應用大數據技術實現有色金屬加工溫度控制的思考

張葵，張曉東，鄧鵬，何紹飛

（唐山鑫聯環保科技有限公司，河北 唐山 063200）

0 引言

溫度是工業工藝技術中最為關鍵的影響因素，合理地控制溫度可以提高生產質量、生產效率，降低生產能耗，實現綠色生產。高質量的有色金屬在冶金過程中會受到溫度因素的影響，質量出現波動。大數據技術應用，可以實現超高精度的溫控系統，讓有色金屬加工工作穩定運行，解決溫度偏差問題。通過大數據技術建立溫度控制智能決策模型，可以更好地判斷有色金屬冶金過程中的溫度變化，及時調整溫度，進一步加強生產效率和生產效果，實現現階段重點。在現行的智能化、自動化控制基礎上，融入大數據技術，可以最大程度彌補傳統控制技術中的不足，提高控制效果，逐漸降低成本，實現綠色化生產。

1 應用大數據技術的有色金屬加工發展方向

大數據技術的應用，可以進一步提高有色金屬加工工藝的智能化、信息化、數字化，確保加工工作高效、穩定，工作質量也可以得到保證。從溫度控制角度來看，這種參數指標本身控制難度較高，在大數據技術的輔助下，可以實現動態化、實時化、科學化管理，實現預先控制[1]。大數據技術的應用可以讓技術人員通過分析了解其他方面基礎信息情況完成對溫度變化走向的預判，有效避免事故發生、快速處理事故、保證有色金屬加工工藝穩定進行。簡言之，大數據技術的應用，可以讓有色金屬加工得到可持續發展，為相關企業創造出更大的效益，尤其是在溫度控制這一關鍵性環節中，大數據技術應用尤其重要。工業工藝不斷改革發展，不僅是朝著智能化、智慧化的方向發展，從有色金屬加工角度來看，溫控性能、溫控需求需要根據環境的變化而改變，將大數據技術應用其中能夠讓應用性、穩定性得到進一步增強。過高的溫度可能會影響有色金屬加工的最終質量，尤其是金屬元素的提純度，打造出高質量的溫控系統，保證生產工藝的溫控性能，是未來一段時間的重點內容[2]。

2 應用大數據技術的有色金屬加工溫度控制原理

從過往的有色金屬加工溫度控制工作經驗來看，溫度控制理念以線性控制為主，通過分析比例、積分等其他數據進行分析。所謂剝離指的是溫度控制的比例系數；積分則指的是溫控微分常數，通過具體的計算分析，得到溫控輸出數值，完成控制。但從實際調查過程中發現，這一傳統得到溫度控制技術手段，反應速率較慢、反應準確性較低，經常會出現誤動，不僅影響產品質量，也威脅到有色金屬加工流程的穩定性。造成上述問題的主要原因在于傳統有色金屬加工溫度控制過程中，僅針對單一變量進行監控，其中存在一定的誤差，繼而導致溫度控制的過渡流程煩瑣、復雜，處理時間較長，造成的負面影響較大，控制系統的整體功能很難得到保證。最為關鍵的是，在傳統的控制管理工作中，工作參數數據有限，缺少數據分析能力，導致控制工作缺少具體的判斷，數據和信號之間的轉變難度較大。新時期，高質量的溫度控制應該建立在海量溫度數據基礎上，以此可以實現對溫度參數的靈活控制。不僅如此，溫度控制指標工作建立在多種不同參數數據的分析之上，想要保證控制效果，還需要對其他參數或指標進行收集，以最大限度降低溫度控制誤動問題。另外，傳統的溫度控制設備功能有限，在預告、報警等方面都無法實現，新時期，借助大數據技術不僅可以實現溫度控制，還能夠打造出預警系統，落實智能巡檢工作，為后續的發展奠定良好的基礎。不僅如此，大數據技術融入后，借助遠程移動通訊設備可以實現遠程控制，及時處理溫度異常問題，配合智能巡檢工作，明確有色金屬加工過程中產生的參數數據，包括但不限于：工作量、狀態日報、運行參數等，上述數據通過數據采集層進入數據處理層，結合相應的大數據計算分析功能，更好地了解智能終端狀態，靈活性、安全性、易用性都得到了不同程度的保證[3]。

