廈門(mén)宇電自動(dòng)化科技有限公司   開(kāi)發(fā)部  邵平  
關(guān)鍵詞：遠紅外、燃氣加熱、電磁閥、控溫儀

一、概述
    自動(dòng)干燥設備加熱的技術(shù)。每一個(gè)溫度區用AI程序型調節器PID控制調功移項控制遠紅外輻射元件，采用移項調功既能延長(cháng)遠紅外輻射元件的使用時(shí)間，又使加熱爐的溫度恒溫。加熱爐的電源接通后就開(kāi)始升溫。
    近年來(lái)，已廣泛地應用到各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。使用的能源有燃氣、電能。以遠紅外加熱為例是以射線(xiàn)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。使用遠紅外加熱技術(shù)干燥薄型技術(shù)廣泛應用烘干糧食、茶葉、木材、牧草污泥、酒糟、骨粉、生物肥有機肥、食鹽、/血粉、濕物料、糧食、油料、食品、紅棗、辣椒、蔬菜、蕎麥、豆食等農作物有機原料的快速干燥機。
1．爐體的構造
    使用的遠紅外加熱器， 主要是對各類(lèi)物料進(jìn)行干燥， 所以采用長(cháng)方形爐體結構，整個(gè)爐體分為三小加熱區(見(jiàn)圖1)。從進(jìn)料入口方向起：*段為預熱低溫區，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， 該段是物料的主要干燥區；物料干燥后，進(jìn)入第三段保溫低溫區，然后由出料口送出。
    由上述方案可見(jiàn)， 加熱爐靠近進(jìn)料口和出料口兩端的兩個(gè)加熱區溫度較低，使用的遠紅外輻射元件可以少一點(diǎn)，功率也可小一點(diǎn)。而加熱爐的中段區，是加熱爐的主要干燥區，要求溫度較高，使用的遠紅外輻射元件多、功率大。                      

 
2．工作原理
    遠紅外熱爐為了保證干燥質(zhì)量，整個(gè)遠紅外熱爐的溫度控制使用自動(dòng)控溫的方法。在加熱爐的三個(gè)溫度區分別各裝置了三個(gè)遠紅外輻射元件。每一個(gè)溫度區用AI程序型調節器PID控制調功移項控制遠紅外輻射元件，加熱爐的電源接通后就開(kāi)始升溫。采用移項調功既能延長(cháng)遠紅外輻射元件的使用時(shí)間，又使加熱爐的溫度恒溫。

二、控制設備的選擇：
    先進(jìn)儀表的選擇：系統中我們采用了先進(jìn)的AI人工智能調節器。AI調節器是控溫系統的核心部分，AI儀表*性地采用了平臺概念，將非常專(zhuān)業(yè)化的數字調節儀表轉為平臺化設計的產(chǎn)品，采用的是AI人工智能調節算法是采用模糊規則進(jìn)行PID調節的一種新型算法，在誤差大時(shí)，運用模糊算法調節，以消除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，并能在調節中自動(dòng)學(xué)習和記憶被控對象的部分特征以使效果達到優(yōu)化。    

    自整定方法簡(jiǎn)單應用方便：由于自整定執行時(shí)采用位式調節，經(jīng)2~3次振蕩后，儀表內部微處理器根據位式控制產(chǎn)生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來(lái)自動(dòng)計算出M 5、P、t等控制參數。具有無(wú)超調、高精度、參數確定簡(jiǎn)單、對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點(diǎn)。
    在使用過(guò)程中AI調節器 結合PID調節、自學(xué)習及模糊控制技術(shù)，實(shí)現了自整定/自適應功能，及無(wú)欠調的調節，性能遠優(yōu)于傳統PID調節器。
    控制系統我們采用了 宇電AI-808PAI5X3L2L2S4溫控表：AI－808P程序型儀表用于需要按一定時(shí)間規律自動(dòng)改變給定值進(jìn)行控制的場(chǎng)合。它具有強大的編程及操作能力，可進(jìn)一步提高控制設備的自動(dòng)化程度。它具備30段程序編排功能，可設置任意大小的給定值升/降斜率；具有跳轉、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?？赏ㄟ^(guò)報警輸出控制其他設備聯(lián)鎖動(dòng)作，進(jìn)一步提高設備自動(dòng)化能力；可通過(guò)安裝外部開(kāi)關(guān)執行程序運行/暫停/停止等操作，以實(shí)現連鎖、同步啟動(dòng)運行或方便操作；具有停電處理模式、測量值啟動(dòng)功能及準備功能，使程序執行更有效率及更完善。

