? ? 廈門宇電儀表銷售：王工， 編者按：燒結配料作為鋼鐵生產的基礎工序，其自動化的作用日益突現。盡管大多數燒結廠都很重視，也投入資金了自動配料，有的甚至改造過不止一次，耗費了大量資金。但較終能可靠運行，性能投入資金比高的則為數較少。萊蕪鋼鐵廠針對工廠配料工藝要求，采用基于現場儀表通信的集散控制系統，經過一年多的實踐，實現了運行可靠、性能投入資金比高的目標，為燒結廠配料自動調節系統的改造設計積累了經驗。 關鍵詞：現場通信 集散控制 燒結配料 HART 人工智能調節器 1、萊鋼1#燒結機配料工藝設備概況 ????燒結配料工序是將生產燒結礦所需的混勻鐵礦粉、燃料（焦粉）、溶劑（石灰石、白云石、生石灰）及冷、熱返礦，按照高爐冶煉要求及各種料的化學成分進行配料計算，確定各種料的配料比例，通過重量檢驗及控制給料設備，實現配料。萊鋼燒結機配料室共17個使用的料倉，詳情見下表： 倉號 1#-5# 6# 7# 8# 10# 11# 12# 13# 14# 15# 16# 17# 18# 物料名稱 混勻礦粉 焦粉 焦粉 煤粉 石灰石 白云石 生石灰 冷返礦 熱返礦 給料方式 圓盤 圓盤 拖料 圓盤 圓盤 圓盤 螺旋 拖料 圓盤 控制方式 變頻器改變給料量 2、設計方案的特點 ????針對傳統燒結配料自動控制系統存在的問題，深入分析現場工藝及管理狀況，結合較新測控實用先進技術，設計方案特點如下：2.1 系統采用基于現場儀表通訊的集散控制方式????本設計將皮帶秤、沖板流量計、雷達物位計、人工智能調節器等通過具備現場通信功能的宇電智能儀表與上位機通訊連接，組成基于現場通訊的集散控制系統。該現場儀表通訊采用的是基于主從協議原理的HART通信協議。其特點為通訊只有讀寫兩條指令，上位機軟件編寫容易，并可用PC機作上位機，應用其軟件資源豐富，發展較快的優勢。與模擬傳輸相比，具有易于調試維護和更高精度的優點。????該系統具有以下優點：（1）可靠性高。???? 采用光電隔離技術將通訊接口與儀表其他部分線路隔離。當通訊接口或線路發生故障時，皮帶秤、調節器仍能正常工作。由于采用低電平數字信號且相位連續平均值為零，抗干擾能力強。接線簡單、維護方便，數據傳輸準確。單機間檢驗控制設備之間故障不蔓延，上下位機之間故障不擴散，故障對整個系統的影響減至較小，大大提高系統的可靠性。手、自動轉換方式靈活多樣。既可在上位機，也可在基本調節器，還可在變頻器及操作箱上轉換，解決了故障時應急慢的問題。（2）上位機數據處理能力強，監控程序功能更豐富。???? 由于以通訊方式采集數據，同時單機的部分統計數據由下位機完成，使得上位機主要進行系統數據的處理，可騰出更多的時間和內存處理功能更豐富的應用程序。（3）投入資金省。???? 上位機不用模擬量輸入輸出模塊及相應盤柜，也免去了熱備上位機。同時，增加單機時無須再添公共部分硬件，節省系統擴充費。另外，節省信號電纜及安裝調試費。還對使用和維護人員素質要求低，節省培訓費。2.2 硬件設備先進實用，維護工作量小（1） 針對一般皮帶秤維護工作量大，抗干擾能力差的問題，選用秤架免維護、稱重毫伏信號現場數字化和變為4-20mA信號的皮帶秤。（2） 選用先進實用沖板秤檢驗白灰、熱返礦流量????白灰、熱返礦流量的連續檢驗是燒結配料的一大難題。 過去，一般用螺旋秤檢驗白灰，兩臺皮帶秤或核子秤檢驗一個熱返礦下料點，均工作不穩定、維護工作量大、精度低、投入資金高。本設計選用先進實用的沖板秤檢驗。