理
    系統分為系統管理員，操作員及安全員組成，各角色以不同權限限制；根據實際系統的需要對于采樣頻率的設定，實時刷新的時間間隔及報警方式等進行管理。

3、結語

    本系統已在廣東韶關鋼鐵廠成功投入使用，系統運行安全可靠，由ＡＩ智能調節器，ＰＬＣ及工控機組成的集散控制系統具有抗干擾能力強，控制精度高等優點，極大地滿足了工藝條件的各項控制性能指標要求。