廈門宇電自動化科技有限公司   開發(fā)部  邵平  
關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)紅外、燃?xì)饧訜帷㈦姶砰y、控溫儀

一、概述
    自動干燥設(shè)備加熱的技術(shù)。每一個溫度區(qū)用AI程序型調(diào)節(jié)器PID控制調(diào)功移項控制遠(yuǎn)紅外輻射元件，采用移項調(diào)功既能延長遠(yuǎn)紅外輻射元件的使用時間，又使加熱爐的溫度恒溫。加熱爐的電源接通后就開始升溫。
    近年來，已廣泛地應(yīng)用到各個生產(chǎn)領(lǐng)域。使用的能源有燃?xì)?、電能。以遠(yuǎn)紅外加熱為例是以射線形式將熱能從輻射源直接傳遞給被加熱物體的，其熱能利用率高。使用遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)干燥薄型技術(shù)廣泛應(yīng)用烘干糧食、茶葉、木材、牧草污泥、酒糟、骨粉、生物肥有機(jī)肥、食鹽、/血粉、濕物料、糧食、油料、食品、紅棗、辣椒、蔬菜、蕎麥、豆食等農(nóng)作物有機(jī)原料的快速干燥機(jī)。
1．爐體的構(gòu)造
    使用的遠(yuǎn)紅外加熱器， 主要是對各類物料進(jìn)行干燥， 所以采用長方形爐體結(jié)構(gòu)，整個爐體分為三小加熱區(qū)(見圖1)。從進(jìn)料入口方向起：*段為預(yù)熱低溫區(qū)，主要作用是對干燥烘道進(jìn)行初步加熱；然后進(jìn)入第二段高溫區(qū)， 該段是物料的主要干燥區(qū)；物料干燥后，進(jìn)入第三段保溫低溫區(qū)，然后由出料口送出。
    由上述方案可見， 加熱爐靠近進(jìn)料口和出料口兩端的兩個加熱區(qū)溫度較低，使用的遠(yuǎn)紅外輻射元件可以少一點，功率也可小一點。而加熱爐的中段區(qū)，是加熱爐的主要干燥區(qū)，要求溫度較高，使用的遠(yuǎn)紅外輻射元件多、功率大。                      

 
2．工作原理
    遠(yuǎn)紅外熱爐為了保證干燥質(zhì)量，整個遠(yuǎn)紅外熱爐的溫度控制使用自動控溫的方法。在加熱爐的三個溫度區(qū)分別各裝置了三個遠(yuǎn)紅外輻射元件。每一個溫度區(qū)用AI程序型調(diào)節(jié)器PID控制調(diào)功移項控制遠(yuǎn)紅外輻射元件，加熱爐的電源接通后就開始升溫。采用移項調(diào)功既能延長遠(yuǎn)紅外輻射元件的使用時間，又使加熱爐的溫度恒溫。

二、控制設(shè)備的選擇：
    先進(jìn)儀表的選擇：系統(tǒng)中我們采用了先進(jìn)的AI人工智能調(diào)節(jié)器。AI調(diào)節(jié)器是控溫系統(tǒng)的核心部分，AI儀表*性地采用了平臺概念，將非常專業(yè)化的數(shù)字調(diào)節(jié)儀表轉(zhuǎn)為平臺化設(shè)計的產(chǎn)品，采用的是AI人工智能調(diào)節(jié)算法是采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當(dāng)誤差趨小時，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動學(xué)習(xí)和記憶被控對象的部分特征以使效果達(dá)到優(yōu)化。    

    自整定方法簡單應(yīng)用方便：由于自整定執(zhí)行時采用位式調(diào)節(jié)，經(jīng)2~3次振蕩后，儀表內(nèi)部微處理器根據(jù)位式控制產(chǎn)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(shù)。具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡單、對復(fù)雜對象也能獲得較好的控制效果等特點。
    在使用過程中AI調(diào)節(jié)器 結(jié)合PID調(diào)節(jié)、自學(xué)習(xí)及模糊控制技術(shù)，實現(xiàn)了自整定/自適應(yīng)功能，及無欠調(diào)的調(diào)節(jié)，性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器。
    控制系統(tǒng)我們采用了 宇電AI-808PAI5X3L2L2S4溫控表：AI－808P程序型儀表用于需要按一定時間規(guī)律自動改變給定值進(jìn)行控制的場合。它具有強(qiáng)大的編程及操作能力，可進(jìn)一步提高控制設(shè)備的自動化程度。它具備30段程序編排功能，可設(shè)置任意大小的給定值升/降斜率；具有跳轉(zhuǎn)、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(shè)備聯(lián)鎖動作，進(jìn)一步提高設(shè)備自動化能力；可通過安裝外部開關(guān)執(zhí)行程序運行/暫停/停止等操作，以實現(xiàn)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(zhǔn)備功能，使程序執(zhí)行更有效率及更完善。

