退火炉改造控温系统应用AI程序型温控器

    内容摘要：本文着重论述了新型温控装置在退火炉温控系统中的应用，较为详细地对温控系统的组成，构成器件的原理、性能、功用进行了阐释说明。文中对系统的运行原理，使用效果进行了分析说明。最后指出，该温控系统是一种应用广泛、经济适用、控制效果显著并值得广泛推崇使用的新型温控装置。

　　一、概述

　　本文着重论述了新型温控装置在退火炉温控系统中的应用，较为详细地对温控系统的组成，构成器件的原理、性能、功用进行了阐释说明。文中对系统的运行原理，使用效果进行了分析说明。最后指出，该温控系统是一种应用广泛、经济适用、控制效果显著并值得广泛推崇使用的新型温控装置。

　　二、设备改造原因

　　退火炉主要由辊子传动系统和温控加热系统构成。原退火炉温控加热系统主要由接触器及温控仪表组成。退火炉加热系统总功率为546KW，分5个加热区。加热体采用铁铬铝材料，使用温度为0～1100℃，采用镍铬镍硅热电偶做为温度测量，温度显示仪表为圆图式温度记录仪。同时利用圆图式温度记录仪控制继电器加热，由继电器控制接触器通与断，从而使加热温度与给定温度基本一致。使用加热电源为低压380V三相动力电源。加热体采用星形连接，它们布设在炉子的炉顶及炉底。应用此温控加热系统存在着诸多弊端，主要表现在以下几个方面：

　　（1）由于该控制方式为三位式控制（加热、保持、停止），这种控制方式存在着温度控制波动大，温度控制精度差（10度），加热功率不可调节，因而能源浪费大，加热效率低。其它继电器触点动作频繁，因而触点磨损严重。故障率逐年攀升，已经给生产构成严重威胁。

　　（2）温控仪表老化严重，存在控制失灵等故障，仪表控制精度也难以满足现代生产工艺的精度要求。而且此仪表要求日常频繁维护。

　　（3）系统运行时噪音大，振动较大（接触器吸合不良形成）。这样接触器机构件极易松动，造成连接处发热严重，极易形成火灾事故及其它电气故障。

　　三、先进温度控制设备

　　先进仪表的选择：系统的改造中我们采用了先进的AI人工智能调节器。AI调节器是控温系统的核心部分，AI仪表首创性地采用了平台概念，将非常专业化的数字调节仪表转为平台化设计的产品，采用的是AI人工智能调节算法是采用模糊规则进行PID调节的一种新型算法，在误差大时，运用模糊算法调节，以消除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，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。

　　在使用过程中AI调节器 结合PID调节、自学习及模糊控制技术，实现了自整定/自适应功能，及无欠调的精确调节，性能远优于传统PID调节器。

　　四、温控系统的组成

　　新型温控加热系统由AI-808PAI5X3L1L1S4程序型温控调节器和三相可控硅触发回路及AI-3070总线式无纸记录仪等低压控制元件组成。系统包括1台进线柜，3台控制柜，分别控制退火炉的主电源系统和五区加热系统及炉门传动控制系统（前后炉门的点动升降控制）。具体说明如下：

　　1、进线柜操作

　　进线柜操作包括合闸及分闸操作。面板指示有电压指示、工作电源正常指示、空开分离指示和有功功率计量。

　　2、炉门传动控制系统

　　炉门传动控制系统执行前后炉门的升降操作，炉门控制系统为点动操作控制。电气控制上具有上下限及升降联锁控制。

　　3、控制电源系统

　　控制电源主要提供五区加热回路的控制电源及仪表和炉门的控制电源。其中仪表电源为保证仪表的安全及可靠性，应用380V／220V隔离变压器供电。控制电源的操作通过分合有关空气断路器及切合有关按钮实现。

　　4、五区加热回路操作

　　五区加热回路操作分为单动及联动操作。单动时选择单动／联动按钮为单动位置，此时通过操作各区的起停按钮实现各区的停送电操作，停送电时对应相应的指示灯亮。联动时选择在联动位置，按下起动按钮，各区接触器吸合，对应运行指示灯亮；按对应联动停止按钮时，各区接触器断开，对应停止指示灯亮。联动、单动操作前，各区动力空开及控制空开均在合位置。