其差動放大器用高精度稱重傳感器代替，既提高了穩定性及檢驗精度，又降低了維修工作量和技術要求。同時，使用陶瓷耐磨沖板，解決了鋼沖板壽命短的問題。另外，其流量信號用皮帶秤稱重模塊處理，解決了與上位機匹配問題。（3） 基本控制器選用先進的人工智能調節器????能否實現高精度自動調節，正確選擇調節器是關鍵。本設計選用廈門宇電AI-808型具備現場通訊功能采用模糊規則進行PID調節的人工智能調節器。與一般調節器相比，它能在降低超調的同時又提高響應速度。在誤差大時，運用模糊算法進行調節，以完全清理PID飽和積分現象；當誤差趨小時，采用改進后的PID算法進行調節。具備自動學習系統特性及給定值和測量值的改變分別處理的功能。具有多種設定方式，既可直接在其面板按鍵上手動數字設定，還可在其外給定端子上模擬量設定。為防止異常超調，還具有控制量上、下限預設定功能 。同時調試簡單，對正常生產影響小。結構型式為熱拔插式，更換方便快捷。（4）選用先進的雷達物位計檢驗白灰、熱返礦倉料位????白灰、熱返礦倉料位傳統檢驗方式為稱重式、重錘式、手工探尺，均維護難及維修工作量大、不可靠。我們選用準確、可靠、免維護的雷達物位計檢驗。2.3 應用程序功能新穎、實用、豐富????應用程序采用可視化性能良好的VB6.0編寫。與一般配料監控程序相比，本系統監控程序功能更新穎、實用、豐富，且人機對話能力強，突出表現為：（1）啟動緊急信號方式采用超差反時限語音啟動緊急信號????傳統啟動緊急信號大多為瞬時量或長期連續累積量聲光啟動緊急信號。由于給料方式的限制(下料不均) 瞬時量啟動緊急信號要么頻繁誤啟動緊急信號(來不及處理就恢復了)；要么超差不啟動緊急信號(偏差大)而漏啟動緊急信號。連續累積量啟動緊急信號，也因累積時間過短或過長而誤報及漏報。同時，確認啟動緊急信號對象時還要與顯示器畫面配合。我們采用超差反時限啟動緊急信號。即以一定累積量（誤差）及時間間隔（較短處理時間）為啟動緊急信號條件，瞬時量誤差連續累積并以通訊方式傳至上位機，其累積量在單位時間內越大，則啟動緊急信號時限越短，反之，啟動緊急信號時限越長。同時，瞬時量偏差過大時直接啟動緊急信號。這樣既不誤報也不漏報。另外，采用語音廣播系統，自動直接報出啟動緊急信號對象并提示原因和處理措施。既縮短了啟動緊急信號確認及處理時間，也不需要操作人員盯著畫面，減輕了其疲勞程度。（2）解決了料批控制難題 ????傳統模擬集中控制系統要實現變料料批控制，上位機與調節器之間為模擬量設定，硬件結構復雜。我們采用在上位機預設定變料值后，以現場通訊方式改變調節器設定值，按料頭料尾對齊的原則自動發送，變料時間短，較長時僅90秒（僅由混合料皮帶機速度及料倉間距決定），調節器不超調，減少了因變料波動帶來的惡性變料及生產不穩問題。在緩料停機時也不需與電氣聯鎖。（3）宇電AI-808真實實現手、自動無擾動快速切換????傳統手、自動無擾動快速切換是指切換瞬間手﹑自動瞬時輸出值相等。而在配料自動調節中，手、自動無擾動快速切換要求的是切換前后控制量或被控量平均值相等，這就必須先計算切換前控制量或被控量平均值，然后再切換，才能達到對工藝的影響較小，真實實現手、自動無擾動切換。顯然，傳統意義上的瞬時量手、自動無擾動快速切換不適用于此。因此，我們利用現場通訊在手動向自動切換時，先在上位機跟進計算出當時每分鐘被控量平均值；將此值作為自動初始時的給定值；在自動向手動切換時，先在上位機跟進計算出當時每分鐘控制量平均值，將此值作為手動初始時的控制值。