AI-808調(diào)節(jié)器在中國鋁業(yè)高溫氧化鋁生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用
摘要：敘述宇電AI-808調(diào)節(jié)器成功地在中國鋁業(yè)某化學(xué)品車間高溫氧化鋁制造工藝過程中的應(yīng)用。介紹系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程、結(jié)構(gòu)組成及過程控制的實(shí)現(xiàn)，該控制系統(tǒng)充分采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化進(jìn)行設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便，從而大大提高系統(tǒng)的可靠性及降低設(shè)備的生產(chǎn)成本，現(xiàn)場應(yīng)用效果較好。
關(guān)鍵詞 AI-808 調(diào)節(jié)器 配料系統(tǒng) 過程控制 比例調(diào)節(jié)
1、概述
低鐵、低硅、高白原晶等超細(xì)氫氧化鋁系列產(chǎn)品，是從生產(chǎn)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(jié)晶形態(tài)。超細(xì)物料的烘干，在超細(xì)產(chǎn)品的生產(chǎn)中是道重要的一道工序。產(chǎn)品烘干的品質(zhì)直接決定產(chǎn)品的質(zhì)量、售價(jià)與市場。這就要求烘干溫度和物料量成一定的比例關(guān)系。該系統(tǒng)中除正常的控制系統(tǒng)外，宇電AI-808調(diào)節(jié)器起到了舉足輕重的作用。
2、系統(tǒng)工藝過程和結(jié)構(gòu)組成
2、1系統(tǒng)工藝過程
超細(xì)氫氧化鋁和硼酸由上道分別通過調(diào)速皮帶秤和定量給料機(jī)按照配方混合給料，通過螺旋給料機(jī)后送入高溫回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行燒結(jié)，再經(jīng)過冷卻筒冷卻，生成高溫氧化鋁，經(jīng)過定量包裝秤包裝成成品入庫。
2、2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
系統(tǒng)主要對2種物料進(jìn)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(jī)（調(diào)速皮帶秤）、硼酸定量給料機(jī)、螺旋給料機(jī)、高溫回轉(zhuǎn)窯、冷卻筒、成品包裝秤和1臺工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)及組態(tài)軟件等組成。其中定量給料機(jī)（內(nèi)嵌電子皮帶秤）主要由儀表控制柜（內(nèi)嵌電腦積算儀和AI-808智能調(diào)節(jié)器等）、變頻器柜組成。其結(jié)構(gòu)組成
3、控制系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，下料控制主要是通過電子配料皮帶秤對輸送的物料進(jìn)行計(jì)量，由控制儀表接收稱重信號和速度信號，經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為累計(jì)值和瞬時(shí)流量，并將累計(jì)值、瞬時(shí)流量信號由RS-485口傳送給工業(yè)控制機(jī)（上位機(jī)）、以4～20mA模擬電流信號傳送給宇電AI-808調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器將該信號與DCS送來的設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后，將4～20mA的模擬信號送給變頻器，再由變頻器去調(diào)節(jié)輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)流量增大時(shí)，降低輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，反之提高輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使得輸送物料的流量和階段累計(jì)量均保持在設(shè)定的范圍內(nèi)，進(jìn)而得到可靠的產(chǎn)品質(zhì)量。
閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：
圖2 閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
3、系統(tǒng)配置方案及其實(shí)施
3、1上位機(jī)單元
上位機(jī)采用研華IPC-610工控機(jī)，采用SIEMENS組態(tài)軟件，256點(diǎn)。它能與稱重控制儀表和AI-808智能調(diào)節(jié)器進(jìn)行通訊：讀取數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)；并與PLC進(jìn)行的通訊：讀取I/O狀態(tài)，發(fā)送I/O指令；具有報(bào)警、故障查詢及打印功能；組態(tài)畫面真實(shí)反映實(shí)時(shí)狀態(tài)；工程設(shè)定及配方輸入多樣，適應(yīng)工況能力較強(qiáng)；軟件設(shè)有不同的訪問權(quán)限，可讓不同權(quán)限的人操作不同的內(nèi)容。
3、2下位機(jī)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(jì)算出瞬時(shí)流量和累計(jì)量，可顯示累重、瞬時(shí)流量、皮帶速度、皮重、報(bào)警信號內(nèi)容。并通過4～20mA線性模擬輸出將瞬時(shí)流量信號傳送給AI-808調(diào)節(jié)器。