1、功能及概念：    

程序段：段號可從1－30，當(dāng)前段(STEP)表示目前正在執(zhí)行的段。    

設(shè)定時間：指程序段設(shè)定運行的總時間，單位是min，有效數(shù)值從1－9999。    

運行時間：指當(dāng)前段已運行時間，當(dāng)運行時間達(dá)到設(shè)置時間時，程序自動跳下一段運行。    

跳轉(zhuǎn)：程序段可編程為自動跳轉(zhuǎn)到1－30段中的任意段執(zhí)行，可實現(xiàn)循環(huán)控制。通過修改STEP的數(shù)值也可實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)。     

運行/暫停（run/HoLd）：程序在運行狀態(tài)時，計時，給定值按預(yù)先編排的程序曲線變化。程序在暫停狀態(tài)下，停止計時，給定值保持不變。儀表能在程序段中編入暫停操作，也可由人隨時執(zhí)行暫停/運行操作。暫停狀態(tài)下儀表仍然保持調(diào)節(jié)功能。

事件輸出：由程序編排發(fā)生?？稍诔绦蜻\行中控制2路報警開關(guān)動作，以方便控制各種外部設(shè)備同步或連鎖工作。

停止（stoP）：執(zhí)行停止操作，將使程序停止運行，此時運行時間被清0，事件輸出開關(guān)復(fù)位，并且停止控制輸出。在停止?fàn)顟B(tài)下執(zhí)行運行操作，則儀表將從STEP設(shè)置的段號啟動運行程序?？稍诔绦蚨沃芯幦胱詣油Ｖ沟墓δ埽⑼瑫r對運行段號STEP值進(jìn)行設(shè)置。也可人為隨時執(zhí)行停止操作（執(zhí)行后STEP被設(shè)置為1，不過用戶可再進(jìn)行修改）。      

程序儀表自整定時把*段程序設(shè)置為常用溫度或溫度上限啟動自整定，此時時間停止運行。   

停電/開機(jī)事件：指儀表接通電源或在運行中意外停電，可提供多種處理方案供用戶選擇。用戶可以通過設(shè)置儀表的參數(shù)（run）設(shè)置儀表重新上電后的運行狀態(tài)。    

準(zhǔn)備（rdy）/測量值啟動功能：在啟動運行程序由于爐體的溫度和儀表設(shè)置的初始溫度之間有偏差，并且其差值大于正（或負(fù)）偏差報警值(dHAL及dLAL)時，儀表并不立即進(jìn)行正（或負(fù)）偏差報警，而是先將測量值調(diào)節(jié)到其誤差小于偏差報警值，此時程序也暫停計時，也不輸出偏差報警信號，直到正、負(fù)偏差符合要求后才再啟動程序。準(zhǔn)備/測量值啟動功能用于設(shè)置無法預(yù)知升／降溫時間的段也十分有用。要允許或取消準(zhǔn)備/測量值啟動功能，可在run參數(shù)中進(jìn)行設(shè)置。準(zhǔn)備/測量值啟動功能可保證了運行整條程序曲線的完整性，準(zhǔn)備/測量值啟動功能用于解決啟動運行時測量值與給定值不一致而對程序運行產(chǎn)生的不確定性，以獲得率、完整并符合用戶要求程序運行結(jié)果。

程序曲線的設(shè)置編排：程序表調(diào)節(jié)器可用于按一定時間規(guī)律自動改變給定值進(jìn)行控制的場合。程序是按【溫度－時間－溫度】的格式來程序升溫，具有50段程序編程功能，可設(shè)置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉(zhuǎn)（目標(biāo)段只限于前30段）、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；具有二路事件輸出功能。可通過報警輸出控制其他設(shè)備聯(lián)鎖動作如：警燈、風(fēng)機(jī)、報警，進(jìn)一步提高設(shè)備自動化能力；具有停電處理模式、測量值啟動功能及準(zhǔn)備功能，使程序執(zhí)行更有效率及更完善。

