AI智能溫控儀表在多用途電爐上的應(yīng)用研究
衛(wèi)萬(wàn)軍
(廈門宇電自動(dòng)化科技有限公司北京分公司，北京 100000)
摘要：通過(guò)對(duì)新型人工智能溫控儀表在多用途電阻爐使用過(guò)程的研究，明確了多用途電阻爐的基本控制原理和溫度均勻性影響因素。結(jié)合過(guò)程中智能溫控儀表控制參數(shù)的調(diào)整，爐溫均勻性測(cè)定的驗(yàn)證，確定了AI智能溫控儀表在多用途電阻爐設(shè)備上應(yīng)用推廣的可行性。為多用途電阻爐智能化升級(jí)奠定了基礎(chǔ)，為多用途電阻爐溫度精準(zhǔn)化控制和爐溫均勻性調(diào)節(jié)提供了有力保障。
關(guān)鍵詞：新型AI智能溫控儀表 電阻爐 爐溫精確度 爐溫均勻性 智能控制
中圖分類號(hào): TH811. 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào):
Application of AI intelligent temperature control instrument in multipurpose electric furnace
Wei wan jun
（Xiamen Yudian Automation Technology Co., Ltd. Beijing Branch，Beijing 100000, China)
Abstract:Through the research on the application process of the new artificial intelligence temperature control instrument in the multi-purpose resistance furnace, the basic control principle and the influencing factors of temperature uniformity of the multi-purpose resistance furnace are clarified. Combined with the adjustment of control parameters of intelligent temperature control instrument in the process and the verification of furnace temperature uniformity measurement, the feasibility of application and popularization of AI intelligent temperature control instrument in multi-purpose resistance furnace equipment is determined. It lays a foundation for the intelligent upgrading of multi-purpose resistance furnace and provides a strong guarantee for the accurate temperature control and furnace temperature uniformity adjustment of multi-purpose resistance furnace.
Key words: New AI intelligent temperature control instrumentResistance furnaceFurnace temperature accuracyFurnace temperature uniformityIntelligent control
引言
隨著工業(yè)計(jì)算機(jī)的發(fā)展，帶動(dòng)了儀器儀表行業(yè)的革新。近年來(lái)溫度控制器實(shí)現(xiàn)了蓬勃發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也非常普遍。在專業(yè)的溫度控制領(lǐng)域，智能溫控儀表給溫度控制帶來(lái)質(zhì)的飛躍。人工智能儀表在溫控領(lǐng)域的應(yīng)用具有很強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，有效解決了傳統(tǒng)儀表所不能解決的難題。并且新型智能溫控儀表給各類大型加熱設(shè)備帶來(lái)質(zhì)的改變。不僅簡(jiǎn)化了控制過(guò)程，也提升了儀表的可靠性，使其能夠更加精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的管控，提升溫度反饋時(shí)效，進(jìn)而提升溫度控制精度。另外，AI智能溫控儀表的應(yīng)用為各類大型加熱設(shè)備提供了智能“大腦"。讓設(shè)備的智能化運(yùn)行成為可能。在多用途電阻爐上的應(yīng)用推廣具有行業(yè)發(fā)展劃時(shí)代的意義，使多用途電阻爐實(shí)現(xiàn)了智能改造，使工業(yè)4.0的理念深入到加熱設(shè)備行業(yè)。
