AI-808調節器在中國鋁業(yè)高溫氧化鋁生產(chǎn)工藝中的應用
摘要：敘述宇電AI-808調節器成功地在中國鋁業(yè)某化學(xué)品車(chē)間高溫氧化鋁制造工藝過(guò)程中的應用。介紹系統的生產(chǎn)工藝流程、結構組成及過(guò)程控制的實(shí)現，該控制系統充分采用標準化、模塊化、系統化進(jìn)行設計，配置靈活、組態(tài)方便，從而大大提高系統的可靠性及降低設備的生產(chǎn)成本，現場(chǎng)應用效果較好。
關(guān)鍵詞 AI-808 調節器 配料系統 過(guò)程控制 比例調節
1、概述
低鐵、低硅、高白原晶等超細氫氧化鋁系列產(chǎn)品，是從生產(chǎn)過(guò)程中直接分離出來(lái)的，它的粒徑在0.8-1.0μm之間，具有均勻、單晶的結晶形態(tài)。超細物料的烘干，在超細產(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(chǎng)。這就要求烘干溫度和物料量成一定的比例關(guān)系。該系統中除正常的控制系統外，宇電AI-808調節器起到了舉足輕重的作用。
2、系統工藝過(guò)程和結構組成
2、1系統工藝過(guò)程
超細氫氧化鋁和硼酸由上道分別通過(guò)調速皮帶秤和定量給料機按照配方混合給料，通過(guò)螺旋給料機后送入高溫回轉窯進(jìn)行燒結，再經(jīng)過(guò)冷卻筒冷卻，生成高溫氧化鋁，經(jīng)過(guò)定量包裝秤包裝成成品入庫。
2、2系統結構組成
系統主要對2種物料進(jìn)行配比（如硼酸和氫氧化鋁），主要由原料車(chē)間車(chē)間主皮帶、定量給料機（調速皮帶秤）、硼酸定量給料機、螺旋給料機、高溫回轉窯、冷卻筒、成品包裝秤和1臺工業(yè)控制微型計算機及組態(tài)軟件等組成。其中定量給料機（內嵌電子皮帶秤）主要由儀表控制柜（內嵌電腦積算儀和AI-808智能調節器等）、變頻器柜組成。其結構組成
3、控制系統工作原理
系統運行時(shí)，下料控制主要是通過(guò)電子配料皮帶秤對輸送的物料進(jìn)行計量，由控制儀表接收稱(chēng)重信號和速度信號，經(jīng)處理后轉化為累計值和瞬時(shí)流量，并將累計值、瞬時(shí)流量信號由RS-485口傳送給工業(yè)控制機（上位機）、以4～20mA模擬電流信號傳送給宇電AI-808調節器，PID調節器將該信號與DCS送來(lái)的設定值進(jìn)行比較運算后，將4～20mA的模擬信號送給變頻器，再由變頻器去調節輸送機的轉速，當流量增大時(shí)，降低輸送機的轉速，反之提高輸送機的轉速，從而使得輸送物料的流量和階段累計量均保持在設定的范圍內，進(jìn)而得到可靠的產(chǎn)品質(zhì)量。
閉環(huán)控制系統結構框圖如圖2所示：
圖2 閉環(huán)控制系統結構框圖
3、系統配置方案及其實(shí)施
3、1上位機單元
上位機采用研華IPC-610工控機，采用SIEMENS組態(tài)軟件，256點(diǎn)。它能與稱(chēng)重控制儀表和AI-808智能調節器進(jìn)行通訊：讀取數據，發(fā)送數據；并與PLC進(jìn)行的通訊：讀取I/O狀態(tài)，發(fā)送I/O指令；具有報警、故障查詢(xún)及打印功能；組態(tài)畫(huà)面真實(shí)反映實(shí)時(shí)狀態(tài)；工程設定及配方輸入多樣，適應工況能力較強；軟件設有不同的訪(fǎng)問(wèn)權限，可讓不同權限的人操作不同的內容。
3、2下位機單元
（1）稱(chēng)重控制儀表
稱(chēng)重控制儀表是電子皮帶秤的核心部件，它接受來(lái)自秤體上的重量信號和速度信號，并計算出瞬時(shí)流量和累計量，可顯示累重、瞬時(shí)流量、皮帶速度、皮重、報警信號內容。并通過(guò)4～20mA線(xiàn)性模擬輸出將瞬時(shí)流量信號傳送給AI-808調節器。
（2） 宇電AI-808人工智能調節器