2、參數(shù)設(shè)置：
    根據(jù)系統(tǒng)的要求我們可以選用各種儀表類型如AI-808PAI5X3L1L1S4+AIJK3，利用AI-808P的主輸出作為AIJK6的控制信號，來控制加熱輸出，AI-808P智能調(diào)節(jié)器增加了30段時間程序控制功能，前30段可編程為自動跳轉(zhuǎn)執(zhí)行,實現(xiàn)循環(huán)控制,采用先進(jìn)的模塊化設(shè)計，具備5個功能模塊插座：輔助輸入、主輸出、報警、輔助輸出及通訊，
儀表的輸入方式可自由設(shè)置為熱電偶、熱電阻和線性電流（電壓），具體模塊功能如下；
    I5：外部開關(guān)量輸入，控制儀表程序的起停；
    X3：光電隔離高精度線性電流輸出；
    S4：自帶隔離電源的光電隔離RS485通訊接口模塊；
    L2：繼電器觸點開關(guān)輸出模塊；
    AIJK6系列是應(yīng)用了單片機(jī)技術(shù)的智能化三相移相觸發(fā)及周波過零兩用觸發(fā)器，功能強(qiáng)大且可靠性高，能適應(yīng)各種電阻絲、硅碳棒及負(fù)載采用變壓器降壓的硅鉬棒、鎢絲等到各種類型工業(yè)電爐，也可用于電機(jī)軟啟動的控制，其主要特點包括：
0-20mA(0-5V)/4-20mA(1-5V)信號兼容輸入；
缺相檢測、過流檢測及報警功能；AIJK6還具備可控硅擊穿及負(fù)載開路檢測功能；
自動同步功能，連接可控硅觸發(fā)線時不需要對相序；AIJK6甚到不需要對極性；
采用光電隔離及“燒不壞”技術(shù)，可靠性非常高，對輸入端造成干擾小；
電流反饋或延遲時間可調(diào)的軟啟動/軟停止功能，可適應(yīng)硅鉬棒、鎢絲、電動機(jī)及感性負(fù)載；
內(nèi)含開關(guān)電源，可直接220VAC電源供電，并具備5V及24V兩組直流電源輸出；
    儀表的調(diào)節(jié)功能采用先進(jìn)的AI人工智能PID調(diào)節(jié)算法。AI人工智能調(diào)節(jié)算法是采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當(dāng)誤差趨小時，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動學(xué)習(xí)和記憶被控對象的部分特征以使效果優(yōu)化。具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡單、對復(fù)雜對象也能獲得較好的控制效果等特點。改進(jìn)后的PID參數(shù)是采用宇電*的M 5、P、t等控制參數(shù)來表示的。
    調(diào)試方式：電熱鼓風(fēng)干燥箱控制儀表AI-808PX3L1L1S4增強(qiáng)型智能調(diào)節(jié)器 ，三相過零觸發(fā)控制。
    模塊X3三相移項觸發(fā)、模塊L1開關(guān)量報警輸出、模塊S4通訊RS485通訊參數(shù) 

3、調(diào)試方式：
    參數(shù)設(shè)定后首先要自整定。AI人工智能調(diào)節(jié)算法是采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當(dāng)誤差趨小時，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動學(xué)習(xí)和記憶被控對象的部分特征以使效果優(yōu)化。具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡單、對復(fù)雜對象也能獲得較好的控制效果等特點。
    AI系列調(diào)節(jié)儀表還具備參數(shù)自整定功能，AI人工智能調(diào)節(jié)方式初次使用時，可啟動自整定功能來協(xié)助確定M 5、P、t等控制參數(shù)。初次啟動自整定時，可將儀表切換到顯示狀態(tài)①是PV測量值SV給定值的狀態(tài)下，按住半園弧鍵并保持約2秒鐘，此時儀表下顯示器將閃動顯示“At”字樣，表明儀表已進(jìn)入自整定狀態(tài)。自整定時，儀表執(zhí)行位式調(diào)節(jié)，經(jīng)2~3次振蕩后，儀表內(nèi)部微處理器根據(jù)位式控制產(chǎn)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(shù)。如果在自整定過程中要提前放棄自整定，可再按住半園弧鍵并保持約2秒鐘，使儀表下顯示器停止閃動“At”字樣即可。視不同系統(tǒng)，自整定需要的時間可從數(shù)秒至數(shù)小時不等。儀表在自整定成功結(jié)束后，會將參數(shù)CtrL設(shè)置為3（出廠時為1）或4，這樣今后無法從面板再按住鍵啟動自整定，可以避免人為的誤操作再次啟動自整定。已啟動過一次自整定功能的儀表如果今后還要啟動自整定時，可以用將參數(shù)CtrL設(shè)置為2的方法進(jìn)行啟動。具體的操作要參考說明書。