1、新型AI智能溫控儀表的特點(diǎn)
新型AI智能溫控儀表采用模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊具有獨(dú)立的控制芯片，按鍵人性化布置，簡(jiǎn)單易調(diào)節(jié)，符合常規(guī)思維調(diào)控。具體技術(shù)特點(diǎn)如下：
（1）新型AI智能溫控儀表輸入可自由選擇熱電偶、熱電阻、電壓、電流并可擴(kuò)充輸入及自定義非線性校正表格,測(cè)量精度達(dá)0.1級(jí)。
（2）新型AI智能溫控儀表采用先進(jìn)的AI人工智能PID調(diào)節(jié)算法,無(wú)超調(diào),具備自整定(AT)功能及全新的精細(xì)控制模式。
（3）儀表采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu),提供豐富的輸出規(guī)格,能廣泛滿足各種應(yīng)用場(chǎng)合的需要,且維護(hù)方便。
（4）儀表重視節(jié)能與環(huán)保的設(shè)計(jì)理念,采用高品質(zhì)元件實(shí)現(xiàn)低功耗與低溫漂,有效節(jié)約客戶能源。每秒12.5次測(cè)量采樣數(shù)率,最小控制周期達(dá)0.24秒,能適應(yīng)快速變化對(duì)象的控制精度。
（5）表采用人性化設(shè)計(jì)的操作方法,易學(xué)易用。允許自編輯操作權(quán)限及界面,并可自設(shè)定密碼,形成“定制"自己的儀表。
（6）儀表可使用全球通用的100-240VAC輸入范圍開關(guān)電源或24VDC電源供電,并具備多種面板及外型尺寸供選擇。
（7）AI智能溫控儀表抗干擾性能符合在嚴(yán)酷工業(yè)條件下電磁兼容(EMC)的要求。
（8）AI智能溫控儀表為多環(huán)境適應(yīng)性多用途溫控儀表，可以使用在各類加熱設(shè)備上。AI智能溫控儀表在使用前應(yīng)對(duì)其輸入、輸出規(guī)格及功能要求來(lái)正確設(shè)置參數(shù),只有配置好參數(shù)的儀表才能投入使用。
2多用途電阻爐溫度控制研究
2.1多用途電阻爐規(guī)格參數(shù)
多用途電阻爐由國(guó)內(nèi)某廠家設(shè)計(jì)生產(chǎn)，電爐尺寸大，密閉性優(yōu)良，爐外為中低碳鋼面板，爐內(nèi)采用耐火材料和工業(yè)石棉隔熱，爐底板由耐火磚和高級(jí)耐火金屬組成。爐內(nèi)設(shè)計(jì)12組加熱元件。加熱爐由四個(gè)高性能的可控硅電爐溫度控制柜供電控制，詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
表1 多用途電阻爐技術(shù)參數(shù)
此多用途電阻加熱爐在2017年投入使用，主要用來(lái)做大型合金鍛件的退火、回火。經(jīng)過(guò)多年的高負(fù)荷使用，目前整體運(yùn)行正常，但生產(chǎn)產(chǎn)品合格率降低。用戶對(duì)多用途電阻爐的性能提出疑問(wèn)，對(duì)電阻爐的控制性能提出改造需求。
2.2AI智能溫控儀表在多用途電阻爐上的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，目前多用途電阻加熱爐使用溫度控制儀表為常規(guī)手動(dòng)控制儀表，爐膛存在四個(gè)加熱區(qū)域，爐外采用控制柜控制設(shè)備啟停。加熱爐運(yùn)行時(shí)的溫度調(diào)節(jié)都是通過(guò)使用人員手動(dòng)輸入控制溫度實(shí)現(xiàn)。儀表在現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境下運(yùn)行正常。通過(guò)對(duì)加熱爐內(nèi)部控制系統(tǒng)的檢查，控制箱體內(nèi)可控硅及電器系統(tǒng)正常，加熱爐熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線正常。
