王中原 李志平

(中物院电子工程研究所，四川 绵阳 621900)

AI-808P仪表在电加热炉远程集中控制改造中的应用

王中原 李志平

(中物院电子工程研究所，四川 绵阳 621900)

以利用AI-808P数显温控表对十余台电加热炉进行升级改造为例，具体介绍了改造的方法及实现的技术途径。改造后，通过RS485通讯实现了对多台分散布局的电加热炉的远程集中控制和管理。

加热炉；改造；远程控制

0 引言

某生产线现场原有十余台不同型号的加热炉，采用电加热方式，这些加热炉根据工艺需求分散布局于现场不同地方。原有的加热炉采用现场、分散独立控制，无论是对加热炉的控制，还是对加热炉的状态监测以及温度记录方式都相对落后，因此对加热炉原有的控制方式进行了改造。改造后实现了对加热炉的远程集中控制和状态实时监测及管理，极大地提升了生产效率和工艺自动化水平。

1 改造前状态

改造前这些加热炉分散布局于生产线现场不同地方，每次生产工艺开始前都需要操作人员分赴现场对各个加热炉进行加热过程温度参数和目标温度参数设置。由于这些加热炉型号老旧，涉及多个型号、加热主回路不同、采用的温控表不尽相同、温控表的参数设置方法各异，因此需要操作人员记住多种型号的温控表参数设置方法，对操作人员有一定要求。此外，在生产工艺进行过程中，还需操作人员定时往返于现场对各加热炉的温度进行监测、抄写记录，工作量大且繁琐，易出错。

2 改造后目标

改造后目标：各加热炉的控制方法统一，能实现远程集中控制和状态管理，提升控制自动化水平。改造后具体要求实现以下功能：(1) 各加热炉工艺参数设置方法相同，降低了操作人员设定工艺参数要求；(2) 远程实现各加热炉开启、关闭和工艺参数设定；(3) 各加热炉升温速度可调；(4) 实现对各加热炉的远程状态管理，能实时显示各加热炉的过程温度并自动记录，便于历史查询；(5) 当某一加热炉超温时系统能自动报警并告知是哪台加热炉超温，便于远程采取相应处理措施。

3 改造方案

3.1 系统结构

为了实现对这些分散的加热炉的远程集中控制和管理，在改造中采用了计算机控制。为了便于以后系统扩容，控制系统采取了开放式设计，即使以后有新增加热炉也可纳入该系统进行集中控制和管理，而不需要对该系统做较大的改变，以便提高效率和节约成本。通过对原有加热炉的状态检查分析，发现这些加热炉一共来自于3个不同厂家，一共涉及4个型号，采用4种不同的温控表。除了一款温控表带通讯功能外，其余温控表均不带通讯功能。为了实现远程集中控制并且在最大程度上不改变各加热炉原有结构以及加热回路和控制回路，需要将原有的温控表升级更换为带通讯功能的温控表。同时由于这些加热炉后端加热回路和控制回路不一致，因此升级后的温控表必须根据加热回路具体的控制信号类型选配不同的输出模块。由于这些加热炉分散布局于现场各地，相互之间相距较远，因此需采用具备RS485通讯接口的温控表。由于计算机自带串口多为RS232通讯接口，因此必须进行RS485—RS232通讯转换。改造后的系统结构如图1所示。

图1 加热炉集中控制、管理结构图

3.2 温度检测与加热控制

为了不改变原有加热炉结构，各加热炉原有的温度检测单元、电加热主回路、加热控制信号均不做改变。仍然采用各加热炉原有的测温传感器，包括热电偶和三线制温度传感器Pt100。虽然这些传感器类型不尽相同，但是只需要按照更换后的温控表接线方式接入并且在上位机设定对应的传感器类型即可，这样就在最大程度上保持了烘箱的原有结构。温度检测回路如图2所示，图中所示为三线制铂电阻组成的测温回路；热电偶测温方式类同，区别仅在具体接线方式上。