3 應用大數據技術的有色金屬加工溫度控制實現

有色金屬加工本身較為復雜，需要工作人員充分認識到不同金屬材料的變形規律，并展開系統的熱處理，遵循科學的程序完成加工，不斷提高產品的質量，全面優化管理系統。

3.1 溫度控制算法

大數據技術的出現，讓工業生產控制自動化、智能化水平得到提高，從有色金屬加工工作來看，溫度控制最為關鍵，將大數據技術引入其中，設計相應的算法配合具體的加工手段，能夠讓最終的產品質量得到根本上的保證。從綜合情況來看，大數據技術的投入可以和其他溫控方案實現高效互補，切實提高溫控的適應性，確保溫控效果。可以引入專家控制方法，借助模糊PID溫度控制器實現溫度控制，在實際發展過程中，利用專家控制可以更加精準管理溫度，保證精度，降低誤差。在實際運行過程中利用專家知識完成對系統的控制和優化，根據有色金屬加工過程中產生的數值以及溫度控制需求進行深度學習，一旦溫度數據參數出現變化，立即對溫度數據進行管理，配合其他溫控技術，確保有色金屬加工工序穩定落實。在加工期間，有色金屬會受到多方面因素的影響，出現諸多不同的問題，想要實現輸出值的管控，就需要一個合理的溫度控制算法。結合過往的溫度控制經驗，選擇了雙變量輸入方法，確定具體的單輸出控制值，實現對輸入差值和輸入差分值的控制。從有色金屬加工特殊性來看，其中還存在諸多問題，作為一種動態參數，溫度控制難度較大，在利用大數據進行溫度控制中需要充分了解溫度對象的特性，包括放大系數、滯后時間、時間常數，從而制定出相應的升溫控制算法。在設計算法的過程中需要考慮到過往的加工經驗以及相關專業知識，得到溫度和加熱功率之間的關系公式，就可以完成算法設計。公式（2）作為功率公式，其中k值格外關鍵，需要工作人員根據自身經驗以及具體的理論推導得到函數關系值，設定最高溫度結合實際溫度，完成對溫度的控制，而f為功率參數。但需要注意的是，這種模糊PID技術還存在一定的問題，尤其是穩態誤差問題，無法完全滿足溫度控制技術需求，但從整體應用情況來看，在這一技術算法得到應用后，性能指標得到提高，控制時間縮短，在實際應用過程中，需要配合其他多元化的控制技術完成相應的溫度控制[1]。圖1為模糊PID控制器的復合仿真控制曲線。

3.2 數據采集

數據采集是大數據視域下有色金屬加工中溫度控制技術的核心關鍵，主要是借助云計算、物聯網、5G等技術實現，以此廣泛全面地收集數據，讓數據得到全面落實，進而實現全自動、實時化生產。想要在大數據技術的基礎上，進一步提高有色金屬加工質量，實現綠色化生產，就要打造出智能化數據采集系統，采用定時定點的方式，針對重點數據進行監控，一旦出現數據異常也會及時推動給相關工作人員[2]。在這種數據采集通信軟件運行中所得到的數據會被保存在數據庫中，工作人員可以通過登錄系統訪問數據庫對有色金屬加工的數據實現全面了解。在這一過程中，配合有色金屬加工智能監控系統可以實現全程監控，并且對加工異常情況進行處理。作為有色金屬加工中最為關鍵的參數控制指標，在對溫度進行控制的過程中，不僅需要明確具體的算法，還需要了解到相應工作內容情況，結合實際情況開發軟件。在進行穩定的數據采集過程中，還需要實現數據的轉換工作，因此除了常規的傳感器、物聯網技術之外，還要設計相應的轉換機制，確保采集得到的溫度數值可以轉換為可以在上位機監控軟件上顯示的模擬量數值，實現上位機和下位機之間的有效聯動。從軟件本身的程序來講，上位機、下位機之間要實現高效聯動，包括溫度變化曲線、實時溫度值、歷史數據查詢等不同的功能，確保溫度得到合理控制。

