AI-808P儀表在電加熱爐遠程集中控制改造中的應用

王中原 李志平

(中物院電子工程研究所，四川 綿陽 621900)

AI-808P儀表在電加熱爐遠程集中控制改造中的應用

王中原 李志平

(中物院電子工程研究所，四川 綿陽 621900)

以利用AI-808P數顯溫控表對十余臺電加熱爐進行升級改造為例，具體介紹了改造的方法及實現的技術途徑。改造后，通過RS485通訊實現了對多臺分散布局的電加熱爐的遠程集中控制和管理。

加熱爐；改造；遠程控制

0 引言

某生產線現場原有十余臺不同型號的加熱爐，采用電加熱方式，這些加熱爐根據工藝需求分散布局于現場不同地方。原有的加熱爐采用現場、分散獨立控制，無論是對加熱爐的控制，還是對加熱爐的狀態監測以及溫度記錄方式都相對落后，因此對加熱爐原有的控制方式進行了改造。改造后實現了對加熱爐的遠程集中控制和狀態實時監測及管理，極大地提升了生產效率和工藝自動化水平。

1 改造前狀態

改造前這些加熱爐分散布局于生產線現場不同地方，每次生產工藝開始前都需要操作人員分赴現場對各個加熱爐進行加熱過程溫度參數和目標溫度參數設置。由于這些加熱爐型號老舊，涉及多個型號、加熱主回路不同、采用的溫控表不盡相同、溫控表的參數設置方法各異，因此需要操作人員記住多種型號的溫控表參數設置方法，對操作人員有一定要求。此外，在生產工藝進行過程中，還需操作人員定時往返于現場對各加熱爐的溫度進行監測、抄寫記錄，工作量大且繁瑣，易出錯。

2 改造后目標

改造后目標：各加熱爐的控制方法統一，能實現遠程集中控制和狀態管理，提升控制自動化水平。改造后具體要求實現以下功能：(1) 各加熱爐工藝參數設置方法相同，降低了操作人員設定工藝參數要求；(2) 遠程實現各加熱爐開啟、關閉和工藝參數設定；(3) 各加熱爐升溫速度可調；(4) 實現對各加熱爐的遠程狀態管理，能實時顯示各加熱爐的過程溫度并自動記錄，便于歷史查詢；(5) 當某一加熱爐超溫時系統能自動報警并告知是哪臺加熱爐超溫，便于遠程采取相應處理措施。

3 改造方案

3.1 系統結構

為了實現對這些分散的加熱爐的遠程集中控制和管理，在改造中采用了計算機控制。為了便于以后系統擴容，控制系統采取了開放式設計，即使以后有新增加熱爐也可納入該系統進行集中控制和管理，而不需要對該系統做較大的改變，以便提高效率和節約成本。通過對原有加熱爐的狀態檢查分析，發現這些加熱爐一共來自于3個不同廠家，一共涉及4個型號，采用4種不同的溫控表。除了一款溫控表帶通訊功能外，其余溫控表均不帶通訊功能。為了實現遠程集中控制并且在最大程度上不改變各加熱爐原有結構以及加熱回路和控制回路，需要將原有的溫控表升級更換為帶通訊功能的溫控表。同時由于這些加熱爐后端加熱回路和控制回路不一致，因此升級后的溫控表必須根據加熱回路具體的控制信號類型選配不同的輸出模塊。由于這些加熱爐分散布局于現場各地，相互之間相距較遠，因此需采用具備RS485通訊接口的溫控表。由于計算機自帶串口多為RS232通訊接口，因此必須進行RS485—RS232通訊轉換。改造后的系統結構如圖1所示。

圖1 加熱爐集中控制、管理結構圖

3.2 溫度檢測與加熱控制

為了不改變原有加熱爐結構，各加熱爐原有的溫度檢測單元、電加熱主回路、加熱控制信號均不做改變。仍然采用各加熱爐原有的測溫傳感器，包括熱電偶和三線制溫度傳感器Pt100。雖然這些傳感器類型不盡相同，但是只需要按照更換后的溫控表接線方式接入并且在上位機設定對應的傳感器類型即可，這樣就在最大程度上保持了烘箱的原有結構。溫度檢測回路如圖2所示，圖中所示為三線制鉑電阻組成的測溫回路；熱電偶測溫方式類同，區別僅在具體接線方式上。

