厦门宇电自动化科技有限公司  开发部   邵平 
关键词：温度控制、数据记录仪

一、概述：
    温度控制分体式记录仪广泛应用在化工、热电、石化、制药、冶金、机械、电炉、热处理、食品、造纸及、科研实验等领域。作元素分析测定做烧结、一般小型钢件淬火、退火、回火等热处理时加热用，高温炉还可作金属、陶瓷的烧结、溶解、分析等高温加热用，特别适用于煤质分析试验，在煤的灰分、挥发分的测定以及煤灰成份的分析。

    温度控制记录仪对温度精确控制各类执行器可控硅、固态继电器、交流接触器、电动调节阀、气动调节阀、电磁阀等。

二、温度控制分体式无纸记录仪的系统架构　　
    创新应用【真彩人机界面触摸屏】组建宇电【真彩人机界面触摸屏+智能仪表相组合的分体式无纸记录仪】彻底改变了无纸记录仪的结构，进入了计算机应用的范畴。
    AI-2070真彩人机界面触摸屏，7英寸屏（16:9）、与AI系列仪表相连；可选2、4、6、12、18、24和36通道软件系统； 2G容量的U盘或SD卡。
    AI-3043S 真彩人机界面触摸屏， 4.3寸（16:9）、与AI系列仪表相连；可选2、4、6、8通道软件系统；
    AI-2010C多功能真彩人机界面无纸记录仪，10.2寸（16:9），与AI系列仪表相连；可选2、4、6、12、18、24和32通道软件系统；
    AI系列仪表基础上增加【真彩人机界面触摸屏】，实现了集中显示操作及无纸记录仪功能，系统外观更上档次。仪表和触摸屏之间采用光电隔离的RS485通信接口，每台温度调节仪表独立工作，总线连接即尊重传统，又领先潮流，符合“操作集中、危险分散”的工控产品设计要求。 RS485总线是一种最简单、最稳定、最成熟的工业总线结构 是一种用于设备联网的、经济型的、传统的工业总线方式。RS485具有连线简单，通讯距离大于1.2Km，能可靠用于工业现场。         

           
    系统组建简单易用、节约投资：从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，体现出相当的优越性。采用RS485现场总线型系统是现场仪表和控制系统输入输出之间的全数字化、双向、多站通信的系统。一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。使用户得以节约大量的电缆及补偿导线的费用。此外，在设计过程中充分考虑到现场技术与操作人员的实际需求，使用者完全不需要计算机专业技术知识，这要了解工艺对测量点、控制点的要求；选择仪表模块型号，从容掌握仪表模块的功能就可以，简单方便，即买即用。
    应用方便、自由控制：通电就能应用、自由自在来控制 具有触摸功能的实时显示器无纸记录仪。配合下位AI系列采集显示控制模块，来实现数据监控，PID调节或程序配方调节、远程手操器、开关量输出等功能；实现了AI系列产品RS485总线型智能化控制器集一体的自动识别超级终端，AI系列显示控制模块与HMI触摸屏的完美组合。看似简单的硬件、软件组合在一起二次开发出价格低、应用方便的监控系统组合产品。让系统组合、自由控制掌握在您的手中，方便留给用户，困难留给厂家。
    特别是烘箱加热控制系统：由调节控制、测量记录、和电源装置三个部分组成，温度控制器及镍铬 硅镍热电偶配套使用，电阻炉测量和控制均配制的AI人工智能数字式程序调节器来完成，小型控制柜内部装有超温保护输出控制交流接触器断电，温度控制采用移相触发器控制可控硅或过零触发可控硅电路和电流互感器，接线端子板等电气元件。温度控制器的温控仪表选用的是AI人工智能调节器，热电偶将炉内温度转换为电平信号，经过温控仪表内单片机控制参数自整定进行运算，控制输出至移相模块，经过VR的调节改变移相角的大小来控制可控硅导通角的大小来控制电炉的平均加热功率，当接近设定温度时，炉内断续加热最终保持炉内的设定温度。恒温时控按设定程序升温，程序是按【温度－时间－温度】的格式来程序升温，在恒温段时间保持恒温控温精密，进入保持状态后，温度波动小；具备多种温控器可供选择；
    测量记录采用了分体式无纸记录仪①可减少视读和人为操作误差，大大提高了工作效率； ②设有超温报警功能记录；提高了安全性及可靠性；③设有50段升温专用程序，可以按不同实验要求自行设定升温过程；④选配有通讯功能的仪表快速连接总线式无纸记录仪⑤AI分体式无纸记录仪是对老产品的改造和升级换代产品。

