宇電AI-808調節器在中國鋁業高溫氧化鋁生產工藝中的應用

摘要：敘述宇電AI-808調節器成功地在中國鋁業某化學品車間高溫氧化鋁制造工藝過程中的應用。介紹系統的生產工藝流程、結構組成及過程控制的實現，該控制系統充分采用標準化、模塊化、系統化進行設計，配置靈活、組態方便，從而大大提高系統的可靠性及降低設備的生產成本，現場應用效果較好。

關鍵詞  AI-808 調節器  配料系統  過程控制  比例調節 

1、概述
    低鐵、低硅、高白原晶等超細氫氧化鋁系列產品，是從生產過程中直接分離出來的，它的粒徑在0.8-1.0μm之間，具有均勻、單晶的結晶形態。超細物料的烘干，在超細產品的生產中是道非常重要的一道工序。產品烘干的品質直接決定產品的質量、售價與市場。這就要求烘干溫度和物料量成一定的比例關系。該系統中除正常的控制系統外，宇電AI-808調節器起到了舉足輕重的作用。

2、系統工藝過程和結構組成
2、1系統工藝過程
    超細氫氧化鋁和硼酸由上道分別通過調速皮帶秤和定量給料機按照配方混合給料，通過螺旋給料機后送入高溫回轉窯進行燒結，再經過冷卻筒冷卻，生成高溫氧化鋁，zui后經過定量包裝秤包裝成成品入庫。

2、2系統結構組成
    系統主要對2種物料進行配比（如硼酸和氫氧化鋁），主要由原料車間車間主皮帶、定量給料機（調速皮帶秤）、硼酸定量給料機、螺旋給料機、高溫回轉窯、冷卻筒、成品包裝秤和1臺工業控制微型計算機及組態軟件等組成。其中定量給料機（內嵌電子皮帶秤）主要由儀表控制柜（內嵌電腦積算儀和AI-808智能調節器等）、變頻器柜組成。其結構組成如圖1所示。

圖1  系統結構組成圖

3、控制系統工作原理
    系統運行時，下料控制主要是通過電子配料皮帶秤對輸送的物料進行計量，由控制儀表接收稱重信號和速度信號，經處理后轉化為累計值和瞬時流量，并將累計值、瞬時流量信號由RS-485口傳送給工業控制機（上位機）、以4～20mA模擬電流信號傳送給宇電AI-808調節器，PID調節器將該信號與DCS送來的設定值進行比較運算后，將4～20mA的模擬信號送給變頻器，再由變頻器去調節輸送機的轉速，當流量增大時，降低輸送機的轉速，反之提高輸送機的轉速，從而使得輸送物料的流量和階段累計量均保持在設定的范圍內，進而得到可靠的產品質量。
閉環控制系統結構框圖如圖2所示：

圖2  閉環控制系統結構框圖

3、系統配置方案及其實施
3、1上位機單元
    上位機采用研華IPC-610工控機，采用SIEMENS組態軟件，256點。它能與稱重控制儀表和AI-808智能調節器進行通訊：讀取數據，發送數據；并與PLC進行的通訊：讀取I/O狀態，發送I/O指令；具有報警、故障查詢及打印功能；組態畫面真實反映實時狀態；工程設定及配方輸入多樣，適應工況能力較強；軟件設有不同的訪問權限，可讓不同權限的人操作不同的內容。現場控制柜如圖3所示。
 
圖3  現場控制柜
 
3、2下位機單元
（1）稱重控制儀表
    稱重控制儀表是電子皮帶秤的核心部件，它接受來自秤體上的重量信號和速度信號，并計算出瞬時流量和累計量，可顯示累重、瞬時流量、皮帶速度、皮重、報警信號內容。并通過4～20mA線性模擬輸出將瞬時流量信號傳送給AI-808調節器。
（2） 宇電AI-808人工智能調節器
    該系統選用宇電AI-808型（V7.0版）調節器，該調節器和V6.5版調節器比較，采用了新的接線端子排布方式，全新設計的具有10個LED指示燈的顯示面板；增加了加熱/冷卻雙輸出功能，第二輸出可自由定義為電流或時間比例輸出規格；報警采用單邊回差；支持多達4路報警及事件輸出操作；采樣速率提升1倍，能實現更快速的閥門控制。
在AI-708型調節器的基礎上還具備手動/自動無擾動切換操作功能，具備手動自整定和顯示輸出值等，以及用作伺服放大器直接控制閥門位置的比例輸出。AI人工智能調節器可顯示測量值和設定值，具有先進的AI人工智能調節算法,無超調, 自整定AT功能和自動/手動雙向無擾動切換及用戶參數編程等功能；同時還帶有4～20mA線性模擬輸入輸出、RS-485串行通訊接口及繼電器報警輸出等接口。它與一般的PID調節器相比，由于采用模糊規則進行PID調節，能在降低超調的同時提高響應速度。而一般PID算法能地控制被調節對象，但有超調大、PID較難確定、對擾動恢復慢等缺點。采用模糊調節算法，能適應大滯后對象，超調小，易確定參數，但它控制的效果比較差，控制曲線會產生微小的鋸齒形波動。 
    AI人工智能調節器的調節算法一方面對PID算法加以改進，如在PID調節中增加微分積分作用；另一方面又采用模糊調節規則，在誤差較大時，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，具有無超調、高精度控制、參數確定簡單等特點。
人工智能調節算法具備學習功能，能自動學習系統特性。當自整定完成后，即使初次控制時效果較差，第二次使用時也能獲得非常的控制。
    該系統中通過AI-808調節器接收電腦積算器發送來的4～20mA瞬時流量信號，通過與自身設置的目標值進行比較，發送4～20mA的信號給變頻器，通過變頻器來控制圓盤給料機，從而達到預定的配比，由此可見AI-8-8調節器在本系統中的重要性。該系統中AI-808調節器的具體型號為AI-808AI4-X-L1-L1-S4-N。具體設置見表一：
表一AI-808參數表
HIAL  70     P   30   Sc   0     bAud  9600   EP4 
LoAL  -0.5   t   12   OPt  4     dL    3      EP5 
dHAL  99.99  Ct1 5    oPL  0     run   1      EP6 
dLAL  99.99  Sn  15   oPH  100   Loc   1      EP7 
dF    3      diP 2    ALP  5503  EP1          EP8 
CtrL  3      diL 0    CF   8     EP2   
M5    20     diH 20   Addr 1-2   EP3   

（3）可編程控制器
選用SIEMENS公司生產的S7-300型PLC，電源307-1KA01-0AAC一塊,CPU315-2AG10-0AB0一塊,網絡適配卡CP343-1 一塊，數字輸入模塊321-1BH02-0AA0十塊，數字輸出模塊322-1BH01-0AB0四塊，模擬量模塊SSM331-TKF02-0AB0八塊。編程軟件為WINCC組態軟件等。
（4）變頻器
變頻器選用富士公司生產的FRN3.7G11S-4CX。

4、結束語
    該系統07年11月份驗收投入使用，通過用戶現場半年多時間的使用情況來看，系統的可靠性好，操作簡單，維護方便，系統的精度高，不但保證了產品的質量和產量，同時又克服了環境污染問題，為企業創造良好的經濟效益，系統的穩定可靠與AI-808調節器的穩定可靠性是分不開的，是宇電AI-808在有色金屬方面應用又一經典案例。
 

作者介紹：工程師，主要從事自動化控制和過程控制，現在省部級以上雜志發表科技論文近40篇。本人先后在合鋼、新鋼等焦化廠，催化劑廠、有色、化肥廠等相關行業多次使用過AI-808調節器，現場使用效果良好。