圖2 測溫回路

因原加熱爐有3種型號的溫控表不具備通訊接口和程序段控溫功能，故必須進行更換升級。廈門宇電公司的AI-808P數顯溫控表采用先進的AI人工智能調節算法，超調小，具備自整定(AT)功能、擁有手動/自動無擾動切換功能和程序分段控制功能。該溫控表具備5個功能模塊插座：輔助輸入、主輸出、報警、輔助輸出及通訊接口模塊，最能滿足本改造對儀表的需求。儀表的信號輸入類型可以自由設置為各種常用的熱電偶、熱電阻，能夠滿足這些加熱爐各種不同類型測溫傳感器的接入需求；同時還可根據加熱爐加熱回路控制信號不同分別選配可控硅無觸點開關輸出模塊、SSR電壓輸出模塊和可控硅觸發輸出模塊。此外，為了實現通訊，每塊儀表均要求配置帶電氣隔離的RS485通訊模塊。

3.3 上位機及監控軟件

計算機在整個測控系統中處最上層，相對于各受控加熱爐稱為上位機；其作用為通過與AI-808P數顯溫控表通訊，實現加熱控制參數的設置和對各加熱爐狀態及溫度的實時巡檢。

工藝操作人員通過上位計算機實現人機對話，通過操作界面將操作指令和工藝參數下傳給溫控表，同時讀取各加熱爐反饋回來的溫度并實時記錄。即工藝人員通過上位機將過程控制參數、目標溫度參數、溫度報警閾值等參數傳遞給各溫控表，由溫控表內置的人工智能算法對各加熱爐進行實時控溫，上位機僅負責監測、管理和溫度數據的處理。

監控組態軟件采用宇電公司的AIDCS9.0網絡版，便于以后與其他設備進行聯網控制。該組態軟件安裝在上位計算機，與AI儀表配套使用，共同構成測控系統，通過RS485通訊控制現場AI儀表就像直接操作儀表設置參數一樣。

下面簡要談一下AIDCS9.0監控軟件使用方法。使用前首先需要通過儀表按鍵設置AI-808P控溫表地址，這樣監控軟件才能對其進行操作，注意地址相互之間不能重復。第二，通過監控軟件對各溫控表按照設置的實際地址進行配置，如圖3所示。第三，配置好各加熱爐溫控表地址以后就可以通過監控軟件設置各溫控表的參數，需要設置的參數主要包括：接入的溫度傳感器類型、顯示的小數點位數、上下限溫度以及報警閾值。其中比例、積分和微分3個參數可以手動設置，但最好通過儀表的自整定來確定。即用戶在儀表實際控溫范圍的50%～80%內利用儀表的自整定功能確定P、I、D 3個工藝參數，這樣就可以省去人工調試P、I、D參數的麻煩，大大縮短調試時間并且提高控溫精度。同類型的加熱爐這3個參數大致相同，可直接使用。溫控表參數設置如圖4所示。

圖3 儀表地址配置

圖4 溫控表參數配置

當這些基本參數設置完畢以后就可以進行工藝參數設置，工藝參數主要是指某臺加熱爐具體的程序段控溫參數、目標溫度參數和報警閾值等。圖5為程序段控溫參數設置畫面，可以根據工藝需求實現多達30段程序控溫。

圖5 程序段控溫設置

每設置完畢一臺加熱爐的控溫參數均需單獨下載。參數設置完畢后就可以運行監控軟件對加熱爐實施控制和狀態監測了。圖6所示為某臺儀表的監控畫面，可以從該監控子畫面清楚地看到該臺加熱爐設定的目標溫度SV值、當前溫度PV值及輸出控制信號MV值。通過該監控軟件，可以根據工藝需求定時記錄各加熱爐的實時溫度并產生電子表格報表；用戶根據需求可查詢任意時間段歷史數據。

圖6 儀表實時監控畫面

4 結語

通過利用AI-808P數顯智能溫控表和AIDCS9.0監控組態軟件成功地實現了對十余臺電加熱爐的升級改造，改造后實現了對多臺分散布局的電加熱爐的遠程集中控制與管理，滿足了工藝生產需要，極大提升了工藝的自動化水平，同時降低了設備故障率，具有較大的經濟效益和社會效益。

[1] 宇電.AI V7.0人工智能工業調節器使用說明書[Z]

[2] 劉林虎.新型溫控裝置在天津爐控溫系統中的應用[J].儀表技術與傳感器，2006(4)

[3] 張曉林.AI儀表在RS-485通信中的應用[J].現代制造，2006(16)

2014-08-27

王中原(1970—)，男，四川綿陽人，高級工，主要從事機電一體化工作。

李志平(1966—)，男，四川綿陽人，技師，主要從事機電一體化工作。