三、温度控制分体式无纸记录仪应用
1、温度记录仪功能
    每台加热炉的AI温度调节仪表，连接RS485通讯线即可使用；应用灵活：温度调节记录仪可选择连接2、4、6、8、12、16、18、22、32台AI温度调节仪表类；在记录仪上自由编辑选择AI温度调节仪表型号，写入加热炉设备位号如：【TIC-101】；连接仪表种类不仅包括各类温度PID人工智能调节，还可以调节压力、流量，电量等功能；AI产品任意组合，可任选智能调节器、手操器、单路或多路显示报警仪、流量积算仪或开关量输入输出模块操作功能；
    温度调节：每台加热炉AI智能仪表均独立执行PID控制功能，每个AI调节、测量单元可以独立显示操作：测量值、给定值、设置参数、自动手动无扰动切换、调整手动输出值、在数字无纸记录仪可设置程序曲线，编排的程序配方下传给温度控制的程序仪表；启动/运行/停止程序；精准调节每台电加热炉的可控硅移项触发器、调节阀来控制温度。系统随时可扩展。
    数据记录：在温度调节分体式无纸记录仪中插入U盘，标配2G ，记录数据可达数年。AI分体式温度调节无纸记录仪在发展过程中不断增强其软件及数据储存功能灵活应用适应现场的需求。默认自动导出U盘间隔为480分钟（8小时）；用户也可以随意设定导出时间间隔；
    用户需要取走U盘一定要点击【立即保存】的按钮，全部立即转存到U盘中。实时导出数据到U盘；U盘中导入数据格式为CSV的Excel报表，数据备份至计算机用CSV的Excel报表直接打开上。

2、安装方式
    AI分体式无纸记录仪是【上位机－真彩人机界面触摸屏】与【下位机－AI温度调节仪表】；【上位机－真彩人机界面触摸屏】采用盘面安装，【下位机－AI温度调节仪表】可选盘面或导轨安装方式。AI温度调节仪表总线连接，按地址排列，AI仪表独立运行、互不干扰、通电就能显示操作；触摸屏COM1通讯口采用【超5类屏蔽双绞线】2根线来连接AI仪表的通讯口A/B端；COM2通讯口具有随机打印功能。

3、开机界面                       
    画面有：【数据画面】【实时曲线棒图】【流程图】【历史曲线】快捷返回单台仪表的【仪表画面】通道。在同类页面按【上一页】【下一页】；同时具有【报表】、【报警】、【仪表设置】、【记录、导出设置】功能
    调节控制仪表在运行时采用双曲线运行方式，实时的看到测量值（PV）与给定值（SV）的比较，上下限或正负偏差，产生报警及时文字提示，现场仪表模块开关量输出连接保护连锁功能或报警蜂鸣器。

4、定制工艺流程图－触摸控制电机启停【干接点开关量输入、输出】
    用生动形象的图形画面来描述现场生产工艺流程，是整个工业现场的缩影。它不仅仅是一个图画，有控制按钮与现场实时数据同时显示，从而使得操作员具有十分直观的远程控制。软件编辑还可实现软PLC开关量输出的功能，时钟的记时控制、开关量输出记数功能。    

    在流程图中按钮是可用的：控制按钮连接AI-3013D5开关量8路继电器输出模块，地址设33号（软件已定制好），流程图中的开关按钮可控制4台电机启停；连接AI-3011D5开关量8个输入干接点，地址设37号，显示设备运行状态；点击流程图中的数据框如：【TIC-101】将回到该【实时画面】通道。根据客户要求可定制流程图或其他要求酌情处理。                  
    在流程图上变频器控制回路的应用：在流程图界面直接可控制AI-3013D5开关量输出模块控制变频器的【起停】；手动/自动控制仪表PID调节使变频器增减速度控制。
 