3.3 控制程序

在完成數據采集的基礎上，還需要對具體的控制系統進行設計，以此最大程度保證控制效果。借助STEP7 V5.5完成了對程序的編寫，在實際運行過程中，溫度信號被PLC端口接收，經過數據轉換變成可識別的信號，然后利用PLC技術和上位機的溫度設計值發出控制信號。其中，模糊PID控制器是最為關鍵的存在。從PLC技術入手，在加熱爐啟動后如果達到最高溫度，則無須升溫，進入加熱保溫環節，直到保溫時間后切除PID控制，如果沒有達到最高溫度則進行加熱。從邏輯控制來看，經過信號采集實現A/D轉換完成溫度顯示，在和上位機通信的過程中計算得到具體的偏差，實現全功率加熱，根據具體的計算結果選擇利用PID控制或者模糊控制，實現控制器輸出。數據通信是溫度控制中最為關鍵的部分，不僅需要實現人機交互，還要實現智能化、自動化控制。從目前的情況來看有MPI方式、工業以太網方式、Profibus方式等，具體的通信方式可以結合系統的通訊發展需求，完成對通信方式的分析。以MPI方式為例，這種通訊方式相對便捷，傳輸效率較高，從實際仿真情況來看，效果較優，能夠搭建形成溫度監控模型，監控效果突出，無論是穩定性還是控制精度均得到了不同程度的提高。

3.4 實現技術

要讓有色金屬加工溫控技術得到更好落實，不僅要利用PLC技術，也要考慮應用DSC技術。在實際安裝設計的過程中，借助壓力傳感器、溫度傳感器，可以對有色金屬加工過程中產生的水壓變化和溫度變化進行系統分析[3]。從過往的運行情況來看，冷卻水在有色金屬加工過程中會對溫度產生直接的影響，想要高效率地控制溫度就要對冷卻水水壓進行控制。配合DSC技術、物聯網技術，能夠具象化地表現出溫控情況，工作人員也可以及時地了解溫度參數指標變化，并且根據冷卻水水壓參數數據進行預判，配合預測控制系統，實現對溫度的控制。根據有色金屬加工原理來看，在實際運行的過程中，風機和冷卻水泵均處于工作狀態，想要保證溫度控制質量，可以對這兩個設備進行監控，還可以借助制冷劑，科學控制冷卻水流量，以此有效降低能耗。物聯網技術應用后比例調節、微分調節、積分調節等技能應用后，會出現成熟的控制策略，不僅可以實現實時監測，還能夠實現綜合性的監測行駛，調節速度較優，能耗較低。從目前來看，有色金屬在加工過程中，借助模糊PID控制器，切實減少生產階段溫度變化，實現全生命周期的管理控制。這一技術手段還可以拓展應用到其他不同的生產環節中[4]。

3.5 仿真實驗

為了進一步驗證上述控制技術、控制系統，明確這一系統本身的應用性、穩定性，選擇了某有色金屬加工設備進行仿真實驗。從實驗結果來看，模糊PID控制器在實際應用中可以有效管控偏差，讓溫度在合理范圍內，并且實現了參數的自主選擇，可以實現長時間恒溫控制。系統可以迅速開展溫度調控，切實減少溫度變化。不僅如此，其本身具有的報表功能，可以將收集得到的溫度數據按照不同的表格文件格式輸出，技術人員可以根據自身需求，完成對圖片、表格的控制，確保控制效果和控制質量，有效降低能耗。從目前來看，這一溫控技術效果突出，功能豐富，未來還需要根據溫控的諸多條件，展開具體的設計，以此確保溫控本身的效果，讓有色金屬加工工作得到全面落實，為后續的發展奠定良好的基礎。有色金屬加工溫度控制工作的開展涉及編程、控制等多方面工作，在大數據技術下，這一溫度控制能力也會得到進一步提高，物聯網、云計算、人工智能、深度學習等技術的引入，可以讓溫度控制的實際效果得到增強，實現實時性、高質量、高精密度的控制，最大程度解決溫度控制需求，便捷高效地完成數據采集工作。但需要注意的是，在實際應用過程中需要對具體的軟件硬件設備進行選擇，從而確保應用效果和應用質量[4]。從實際仿真數據來看，這種溫度控制系統可以實現預防性控制，如果出現溫度異常，還可以分析異常數據產生的原因，更好地輔助工作人員進行技術調整，讓整個生產流程得到優化。

4 結語

PLC技術、DSC技術、PID技術是有色金屬加工工藝技術中必不可少的技術，在控制溫度這一指標參數的過程中，還需要充分考慮到工藝流程，對上述幾個技術進行優化。在大數據視域下，物聯網技術、動態專家控制技術、模糊PID混合技術的應用，都可以進一步提高溫度控制效果，實現溫度這一參數指標的合理管控，讓有色金屬的加工質量得到提高。