 
    系統(tǒng)在不同給定值下整定得出的參數(shù)值不*相同，執(zhí)行自整定功能前，應(yīng)先將給定值設(shè)置在常用值或是中間值上（對于AI-708P/808P程序型儀表，可通過修改當(dāng)前程序段值來改變給定值以滿足要求），如果系統(tǒng)是保溫性能好的電爐，給定值應(yīng)設(shè)置在系統(tǒng)使用的zui大值上，再執(zhí)行啟動自整定的操作功能。參數(shù)CtI（控制周期）及dF（回差）的設(shè)置，對自整定過程也有影響，一般來說，這2個參數(shù)的設(shè)定值越小，理論上自整定參數(shù)準(zhǔn)確度越高。但dF值如果過小，則儀表可能因輸入波動而在給定值附近引起位式調(diào)節(jié)的誤動作，這樣反而可能整定出*錯誤的參數(shù)。推薦CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要學(xué)習(xí)的原因，自整定結(jié)束后初次使用，控制效果可能不是*，需要使用一段時間（一般與自整定需要的時間相同）后方可獲得*效果。
    在使用過程中AI調(diào)節(jié)器 結(jié)合PID調(diào)節(jié)、自學(xué)習(xí)及模糊控制技術(shù)，實現(xiàn)了自整定/自適應(yīng)功能及無欠調(diào)的調(diào)節(jié)，性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器。
4、程序曲線的編排：
    程序表調(diào)節(jié)器可用于按一定時間規(guī)律自動改變給定值進(jìn)行控制的場合。具有50段程序編程功能，可設(shè)置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉(zhuǎn)（目標(biāo)段只限于前30段）、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；具有二路事件輸出功能?？赏ㄟ^報警輸出控制其他設(shè)備聯(lián)鎖動作，進(jìn)一步提高設(shè)備自動化能力；具有停電處理模式、測量值啟動功能及準(zhǔn)備功能，使程序執(zhí)行更有效率及更完善。
    程序編排統(tǒng)一采用溫度－時間－溫度格式，其定義是，從當(dāng)前段設(shè)置溫度，經(jīng)過該段設(shè)置的時間到達(dá)下一溫度。溫度設(shè)置值的單位都是℃，而時間值的單位都是分鐘。
    下例為一個包含線性升溫、恒溫、線性降溫、跳轉(zhuǎn)循環(huán)、準(zhǔn)備、暫停及事件輸出6段程序例子。
第1段 C 01=80  t 01=30 ；80℃起開始線性升溫，升溫時間為30分鐘
第2段 C 02=300 t 02=30 ；升溫至300℃，升溫斜率為10℃/分。恒溫時間為30分
第3段 C 03=300 t 03=60 ；降溫段，降溫時間為60分，降溫斜率為2℃/分。
第4段 C 04=180 t 04=-35 ；降溫至180℃后，接通報警開關(guān)1，并且跳往第5段執(zhí)行。
第5段 C 05=180 t 05=0 ；進(jìn)入暫停狀態(tài)，需操作人員執(zhí)行運行操作才能繼續(xù)運行至第6段。
第6段 C 06=180 t 06=-151  ；關(guān)閉報警開關(guān)1，并且跳往第1段執(zhí)行，從頭循環(huán)。
    采用溫度－時間編程方法的優(yōu)點是升溫、降溫的斜率設(shè)置的范圍非常寬。升溫及恒溫段具有統(tǒng)一的設(shè)置格式，方便學(xué)習(xí)。設(shè)置曲線更靈活，可以設(shè)置連續(xù)設(shè)置升溫段(如用不同斜率的升溫段近似實現(xiàn)函數(shù)升溫)，或連續(xù)的恒溫段。