1、功能及概念：    

程序段：段號可從1－30，當前段(STEP)表示目前正在執行的段。    

設定時(shí)間：指程序段設定運行的總時(shí)間，單位是min，有效數值從1－9999。    

運行時(shí)間：指當前段已運行時(shí)間，當運行時(shí)間達到設置時(shí)間時(shí)，程序自動(dòng)跳下一段運行。    

跳轉：程序段可編程為自動(dòng)跳轉到1－30段中的任意段執行，可實(shí)現循環(huán)控制。通過(guò)修改STEP的數值也可實(shí)現跳轉。     

運行/暫停（run/HoLd）：程序在運行狀態(tài)時(shí)，計時(shí)，給定值按預先編排的程序曲線(xiàn)變化。程序在暫停狀態(tài)下，停止計時(shí)，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(shí)執行暫停/運行操作。暫停狀態(tài)下儀表仍然保持調節功能。

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(kāi)關(guān)動(dòng)作，以方便控制各種外部設備同步或連鎖工作。

停止（stoP）：執行停止操作，將使程序停止運行，此時(shí)運行時(shí)間被清0，事件輸出開(kāi)關(guān)復位，并且停止控制輸出。在停止狀態(tài)下執行運行操作，則儀表將從STEP設置的段號啟動(dòng)運行程序?？稍诔绦蚨沃芯幦胱詣?dòng)停止的功能，并同時(shí)對運行段號STEP值進(jìn)行設置。也可人為隨時(shí)執行停止操作（執行后STEP被設置為1，不過(guò)用戶(hù)可再進(jìn)行修改）。      

程序儀表自整定時(shí)把*段程序設置為常用溫度或溫度上限啟動(dòng)自整定，此時(shí)時(shí)間停止運行。   

停電/開(kāi)機事件：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(hù)選擇。用戶(hù)可以通過(guò)設置儀表的參數（run）設置儀表重新上電后的運行狀態(tài)。    

準備（rdy）/測量值啟動(dòng)功能：在啟動(dòng)運行程序由于爐體的溫度和儀表設置的初始溫度之間有偏差，并且其差值大于正（或負）偏差報警值(dHAL及dLAL)時(shí)，儀表并不立即進(jìn)行正（或負）偏差報警，而是先將測量值調節到其誤差小于偏差報警值，此時(shí)程序也暫停計時(shí)，也不輸出偏差報警信號，直到正、負偏差符合要求后才再啟動(dòng)程序。準備/測量值啟動(dòng)功能用于設置無(wú)法預知升／降溫時(shí)間的段也十分有用。要允許或取消準備/測量值啟動(dòng)功能，可在run參數中進(jìn)行設置。準備/測量值啟動(dòng)功能可保證了運行整條程序曲線(xiàn)的完整性，準備/測量值啟動(dòng)功能用于解決啟動(dòng)運行時(shí)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(hù)要求程序運行結果。

程序曲線(xiàn)的設置編排：程序表調節器可用于按一定時(shí)間規律自動(dòng)改變給定值進(jìn)行控制的場(chǎng)合。程序是按【溫度－時(shí)間－溫度】的格式來(lái)程序升溫，具有50段程序編程功能，可設置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉（目標段只限于前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^(guò)報警輸出控制其他設備聯(lián)鎖動(dòng)作如：警燈、風(fēng)機、報警，進(jìn)一步提高設備自動(dòng)化能力；具有停電處理模式、測量值啟動(dòng)功能及準備功能，使程序執行更有效率及更完善。