　　五、系统控制功能

　　控制系统我们采用了宇电AI-808PAI5X3L1L1S4温控表：AI－808P程序型仪表用于需要按一定时间规律自动改变给定值进行控制的场合。它具有强大的编程及操作能力，可进一步提高控制设备的自动化程度。它具备50段程序编排功能，可设置任意大小的给定值升/降斜率；具有跳转、运行、暂停及停止等可编程/可操作命令，可在程序控制运行中修改程序；具备二路事件输出功能。可通过报警输出控制其他设备联锁动作，进一步提高设备自动化能力；可通过安装外部开关执行程序运行/暂停/停止等操作，以实现连锁、同步启动运行或方便操作；具有停电处理模式、测量值启动功能及准备功能，使程序执行更有效率及更完善。

　　1、功能及概念：

　　程序段：段号可从1－30，当前段（STEP）表示目前正在执行的段。

　　设定时间：指程序段设定运行的总时间，单位是min，有效数值从1－9999。

　　运行时间：指当前段已运行时间，当运行时间达到设置时间时，程序自动跳下一段运行。

　　跳转：程序段可编程为自动跳转到1－30段中的任意段执行，可实现循环控制。通过修改STEP的数值也可实现跳转。

　　运行/暂停（Run/Hold）：程序在运行状态时，计时，给定值按预先编排的程序曲线变化。程序在暂停状态下，停止计时，给定值保持不变。仪表能在程序段中编入暂停操作，也可由人随时执行暂停/运行操作。暂停状态下仪表仍然保持调节功能。

　　停止（Stop）：执行停止操作，将使程序停止运行，此时运行时间被清0，事件输出开关复位，并且停止控制输出。在停止状态下执行运行操作，则仪表将从STEP设置的段号启动运行程序。可在程序段中编入自动停止的功能，并同时对运行段号STEP值进行设置。也可人为随时执行停止操作（执行后STEP被设置为1，不过用户可再进行修改）。

　　事件输出：由程序编排发生。可在程序运行中控制2路报警开关动作，以方便控制各种外部设备同步或连锁工作。

　　停电/开机事件：指仪表接通电源或在运行中意外停电，可提供多种处理方案供用户选择。用户可以通过设置仪表的参数（run）设置仪表重新上电后的运行状态。

　　准备（ready）/测量值启动功能：在启动运行程序由于炉体的温度和仪表设置的初始温度之间有偏差，并且其差值大于正（或负）偏差报警值（dHAL及dLAL）时，仪表并不立即进行正（或负）偏差报警，而是先将测量值调节到其误差小于偏差报警值，此时程序也暂停计时，也不输出偏差报警信号，直到正、负偏差符合要求后才再启动程序。准备/测量值启动功能用于设置无法预知升／降温时间的段也十分有用。要允许或取消准备/测量值启动功能，可在run参数中进行设置。准备/测量值启动功能可保证了运行整条程序曲线的完整性，准备/测量值启动功能用于解决启动运行时测量值与给定值不一致而对程序运行产生的不确定性，以获得高效率、完整并符合用户要求程序运行结果。

　　六、结束语

　　加热炉的改造中由于采用了AI人工智能调节器具备优良的测量和控制性能，采用可控硅控制为电炉控制柜改造设计带来前所未有的方便。例如其输出可配用具备“烧不坏”特性的可控硅触发模块，能直接用时间比例过零、周波过零或移相方式触发各种单向、双向可控硅及功率模块，不仅降低成本，简化了安装并提高了可靠性。

　　近年随着电气控制技术的发展，电加热炉自动控制系统得到了快速的发展，数字无纸记录仪的功能不断提高，控制系统都得到了很好应用和发展。开发采用由数字通讯控制仪表＋人机界面触摸屏数字无纸记录仪的电加热炉自动控制系统，使电加热炉的技术改造更具有飞跃的提高。