三、分體式無紙記錄儀功能
    遠(yuǎn)紅外自動干燥設(shè)備在應(yīng)用中，將采用AI－3170S分體式無紙記錄儀來記錄數(shù)據(jù)。主要功能為：豐富的顯示畫面；強(qiáng)大的設(shè)置功能；完善的流量處理；實用的記錄U盤導(dǎo)出功能；方便的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能；靈活的報警功能；可靠的通訊功能；中英文版隨意定制；
    數(shù)據(jù)記錄功能發(fā)展很快，從有紙記錄到無紙記錄；無紙記錄模擬量輸入到數(shù)字無紙記錄儀；由于自動干燥設(shè)備是采用通訊功能的數(shù)字調(diào)節(jié)儀表來控制電爐可控硅，就實時記錄自動干燥設(shè)備控溫曲線。
    控制柜安裝數(shù)字式AI-3170無紙記錄儀，通過RS485通訊接口，采用上下位機(jī)的方式，能方便地與AI智能程序型PID溫度調(diào)節(jié)器配合使用。
    在遠(yuǎn)紅外自動干燥設(shè)備控溫時在觸摸屏上可設(shè)置程序曲線。顯示雙曲線運行圖、可即時設(shè)置、讀取，上下傳升溫、恒溫、降溫程序配方。
    在屏上控制操作程序儀表【啟動】【停止】【暫?！俊⒃谶\行狀態(tài)下切換【手動/自動】狀態(tài)，手動控制輸出量；即時修改【段號】，指定運行段；用多曲線的形式來直觀的顯示U盤記錄中的數(shù)據(jù)，顯示該時間段內(nèi)相關(guān)通道間被測量的變化關(guān)系。按通道順序排列1、2、3、4固定組合在一起的通道組合，對于需要比較關(guān)鍵參數(shù)通道可將儀表地址編排在同一組顯示趨勢曲線，這樣就更好的進(jìn)行比較分析工藝參數(shù)的對象變化?？蛇x擇啟用單條或4條曲線顯示趨勢變化；查詢歷史數(shù)據(jù)設(shè)置起始時間及時間跨度；設(shè)置數(shù)據(jù)范圍使曲線顯示在圖表*，不同的數(shù)據(jù)范圍啟用單條查詢。歷史畫面的功能畫面右下角 點擊【查詢】，觸摸屏顯示是當(dāng)前的起始時間：年/月/日/時/分/秒；修改時間跨度：時/分/秒設(shè)置；點擊【確認(rèn)】按鈕，系統(tǒng)即刻顯示歷史曲線、數(shù)據(jù)報表；報警報表。

    在數(shù)據(jù)記錄儀中，即可以根據(jù)客戶的實際需要，設(shè)置數(shù)據(jù)的采樣時間，存儲間隔以及是否保存記錄，是否立即保存數(shù)據(jù)到U盤等功能，來滿足不同的需求。(1)采樣時間默認(rèn)為6秒，用戶可以設(shè)定的范圍是：6秒~3600秒；(2)內(nèi)存轉(zhuǎn)U盤存儲間隔默認(rèn)為60分鐘，用戶可以設(shè)定的范圍是：60分~300分；(3)如果用戶需要馬上取走在記錄儀內(nèi)存中存儲的數(shù)據(jù)，可以點擊“立即保存”的按鈕，這樣已采集數(shù)據(jù)就馬上存儲到CF中了。
    數(shù)據(jù)記錄是采用的外插U盤來保存數(shù)據(jù)；標(biāo)配2G的電子硬盤。U盤保存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)報警報表可在PC上直接打開采用Excel電子表格打開CSV格式的數(shù)據(jù)文件，或用微型打印機(jī)把報表打印出來。， 
    AI－2070C分體式無紙記錄儀配備微型打印機(jī)追憶記錄的溫度曲線數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)報表的打印。在觸摸屏上直接點擊打印按鈕可打印歷史數(shù)據(jù)、曲線。對數(shù)據(jù)曲線查詢打印。

四、結(jié)束語
    遠(yuǎn)紅外加熱爐安裝完工并進(jìn)行調(diào)試后投入了運行。從使用情況看，應(yīng)用AI程序型調(diào)節(jié)器控制效果良好。由于采用移項控制遠(yuǎn)紅外輻射元件，使遠(yuǎn)紅外輻射元件使用時間延長，使操作簡單、無紙記錄儀數(shù)據(jù)記錄完整管理方便。