2、參數設置：
    根據系統的要求我們可以選用各種儀表類(lèi)型如AI-808PAI5X3L1L1S4+AIJK3，利用AI-808P的主輸出作為AIJK6的控制信號，來(lái)控制加熱輸出，AI-808P智能調節器增加了30段時(shí)間程序控制功能，前30段可編程為自動(dòng)跳轉執行,實(shí)現循環(huán)控制,采用先進(jìn)的模塊化設計，具備5個(gè)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置為熱電偶、熱電阻和線(xiàn)性電流（電壓），具體模塊功能如下；
    I5：外部開(kāi)關(guān)量輸入，控制儀表程序的起停；
    X3：光電隔離高精度線(xiàn)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(diǎn)開(kāi)關(guān)輸出模塊；
    AIJK6系列是應用了單片機技術(shù)的智能化三相移相觸發(fā)及周波過(guò)零兩用觸發(fā)器，功能強大且可靠性高，能適應各種電阻絲、硅碳棒及負載采用變壓器降壓的硅鉬棒、鎢絲等到各種類(lèi)型工業(yè)電爐，也可用于電機軟啟動(dòng)的控制，其主要特點(diǎn)包括：
0-20mA(0-5V)/4-20mA(1-5V)信號兼容輸入；
缺相檢測、過(guò)流檢測及報警功能；AIJK6還具備可控硅擊穿及負載開(kāi)路檢測功能；
自動(dòng)同步功能，連接可控硅觸發(fā)線(xiàn)時(shí)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??；
電流反饋或延遲時(shí)間可調的軟啟動(dòng)/軟停止功能，可適應硅鉬棒、鎢絲、電動(dòng)機及感性負載；
內含開(kāi)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；
    儀表的調節功能采用先進(jìn)的AI人工智能PID調節算法。AI人工智能調節算法是采用模糊規則進(jìn)行PID調節的一種新型算法，在誤差大時(shí)，運用模糊算法進(jìn)行調節，以消除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，并能在調節中自動(dòng)學(xué)習和記憶被控對象的部分特征以使效果優(yōu)化。具有無(wú)超調、高精度、參數確定簡(jiǎn)單、對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點(diǎn)。改進(jìn)后的PID參數是采用宇電*的M 5、P、t等控制參數來(lái)表示的。
    調試方式：電熱鼓風(fēng)干燥箱控制儀表AI-808PX3L1L1S4增強型智能調節器 ，三相過(guò)零觸發(fā)控制。
    模塊X3三相移項觸發(fā)、模塊L1開(kāi)關(guān)量報警輸出、模塊S4通訊RS485通訊參數 

3、調試方式：
    參數設定后首先要自整定。AI人工智能調節算法是采用模糊規則進(jìn)行PID調節的一種新型算法，在誤差大時(shí)，運用模糊算法進(jìn)行調節，以消除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，并能在調節中自動(dòng)學(xué)習和記憶被控對象的部分特征以使效果優(yōu)化。具有無(wú)超調、高精度、參數確定簡(jiǎn)單、對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點(diǎn)。
    AI系列調節儀表還具備參數自整定功能，AI人工智能調節方式初次使用時(shí)，可啟動(dòng)自整定功能來(lái)協(xié)助確定M 5、P、t等控制參數。初次啟動(dòng)自整定時(shí)，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(shí)儀表下顯示器將閃動(dòng)顯示“At”字樣，表明儀表已進(jìn)入自整定狀態(tài)。自整定時(shí)，儀表執行位式調節，經(jīng)2~3次振蕩后，儀表內部微處理器根據位式控制產(chǎn)生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來(lái)自動(dòng)計算出M 5、P、t等控制參數。如果在自整定過(guò)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(dòng)“At”字樣即可。視不同系統，自整定需要的時(shí)間可從數秒至數小時(shí)不等。儀表在自整定成功結束后，會(huì )將參數CtrL設置為3（出廠(chǎng)時(shí)為1）或4，這樣今后無(wú)法從面板再按住鍵啟動(dòng)自整定，可以避免人為的誤操作再次啟動(dòng)自整定。已啟動(dòng)過(guò)一次自整定功能的儀表如果今后還要啟動(dòng)自整定時(shí)，可以用將參數CtrL設置為2的方法進(jìn)行啟動(dòng)。具體的操作要參考說(shuō)明書(shū)。