再將它們設定到人工智能調節器上，較后進行平均值的手、自動無擾動快速切換。實現了一次轉換成功，解決了以往手﹑自動切換時，須進行多次修改控制量或設定值，仍很難達到切換要求值，造成生產波動及延長達到穩定時間的問題。2.3.4 自動修正各秤校零、校秤后對應調節器的原設定值????根據校零、校秤前后零點變化量及準確度變化，自動計算出與原設定值對應的新設定值，確保新設定值與原設定值實物量相等，避免了因校零、校秤帶來的附加誤差，保持了生產的連續性。而一般配料系統無此功能。2.3.5 實現了超差、換倉、斷、變、緩料自動記錄及按時間查詢，解決了配料工序實時監督工藝紀律的難題。????當發生以上啟動緊急信號時，顯示器自動彈出具有啟動緊急信號對象、啟動緊急信號原因、處理方法、值班人等內容的對話框，值班人逐項進行確認。明確了責任，強化了操作人員的自律意識，為正確分析波動原因打下了基礎，有利于工藝技術水平穩定提高。2.3.6 歷史趨勢圖縱坐標分兩個比例段，確保了大小流量在同一畫面均清晰分辨瞬時量變化趨勢。2.3.7 在上位機顯示器集中查看、修改各秤參數，校秤方便。2.3.8 料倉料位虛擬指示初始料量減下料量為剩余量，無須料位計也可較準確指示料位。2.3.9 以數據打包方式無誤差遠傳配料信息，并可異地查詢，實現了配料信息共享，提高了工藝管理水平。2.3.10 配比設置靈活多樣。既可按工藝配料計算公式，輸入有關成份及總量后，自動計算設定量，也可手工計算后逐個輸入設定值；既可在上位機上按料批控制要求統一預設定，也可在各基本調節器上分別設定。2.3.11 單機歷史統計數據存放在其相應模塊中，節省上位機時間及內存，系統擴充余地加大。2.3.12 計量單位可在t/h及kg/m之間點擊互換，方便現場驗證。2.3.13 顯示畫面設有幫助菜單, 方便操作及維修人員學習掌握。 3、效果 ????經兩年來的運行實踐表明，系統工作穩定可靠，減輕了操作及維修人員的勞動強度。由于自動檢驗調節，大大減少了人工跑盤稱料，可以騰出更多的時間巡檢，及時發現處理隱患，進而減少了突發性事故及其處理工作量。同時，啟動緊急信號準確及時，也減少了干擾和處理故障的工作量。特別是變料及手、自動轉換一次到位，既增強了控制實時性，提高了控制準確度，又減輕了反復稱料的勞動強度。人機界面直觀，功能操作簡單，還設有幫助菜單，方便易學。監控程序人機對話能力強，方便工藝管理，提高了操作人員的責任心，減少了異常波動，促進了生產指標的提升。????該系統實現了在圓盤給料方式下，控制穩定性連續可調及每分鐘累積量控制準確度為±1.5%。滿足了變、緩料，手、自動切換，校秤前后平穩過渡及配料信息準確及時遠傳的工藝要求。應用程序功能集測、控、管于一體，達到了性能投入資金比高的目標。 4、存在的問題及改進措施 4.1通信速度慢。進一步完善下位機功能，使上位機所取數據盡可能在下位機已統計好并存放在存儲單元。同時，采用數據壓縮技術，減少數據傳輸量經縮短通信時間。另外，提高通信波特率。4.2 給料設備下料不均勻。進一步改給料方式，將圓盤給料全部改為寬皮帶拖料。4.3 實物校驗困難。在皮帶機落料點處增設移動料斗秤，隨時實物校秤。4.4 儀控與電控分離。將儀控與電控結合，采用AI-301M型開關量輸入/輸出模塊，實現系統全自動及配料信息入生產管理信息網。 [詳情]