實(shí)驗(yàn)首先對(duì)加熱爐進(jìn)行了多點(diǎn)測(cè)溫，探究爐溫均勻性，測(cè)溫點(diǎn)布置按國(guó)標(biāo)執(zhí)行，測(cè)溫方案：空爐測(cè)溫，按國(guó)標(biāo)設(shè)置10個(gè)測(cè)溫點(diǎn)（如下圖）。溫度設(shè)定如下：400℃×3h→620℃×7h→停電降溫（ 閉合爐門），爐冷至300℃時(shí)開爐空冷。測(cè)溫點(diǎn)示意圖如下：
圖1爐膛測(cè)溫點(diǎn)布置
通過(guò)近16個(gè)小時(shí)的溫度運(yùn)行，采集了加熱爐內(nèi)部個(gè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)處理，生成了如下圖2測(cè)溫曲線，從測(cè)溫曲線可以看到，爐膛溫度運(yùn)行整體的一致性較好。但是在保溫初期，均會(huì)出現(xiàn)各個(gè)點(diǎn)溫度不均勻的現(xiàn)象。爐溫隨著測(cè)溫時(shí)間的延長(zhǎng)，有均勻化的趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)保溫時(shí)間段個(gè)別時(shí)間點(diǎn)溫度的記錄，發(fā)現(xiàn)各個(gè)點(diǎn)最大溫差達(dá)到27°左右。
表2 多用途電阻爐保溫階段溫度采集個(gè)別時(shí)間數(shù)據(jù)
圖2爐膛測(cè)溫點(diǎn)溫度變化曲線
針對(duì)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分別對(duì)四個(gè)控制柜儀表進(jìn)行了更換，全數(shù)采用新型AI智能溫控儀表，儀表正面面板控制圖和背面接線示意圖如下：
圖3 AI智能溫度控制儀表正反面示意圖
多用途電阻爐更換AI智能溫控表后，其工藝參數(shù)設(shè)計(jì)可以一次性載入，過(guò)程中不需要人工調(diào)節(jié)控制溫度，AI智能溫控儀表參數(shù)如下：
表3 AI智能溫控儀表技術(shù)參數(shù)
工藝溫度控制案例如下：
圖4工藝曲線可以按如下步驟進(jìn)行設(shè)定：
第1段 SP 1=100.0 t 1=30.0 ；100℃起開始線性升溫到SP 2，升溫時(shí)間為30分鐘，升溫斜率為10℃/分。
第2段 SP 2=400.0 t 2=60.0 ；在400℃保溫運(yùn)行，時(shí)間為60分。
第3段 SP 3=400.0 t 3=120.0 ；降溫到SP 4，降溫時(shí)間為120分，降溫斜率為2℃/分。
第4段 SP 4=160.0 t 4=0.0 ；降溫至160℃后進(jìn)入暫停狀態(tài)，需執(zhí)行運(yùn)行（run）才能繼續(xù)運(yùn)行下一段。
第5段 SP 5=160.0 t 5=-1.0 ；跳往第1段執(zhí)行，從頭循環(huán)開始運(yùn)行。
AI智能溫控儀表更換后再一次對(duì)爐膛溫度進(jìn)行了測(cè)量，采用前期一致的測(cè)溫工藝。結(jié)果顯示10個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度最大相差不超過(guò)10℃，如下表3，整體運(yùn)行曲線如下圖4：
表4 多用途電阻爐更換智能儀表后保溫階段溫度采集個(gè)別時(shí)間數(shù)據(jù)
圖4多用途電阻爐采用AI智能溫控儀表后的測(cè)溫曲線
通過(guò)對(duì)AI智能溫控儀表的應(yīng)用，多用途加熱爐溫度均勻性明顯大幅度改善。溫度控制更加精準(zhǔn)，讓用戶的使用更加便捷更加放心。通過(guò)近半年的使用，對(duì)客戶的使用效果進(jìn)行回訪，客戶反饋儀表運(yùn)行良好，有效提升了熱處理工件的合格率。效果得到客戶的肯定和認(rèn)可。
3結(jié)論
新型AI智能溫控儀表可以推廣應(yīng)用在多用途電阻加熱爐上。
通過(guò)測(cè)溫試驗(yàn)，多用途電阻爐溫度控制不均勻與儀表的需用存在較大關(guān)聯(lián)，AI智能溫控儀表可以實(shí)現(xiàn)智能工藝設(shè)定和運(yùn)行，可以大幅度提升多用途電阻爐的溫度控制精度和爐溫均勻性。
AI智能溫控儀表通過(guò)接線安裝調(diào)試，過(guò)程簡(jiǎn)單，參數(shù)調(diào)節(jié)方便，功能全面，可以滿足工業(yè)電阻爐的使用控制需求。
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