图2 测温回路

因原加热炉有3种型号的温控表不具备通讯接口和程序段控温功能，故必须进行更换升级。厦门宇电公司的AI-808P数显温控表采用先进的AI人工智能调节算法，超调小，具备自整定(AT)功能、拥有手动/自动无扰动切换功能和程序分段控制功能。该温控表具备5个功能模块插座：辅助输入、主输出、报警、辅助输出及通讯接口模块，最能满足本改造对仪表的需求。仪表的信号输入类型可以自由设置为各种常用的热电偶、热电阻，能够满足这些加热炉各种不同类型测温传感器的接入需求；同时还可根据加热炉加热回路控制信号不同分别选配可控硅无触点开关输出模块、SSR电压输出模块和可控硅触发输出模块。此外，为了实现通讯，每块仪表均要求配置带电气隔离的RS485通讯模块。

3.3 上位机及监控软件

计算机在整个测控系统中处最上层，相对于各受控加热炉称为上位机；其作用为通过与AI-808P数显温控表通讯，实现加热控制参数的设置和对各加热炉状态及温度的实时巡检。

工艺操作人员通过上位计算机实现人机对话，通过操作界面将操作指令和工艺参数下传给温控表，同时读取各加热炉反馈回来的温度并实时记录。即工艺人员通过上位机将过程控制参数、目标温度参数、温度报警阈值等参数传递给各温控表，由温控表内置的人工智能算法对各加热炉进行实时控温，上位机仅负责监测、管理和温度数据的处理。

监控组态软件采用宇电公司的AIDCS9.0网络版，便于以后与其他设备进行联网控制。该组态软件安装在上位计算机，与AI仪表配套使用，共同构成测控系统，通过RS485通讯控制现场AI仪表就像直接操作仪表设置参数一样。

下面简要谈一下AIDCS9.0监控软件使用方法。使用前首先需要通过仪表按键设置AI-808P控温表地址，这样监控软件才能对其进行操作，注意地址相互之间不能重复。第二，通过监控软件对各温控表按照设置的实际地址进行配置，如图3所示。第三，配置好各加热炉温控表地址以后就可以通过监控软件设置各温控表的参数，需要设置的参数主要包括：接入的温度传感器类型、显示的小数点位数、上下限温度以及报警阈值。其中比例、积分和微分3个参数可以手动设置，但最好通过仪表的自整定来确定。即用户在仪表实际控温范围的50%～80%内利用仪表的自整定功能确定P、I、D 3个工艺参数，这样就可以省去人工调试P、I、D参数的麻烦，大大缩短调试时间并且提高控温精度。同类型的加热炉这3个参数大致相同，可直接使用。温控表参数设置如图4所示。

图3 仪表地址配置

图4 温控表参数配置

当这些基本参数设置完毕以后就可以进行工艺参数设置，工艺参数主要是指某台加热炉具体的程序段控温参数、目标温度参数和报警阈值等。图5为程序段控温参数设置画面，可以根据工艺需求实现多达30段程序控温。

图5 程序段控温设置

每设置完毕一台加热炉的控温参数均需单独下载。参数设置完毕后就可以运行监控软件对加热炉实施控制和状态监测了。图6所示为某台仪表的监控画面，可以从该监控子画面清楚地看到该台加热炉设定的目标温度SV值、当前温度PV值及输出控制信号MV值。通过该监控软件，可以根据工艺需求定时记录各加热炉的实时温度并产生电子表格报表；用户根据需求可查询任意时间段历史数据。

图6 仪表实时监控画面

4 结语

通过利用AI-808P数显智能温控表和AIDCS9.0监控组态软件成功地实现了对十余台电加热炉的升级改造，改造后实现了对多台分散布局的电加热炉的远程集中控制与管理，满足了工艺生产需要，极大提升了工艺的自动化水平，同时降低了设备故障率，具有较大的经济效益和社会效益。

[1] 宇电.AI V7.0人工智能工业调节器使用说明书[Z]

[2] 刘林虎.新型温控装置在天津炉控温系统中的应用[J].仪表技术与传感器，2006(4)

[3] 张晓林.AI仪表在RS-485通信中的应用[J].现代制造，2006(16)

2014-08-27

王中原(1970—)，男，四川绵阳人，高级工，主要从事机电一体化工作。

李志平(1966—)，男，四川绵阳人，技师，主要从事机电一体化工作。