5、加热炉调节仪表主机型号说明
AI-808P功能增强型30+20段程序控制人工智能调节器；
AI-708P型30+20段程序控制人工智能调节器；
AI-518P型30段程序人工智能温控器；
AI-808功能增强型人工智能调节器（0.1级精度／手动输出／外给定／阀门伺服）；
AI-518/708型人工智能调节器（0.3/0.2级精度／0.24秒控制周期／多输入／模块化）;
AI-708J型手操器/伺服放大器（模块化／可延迟偏差报警功能／手自动缓变功能）；
AI-519/719型人工智能调节器（0.3/0.1级精度，上电软启动／V7.5版参数表）；

6、AI智能温度仪表调试
    AI智能温度调节器：是加热炉控温系统的核心部分。AI仪表首创性地采用了平台概念，将非常专业化的数字调节仪表转为平台化设计的产品，采用的是AI人工智能调节算法是采用模糊规则进行PID调节的一种新型算法，在误差大时，运用模糊算法调节，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，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。
    自整定方法：由于自整定执行时采用位式调节，经2~3次振荡后，仪表内部微处理器根据位式控制产生的振荡，分析其周期、幅度及波型来自动计算出M 5、P、t等控制参数。具有无超调、高精度、参数确定简单、对复杂对象也能获得较好的控制效果等特点。程序仪表自整定时请吧第一段程序设置为常用温度或最高温度来自整定 。。。。
    在使用过程中AI调节器 结合PID调节、自学习及模糊控制技术，实现了自整定/自适应功能，及无欠调的精确调节，性能远优于传统PID调节器。

四、行业应用案例
    在诸多温度控制中而不是单纯的温度控制，还需要实时的记录数据，采用温度控制记录仪【分体式无纸记录仪】就把调节仪表与记录仪有机的结合在一起，提供最佳控制与记录性能，解决了实际应用中的问题。
    当今陶瓷窑炉的发展方向是由过去提出的辊道化、自动化、煤气化、轻型化、大型化向绿色（环保、节能和智能型）窑炉方向发展。绿色窑炉的标准是低消耗（节能型），低污染（环保型）、低成本、高效率。实现绿色窑炉的努力方向是：研究新的自动控制方式和方法、降低窑炉风机电耗和噪音、研究先进的燃烧器、使用新型的耐火材料和涂料、建立废气净化研究检测中心。    实现绿色窑炉的目标是：燃料消耗进一步下降１０％－２０％、窑炉热效率提高１０％－２０％、电力消耗下降１０％－３０％、噪音和烟尘有较大程度的下降。这样对原有的窑炉控制手段和方法提出了更高的技术要求。    目前窑炉的控制方法，已由９０年代的手动调节控制发展为智能控制；由分散型控制变为集散型控制；温度由以前的单纯ＰＩＤ调节方法变为ＰＩＤ加上模糊控制的调节方法；传动由常规控制变为变频技术的线速度控制等。随着窑炉长度的增加（１５０－２５０ｍ）生产量的提高（６０００－１５００ｍ２／日），烧成周期的缩短（６０－３０ｍｉｎ）等因素变化，加上窑炉控制目标是一个多输入、多输出、多变量、大滞后、非线收的变化量，使得我们过去的控制方法越来越不适应当前窑炉的发展要求。随着计算机技术和电子技术的发展，计算机控制技术逐渐取代了传统控制技术。
    采用AI人工智能调节算法是采用模糊规则进行PID调节的一种新型算法，在误差大时，运用模糊算法调节，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，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。
    在使用过程中AI调节器 结合PID调节、自学习及模糊控制技术，实现了自整定/自适应功能，及无欠调的精确调节，性能远优于传统PID调节器。
    采用温度控制记录仪就把调节仪表与记录仪有机的结合在一起，提供最佳控制与记录性能，解决了实际应用中的问题。
1、高温炉类应用
试验室高温炉通常俗称马弗炉：是常用的工业电炉，是一种通用的加热设备.可分为箱式炉 管式炉 坩埚炉。炉壁是采用方形的耐火材料和保温材料，炉壁上缠绕电热丝。马弗炉系周期作业式，主要用于煤炭、电力、化工、建材、冶金、科研等部门以及大专院校的试验室作元素分析测定做。