 
    系統在不同給定值下整定得出的參數值不*相同，執行自整定功能前，應先將給定值設置在常用值或是中間值上（對于A(yíng)I-708P/808P程序型儀表，可通過(guò)修改當前程序段值來(lái)改變給定值以滿(mǎn)足要求），如果系統是保溫性能好的電爐，給定值應設置在系統使用的zui大值上，再執行啟動(dòng)自整定的操作功能。參數CtI（控制周期）及dF（回差）的設置，對自整定過(guò)程也有影響，一般來(lái)說(shuō)，這2個(gè)參數的設定值越小，理論上自整定參數準確度越高。但dF值如果過(guò)小，則儀表可能因輸入波動(dòng)而在給定值附近引起位式調節的誤動(dòng)作，這樣反而可能整定出*錯誤的參數。推薦CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要學(xué)習的原因，自整定結束后初次使用，控制效果可能不是*，需要使用一段時(shí)間（一般與自整定需要的時(shí)間相同）后方可獲得*效果。
    在使用過(guò)程中AI調節器 結合PID調節、自學(xué)習及模糊控制技術(shù)，實(shí)現了自整定/自適應功能及無(wú)欠調的調節，性能遠優(yōu)于傳統PID調節器。
4、程序曲線(xiàn)的編排：
    程序表調節器可用于按一定時(shí)間規律自動(dòng)改變給定值進(jìn)行控制的場(chǎng)合。具有50段程序編程功能，可設置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉（目標段只限于前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^(guò)報警輸出控制其他設備聯(lián)鎖動(dòng)作，進(jìn)一步提高設備自動(dòng)化能力；具有停電處理模式、測量值啟動(dòng)功能及準備功能，使程序執行更有效率及更完善。
    程序編排統一采用溫度－時(shí)間－溫度格式，其定義是，從當前段設置溫度，經(jīng)過(guò)該段設置的時(shí)間到達下一溫度。溫度設置值的單位都是℃，而時(shí)間值的單位都是分鐘。
    下例為一個(gè)包含線(xiàn)性升溫、恒溫、線(xiàn)性降溫、跳轉循環(huán)、準備、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(kāi)始線(xiàn)性升溫，升溫時(shí)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(shí)間為30分
第3段 C 03=300 t 03=60 ；降溫段，降溫時(shí)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(kāi)關(guān)1，并且跳往第5段執行。
第5段 C 05=180 t 05=0 ；進(jìn)入暫停狀態(tài)，需操作人員執行運行操作才能繼續運行至第6段。
第6段 C 06=180 t 06=-151  ；關(guān)閉報警開(kāi)關(guān)1，并且跳往第1段執行，從頭循環(huán)。
    采用溫度－時(shí)間編程方法的優(yōu)點(diǎn)是升溫、降溫的斜率設置的范圍非常寬。升溫及恒溫段具有統一的設置格式，方便學(xué)習。設置曲線(xiàn)更靈活，可以設置連續設置升溫段(如用不同斜率的升溫段近似實(shí)現函數升溫)，或連續的恒溫段。