（2） 宇電AI-808人工智能調(diào)節(jié)器
該系統(tǒng)選用宇電AI-808型（V7.0版）調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器和V6.5版調(diào)節(jié)器比較，采用了新的接線端子排布方式，全新設(shè)計(jì)的具有10個(gè)LED指示燈的顯示面板；增加了加熱/冷卻雙輸出功能，第2輸出可自由定義為電流或時(shí)間比例輸出規(guī)格；報(bào)警采用單邊回差；支持多達(dá)4路報(bào)警及事件輸出操作；采樣速率提升1倍，能實(shí)現(xiàn)更快速的閥門控制。
在AI-708型調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上還具備手動(dòng)/自動(dòng)無擾動(dòng)切換操作功能，具備手動(dòng)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(diào)節(jié)器可顯示測量值和設(shè)定值，具有先進(jìn)的AI人工智能調(diào)節(jié)算法,無超調(diào), 自整定AT功能和自動(dòng)/手動(dòng)雙向無擾動(dòng)切換及用戶參數(shù)編程等功能；同時(shí)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(bào)警輸出等接口。它與一般的PID調(diào)節(jié)器相比，由于采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，能在降低超調(diào)的同時(shí)提高響應(yīng)速度。而一般PID算法能精確地控制被調(diào)節(jié)對象，但有超調(diào)大、PID較難確定、對擾動(dòng)恢復(fù)慢等缺點(diǎn)。采用模糊調(diào)節(jié)算法，能適應(yīng)大滯后對象，超調(diào)小，易確定參數(shù)，但它控制的效果比較差，控制曲線會(huì)產(chǎn)生微小的鋸齒形波動(dòng)。
AI人工智能調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)算法一方面對PID算法加以改進(jìn)，如在PID調(diào)節(jié)中增加微分積分作用；另一方面又采用模糊調(diào)節(jié)規(guī)則，在誤差較大時(shí)，運(yùn)用模糊算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以徹底消除PID飽和積分現(xiàn)象。當(dāng)誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有無超調(diào)、高精度控制、參數(shù)確定簡單等特點(diǎn)。
人工智能調(diào)節(jié)算法具備學(xué)習(xí)功能，能自動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)特性。當(dāng)自整定完成后，即使初次控制時(shí)效果較差，第2次使用時(shí)也能獲得精確的控制。
該系統(tǒng)中通過AI-808調(diào)節(jié)器接收電腦積算器發(fā)送來的4～20mA瞬時(shí)流量信號，通過與自身設(shè)置的目標(biāo)值進(jìn)行比較，發(fā)送4～20mA的信號給變頻器，通過變頻器來控制圓盤給料機(jī)，從而達(dá)到預(yù)定的配比，由此可見AI-8-8調(diào)節(jié)器在本系統(tǒng)中的重要性。該系統(tǒng)中AI-808調(diào)節(jié)器的具體型號為AI-808AI4-X-L1-L1-S4-N。具體設(shè)置見表一：
表一AI-808參數(shù)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(chǎn)的S7-300型PLC，電源307-1KA01-0AAC一塊,CPU315-2AG10-0AB0一塊,網(wǎng)絡(luò)適配卡CP343-1 一塊，數(shù)字輸入模塊321-1BH02-0AA0十塊，數(shù)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(tài)軟件等。
（4）變頻器
變頻器選用富士公司生產(chǎn)的FRN3.7G11S-4CX。
4、結(jié)束語
該系統(tǒng)07年11月份驗(yàn)收投入使用，通過用戶現(xiàn)場半年多時(shí)間的使用情況來看，系統(tǒng)的可靠性好，操作簡單，維護(hù)方便，系統(tǒng)的精度高，不但保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時(shí)又克服了環(huán)境污染問題，為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益，系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠與AI-808調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定可靠性是分不開的，是宇電AI-808在有色金屬方面應(yīng)用又一經(jīng)典案例。
作者介紹：工程師，主要從事自動(dòng)化控制和過程控制，現(xiàn)在省部級以上雜志發(fā)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(guān)行業(yè)多次使用過AI-808調(diào)節(jié)器，現(xiàn)場使用效果良好。