宇电AI-808调节器在中国铝业高温氧化铝生产工艺中的应用

摘要：叙述宇电AI-808调节器成功地在中国铝业某化学品车间高温氧化铝制造工艺过程中的应用。介绍系统的生产工艺流程、结构组成及过程控制的实现，该控制系统充分采用标准化、模块化、系统化进行设计，配置灵活、组态方便，从而大大提高系统的可靠性及降低设备的生产成本，现场应用效果较好。

关键词  AI-808 调节器  配料系统  过程控制  比例调节 

1、概述
    低铁、低硅、高白原晶等超细氢氧化铝系列产品，是从生产过程中直接分离出来的，它的粒径在0.8-1.0μm之间，具有均匀、单晶的结晶形态。超细物料的烘干，在超细产品的生产中是道非常重要的一道工序。产品烘干的品质直接决定产品的质量、售价与市场。这就要求烘干温度和物料量成一定的比例关系。该系统中除正常的控制系统外，宇电AI-808调节器起到了举足轻重的作用。

2、系统工艺过程和结构组成
2、1系统工艺过程
    超细氢氧化铝和硼酸由上道分别通过调速皮带秤和定量给料机按照配方混合给料，通过螺旋给料机后送入高温回转窑进行烧结，再经过冷却筒冷却，生成高温氧化铝，zui后经过定量包装秤包装成成品入库。

2、2系统结构组成
    系统主要对2种物料进行配比（如硼酸和氢氧化铝），主要由原料车间车间主皮带、定量给料机（调速皮带秤）、硼酸定量给料机、螺旋给料机、高温回转窑、冷却筒、成品包装秤和1台工业控制微型计算机及组态软件等组成。其中定量给料机（内嵌电子皮带秤）主要由仪表控制柜（内嵌电脑积算仪和AI-808智能调节器等）、变频器柜组成。其结构组成如图1所示。

图1  系统结构组成图

3、控制系统工作原理
    系统运行时，下料控制主要是通过电子配料皮带秤对输送的物料进行计量，由控制仪表接收称重信号和速度信号，经处理后转化为累计值和瞬时流量，并将累计值、瞬时流量信号由RS-485口传送给工业控制机（上位机）、以4～20mA模拟电流信号传送给宇电AI-808调节器，PID调节器将该信号与DCS送来的设定值进行比较运算后，将4～20mA的模拟信号送给变频器，再由变频器去调节输送机的转速，当流量增大时，降低输送机的转速，反之提高输送机的转速，从而使得输送物料的流量和阶段累计量均保持在设定的范围内，进而得到可靠的产品质量。
闭环控制系统结构框图如图2所示：

图2  闭环控制系统结构框图

3、系统配置方案及其实施
3、1上位机单元
    上位机采用研华IPC-610工控机，采用SIEMENS组态软件，256点。它能与称重控制仪表和AI-808智能调节器进行通讯：读取数据，发送数据；并与PLC进行的通讯：读取I/O状态，发送I/O指令；具有报警、故障查询及打印功能；组态画面真实反映实时状态；工程设定及配方输入多样，适应工况能力较强；软件设有不同的访问权限，可让不同权限的人操作不同的内容。现场控制柜如图3所示。
 
图3  现场控制柜
 
3、2下位机单元
（1）称重控制仪表
    称重控制仪表是电子皮带秤的核心部件，它接受来自秤体上的重量信号和速度信号，并计算出瞬时流量和累计量，可显示累重、瞬时流量、皮带速度、皮重、报警信号内容。并通过4～20mA线性模拟输出将瞬时流量信号传送给AI-808调节器。
（2） 宇电AI-808人工智能调节器
    该系统选用宇电AI-808型（V7.0版）调节器，该调节器和V6.5版调节器比较，采用了新的接线端子排布方式，全新设计的具有10个LED指示灯的显示面板；增加了加热/冷却双输出功能，第二输出可自由定义为电流或时间比例输出规格；报警采用单边回差；支持多达4路报警及事件输出操作；采样速率提升1倍，能实现更快速的阀门控制。
在AI-708型调节器的基础上还具备手动/自动无扰动切换操作功能，具备手动自整定和显示输出值等，以及用作伺服放大器直接控制阀门位置的比例输出。AI人工智能调节器可显示测量值和设定值，具有先进的AI人工智能调节算法,无超调, 自整定AT功能和自动/手动双向无扰动切换及用户参数编程等功能；同时还带有4～20mA线性模拟输入输出、RS-485串行通讯接口及继电器报警输出等接口。它与一般的PID调节器相比，由于采用模糊规则进行PID调节，能在降低超调的同时提高响应速度。而一般PID算法能地控制被调节对象，但有超调大、PID较难确定、对扰动恢复慢等缺点。采用模糊调节算法，能适应大滞后对象，超调小，易确定参数，但它控制的效果比较差，控制曲线会产生微小的锯齿形波动。 
    AI人工智能调节器的调节算法一方面对PID算法加以改进，如在PID调节中增加微分积分作用；另一方面又采用模糊调节规则，在误差较大时，运用模糊算法进行调节，以*消除PID饱和积分现象。当误差趋小时，采用改进后的PID算法进行调节，具有无超调、高精度控制、参数确定简单等特点。
人工智能调节算法具备学习功能，能自动学习系统特性。当自整定完成后，即使初次控制时效果较差，第二次使用时也能获得非常的控制。
    该系统中通过AI-808调节器接收电脑积算器发送来的4～20mA瞬时流量信号，通过与自身设置的目标值进行比较，发送4～20mA的信号给变频器，通过变频器来控制圆盘给料机，从而达到预定的配比，由此可见AI-8-8调节器在本系统中的重要性。该系统中AI-808调节器的具体型号为AI-808AI4-X-L1-L1-S4-N。具体设置见表一：
表一AI-808参数表
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）可编程控制器
选用SIEMENS公司生产的S7-300型PLC，电源307-1KA01-0AAC一块,CPU315-2AG10-0AB0一块,网络适配卡CP343-1 一块，数字输入模块321-1BH02-0AA0十块，数字输出模块322-1BH01-0AB0四块，模拟量模块SSM331-TKF02-0AB0八块。编程软件为WINCC组态软件等。
（4）变频器
变频器选用富士公司生产的FRN3.7G11S-4CX。

4、结束语
    该系统07年11月份验收投入使用，通过用户现场半年多时间的使用情况来看，系统的可靠性好，操作简单，维护方便，系统的精度高，不但保证了产品的质量和产量，同时又克服了环境污染问题，为企业创造良好的经济效益，系统的稳定可靠与AI-808调节器的稳定可靠性是分不开的，是宇电AI-808在有色金属方面应用又一经典案例。
 

作者介绍：工程师，主要从事自动化控制和过程控制，现在省部级以上杂志发表科技论文近40篇。本人先后在合钢、新钢等焦化厂，催化剂厂、有色、化肥厂等相关行业多次使用过AI-808调节器，现场使用效果良好。