三、分體式無(wú)紙記錄儀功能
    遠紅外自動(dòng)干燥設備在應用中，將采用AI－3170S分體式無(wú)紙記錄儀來(lái)記錄數據。主要功能為：豐富的顯示畫(huà)面；強大的設置功能；完善的流量處理；實(shí)用的記錄U盤(pán)導出功能；方便的數據統計功能；靈活的報警功能；可靠的通訊功能；中英文版隨意定制；
    數據記錄功能發(fā)展很快，從有紙記錄到無(wú)紙記錄；無(wú)紙記錄模擬量輸入到數字無(wú)紙記錄儀；由于自動(dòng)干燥設備是采用通訊功能的數字調節儀表來(lái)控制電爐可控硅，就實(shí)時(shí)記錄自動(dòng)干燥設備控溫曲線(xiàn)。
    控制柜安裝數字式AI-3170無(wú)紙記錄儀，通過(guò)RS485通訊接口，采用上下位機的方式，能方便地與AI智能程序型PID溫度調節器配合使用。
    在遠紅外自動(dòng)干燥設備控溫時(shí)在觸摸屏上可設置程序曲線(xiàn)。顯示雙曲線(xiàn)運行圖、可即時(shí)設置、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(dòng)】【停止】【暫?！?、在運行狀態(tài)下切換【手動(dòng)/自動(dòng)】狀態(tài)，手動(dòng)控制輸出量；即時(shí)修改【段號】，指定運行段；用多曲線(xiàn)的形式來(lái)直觀(guān)的顯示U盤(pán)記錄中的數據，顯示該時(shí)間段內相關(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)鍵參數通道可將儀表地址編排在同一組顯示趨勢曲線(xiàn)，這樣就更好的進(jìn)行比較分析工藝參數的對象變化?？蛇x擇啟用單條或4條曲線(xiàn)顯示趨勢變化；查詢(xún)歷史數據設置起始時(shí)間及時(shí)間跨度；設置數據范圍使曲線(xiàn)顯示在圖表*，不同的數據范圍啟用單條查詢(xún)。歷史畫(huà)面的功能畫(huà)面右下角 點(diǎn)擊【查詢(xún)】，觸摸屏顯示是當前的起始時(shí)間：年/月/日/時(shí)/分/秒；修改時(shí)間跨度：時(shí)/分/秒設置；點(diǎn)擊【確認】按鈕，系統即刻顯示歷史曲線(xiàn)、數據報表；報警報表。

    在數據記錄儀中，即可以根據客戶(hù)的實(shí)際需要，設置數據的采樣時(shí)間，存儲間隔以及是否保存記錄，是否立即保存數據到U盤(pán)等功能，來(lái)滿(mǎn)足不同的需求。(1)采樣時(shí)間默認為6秒，用戶(hù)可以設定的范圍是：6秒~3600秒；(2)內存轉U盤(pán)存儲間隔默認為60分鐘，用戶(hù)可以設定的范圍是：60分~300分；(3)如果用戶(hù)需要馬上取走在記錄儀內存中存儲的數據，可以點(diǎn)擊“立即保存”的按鈕，這樣已采集數據就馬上存儲到CF中了。
    數據記錄是采用的外插U盤(pán)來(lái)保存數據；標配2G的電子硬盤(pán)。U盤(pán)保存數據的數據報警報表可在PC上直接打開(kāi)采用Excel電子表格打開(kāi)CSV格式的數據文件，或用微型打印機把報表打印出來(lái)。， 
    AI－2070C分體式無(wú)紙記錄儀配備微型打印機追憶記錄的溫度曲線(xiàn)數據。數據報表的打印。在觸摸屏上直接點(diǎn)擊打印按鈕可打印歷史數據、曲線(xiàn)。對數據曲線(xiàn)查詢(xún)打印。

四、結束語(yǔ)
    遠紅外加熱爐安裝完工并進(jìn)行調試后投入了運行。從使用情況看，應用AI程序型調節器控制效果良好。由于采用移項控制遠紅外輻射元件，使遠紅外輻射元件使用時(shí)間延長(cháng)，使操作簡(jiǎn)單、無(wú)紙記錄儀數據記錄完整管理方便。