2、周期式电阻炉类应用：箱式炉：台车炉(分为自行式和牵引式)，用作退火之用，加热后工件随炉冷却；井式炉：罩式炉(主要用于退火，加热罩可吊移)；转筒式炉：密封箱式炉(又称为多用炉，可进行渗碳、光洁淬火、碳氮共渗等热处理工艺；
3、隧道烘箱加热控制系统应用：退火炉主要由辊子传动系统和温控加热系统构成。分区加热。加热体采用铁鉻铝材料，使用温度为0～1100℃，采用镍鉻镍硅热电偶做为温度测量，使用加热电源为低压380V三相动力电源。加热体采用星形连接，它们布设在炉子的炉顶及炉底。新型温控加热系统由AI-808PAI5X3L1L1S4程序型温控调节器和三相可控硅触发回路及AI-2070分体式无纸记录仪等低压控制元件组成。
4、全自动化工烘干箱应用：蒸汽循环烘箱产品，经过多次升级换代达到国内外先进水平，平均热效率达70%以上，采用轴流风机循环，配用自动恒温系统，，采用AI-2070无纸记录仪智能化程序控温记录全过程的数据记录。它是利用蒸汽或电为热源，用轴流风机对热交换器对流换热的方式加热空气，热空气层流经过烘盘与物料进行热量传递。新鲜空气从进风口补充，废湿空气从排温口排出，不断的补充新鲜空气和排出废湿空气，这样来保持烘箱内适当的温度和相对湿度。本系列烘箱的最大特点是大部分热量在箱内循环，整个循环过程为封闭式，从而增强了传感，节约了能源。
5、真空热处理炉应用：真空热处理炉是机械制造四大基础行业(铸造、锻造、热处理、焊接)之一，是机械产品制造过程中一个十分重要的关键工序。真空热处理炉智能化程序控温，炉门自动开启，小车自动移动，炉火运动状态，
众所周知，热处理质量取决于热处理工艺及设备，先进的热处理设备不仅能正确完成热处理工艺而且兼有节能、防止污染功能，从而实现节能、精密和绿色热处理。
在真空热处理炉的电热元件为螺旋形，后墙和炉顶配热电偶，采用AI-2070无纸记录仪智能化程序控温，分别用于控制和记录炉膛温度及真空度。这些数据存储在AI-2070无纸记录仪数据库中。
6、可控硅温度控制器应用：工业电阻炉是一类具有非线性、大滞后、大惯性的常见工业被控对象。电阻炉广泛应用于化验室样品熔样，热处理中工件的分段加热和冷却等。根据工艺对温度精度的不同要求可以选用不同类型的PID调节器控制温度在适当的范围。
对于要求保持恒温控制而不要温度记录的电阻炉采用带PID调节的数字式温度显示调节仪显示和调节温度，输出0～10mA作为直流信号输入控制可控硅电压调整器或触发板改变可控硅管导通角的大小来调节输出功率，完全可以满足要求，投入成本低，操作方便直观并且容易维护。
 对于要求温度控制精度高，多点温度控制和记录的复杂控制系统采用AI-2070无纸记录仪是比较理想，输入输出模块组成控制系统取代以往的多个数字温度指示调节仪，不但实现了设备的升级换代，而且与以往的设备完全兼容。

五、结束语
    AI温度分体式无纸记录仪应用领域广泛，覆盖了工业、农业、交通、科技、环保、国防、文教卫生、人民生活，其产品已主要应用于化工、热电、石化、制药、冶金、机械、电炉、热处理、食品、造纸及、科研实验等领域。有着良好的市场需求和巨大的发展潜力。具体应用如：独立的电炉、窑炉控制、各种连续生产过程，更适用于有批量控制、流量累积的非连续生产和质检测试等需要间断显示记录的场合。系统贯彻了柔性设计理念，所有输入通道的信号类型均可随需设置更改，每个记录数据的存储时间可根据要求来设置记录数据采样间隔，并且能方便的转存于活动硬盘。该系统已在现场长时间稳定运行记录和有良好的用户口碑，是一款成熟可靠值得信赖的产品。