該系統選用宇電AI-808型（V7.0版）調節器，該調節器和V6.5版調節器比較，采用了新的接線(xiàn)端子排布方式，全新設計的具有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)間比例輸出規格；報警采用單邊回差；支持多達4路報警及事件輸出操作；采樣速率提升1倍，能實(shí)現更快速的閥門(mén)控制。
在A(yíng)I-708型調節器的基礎上還具備手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)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(mén)位置的比例輸出。AI人工智能調節器可顯示測量值和設定值，具有先進(jìn)的AI人工智能調節算法,無(wú)超調, 自整定AT功能和自動(dòng)/手動(dòng)雙向無(wú)擾動(dòng)切換及用戶(hù)參數編程等功能；同時(shí)還帶有4～20mA線(xiàn)性模擬輸入輸出、RS-485串行通訊接口及繼電器報警輸出等接口。它與一般的PID調節器相比，由于采用模糊規則進(jìn)行PID調節，能在降低超調的同時(shí)提高響應速度。而一般PID算法能精確地控制被調節對象，但有超調大、PID較難確定、對擾動(dòng)恢復慢等缺點(diǎn)。采用模糊調節算法，能適應大滯后對象，超調小，易確定參數，但它控制的效果比較差，控制曲線(xiàn)會(huì )產(chǎn)生微小的鋸齒形波動(dòng)。
AI人工智能調節器的調節算法一方面對PID算法加以改進(jìn)，如在PID調節中增加微分積分作用；另一方面又采用模糊調節規則，在誤差較大時(shí)，運用模糊算法進(jìn)行調節，以徹底消除PID飽和積分現象。當誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調節，具有無(wú)超調、高精度控制、參數確定簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
人工智能調節算法具備學(xué)習功能，能自動(dòng)學(xué)習系統特性。當自整定完成后，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。
該系統中通過(guò)AI-808調節器接收電腦積算器發(fā)送來(lái)的4～20mA瞬時(shí)流量信號，通過(guò)與自身設置的目標值進(jìn)行比較，發(fā)送4～20mA的信號給變頻器，通過(guò)變頻器來(lái)控制圓盤(pán)給料機，從而達到預定的配比，由此可見(jiàn)AI-8-8調節器在本系統中的重要性。該系統中AI-808調節器的具體型號為AI-808AI4-X-L1-L1-S4-N。具體設置見(jiàn)表一：
表一AI-808參數表
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，數字輸入模塊321-1BH02-0AA0十塊，數字輸出模塊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、結束語(yǔ)
該系統07年11月份驗收投入使用，通過(guò)用戶(hù)現場(chǎng)半年多時(shí)間的使用情況來(lái)看，系統的可靠性好，操作簡(jiǎn)單，維護方便，系統的精度高，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(wèn)題，為企業(yè)創(chuàng )造良好的經(jīng)濟效益，系統的穩定可靠與AI-808調節器的穩定可靠性是分不開(kāi)的，是宇電AI-808在有色金屬方面應用又一經(jīng)典案例。
作者介紹：工程師，主要從事自動(dòng)化控制和過(guò)程控制，現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(chǎng)，催化劑廠(chǎng)、有色、化肥廠(chǎng)等相關(guān)行業(yè)多次使用過(guò)AI-808調節器，現場(chǎng)使用效果良好。