引言 在工業控制中，許多控制過程機理復雜，滯后大，控制對象具有變結構、時變等特點。采用常規的PID控制算法，難以適應參數變化及干擾因素的影響，大都出現非常大超調，PID參數較難確定，不僅給調試帶來麻煩，調節的效果也不理想。目前由國外引進的某些調節儀表中，推出了許多改進型如加入抗飽和積分功能，采用自整定來協助確定PID參數及自適應技術來改進控制效果。為了克服常規PID調節的不足，提高其性能，現在各大儀表公司及儀表生產廠，都在致力于新的控制算法開發和自整定技術的探究，下面以廈門宇光電子技術研究所開發研制的AI系列儀表為例，簡述AI系列儀表中的人工智能控制算法和特點。AI系列儀表中的人工智能控制算法 AI系列儀表中的人工智能控制算法，即對PID算法加以改進和保留，加入模糊控制算法規則，并對給定值的變化加入了前饋調節。在誤差大時，運用模糊算法進行調節，以完全清理PID飽和積分現象，如同熟練工人進行手動調節。當誤差趨小時，采用改進后的PID算法控制輸出。其控制參數采用被控對象特征描述方式。一組(MPT)參數即可同時確定PID參數和模糊控制參數。系統具有無超調和高控制精度等特點。針對不穩定的非線形復雜調節對象，表內設有自適應調節規則，可使系統進一步加快響應速度，改善控制品質。針對控制參數較難確定的現實，表內設有自整定相關人士系統，可使系統的控制參數確定簡單，準確度提高，因此，自整定系統的引入，不僅使復雜勞動簡化，節約了調試時間，而且提高了控制系統的調節品質。 　PDI算法的改進 常規PID算法構成如下：�ポ敵�=比例作用(P)+積分作用(I)+微分作用(D)�ピ诔Ｒ嶱ID的控制系統中，減少超調和提高控制精度是難以兩全其美的，這主要是積分作用有缺點造成的。如果減少積分作用，則靜差不易清理，有擾動時，清理誤差速度變慢，而當加強積分作用時，又難以避免超調，這也是常規PID控制中經常遇到的難題。在AI系列儀表中，當控制參數在比例帶以外時，采用模糊控制，不存在抗飽和積分問題，而對PID算法部分又加以改進如下：輸出=比例作用(P)+積分作用(I)+微分作用(D)+微分積分作用(∫I)由于儀表中增加了微分積分作用，所以，使常規PID算法中的積分飽和現象得到非常大緩解。不過從上式中可以看到，原有參數已經較難確定了，又增加了一個新參數(∫I)，所以，這些參數必然互相影響，使得新算法參數更加難以確定。為此，經過認真的研究和實驗分析，比例作用與微分作用的比值和積分作用與微分作用的比值可取相同的值，并且比例作用與微分作用的較佳比值同控制對象的滯后時間有關。滯后時間越大，則比例作用響應減少，而微分作用響應增加。兩者存在的關系如下：比例作用=K(1/t)�ノ⒎肿饔�=K(1-1/t)d�な街校琄為系數；t為滯后時間與控制周期的比值；t≥1；d表示微分作用。�ビ纱耍�可將人工智能控制算法公式改為：�ポ敵�=P［1/t+(1-1/t)d］+(1/M)∫［1/t+(1-1/t)d］�な街校琍用于調整微分和比例的大小，P增加，相當于同時將微分時間增加及減少比例帶。反之，P減少，相當于同時將微分時間減少和加大比例帶。M類似積分時間，可用于調整積分和微分積分的大小，t用于調整微分與比例的相互比例成分。如果t=1，則微分作用為0，如果1��Ｍ＝０，則積分作用為0。這樣，控制參數又減少為3個，由于常規PID參數的定義只根據算法本身，其特點是不需要考慮被控對象的準確模型，而改進后的3個控制參數，由于同原參數概念不同，所以，定義為MPT控制算法，具體含義如下：M50為保持參數。M50定義為輸出值為50%時，控制對象基本穩定后測量值的差值。50表示輸出值變化量為50。例如某電爐溫度控制，為了找出較佳的M50值，手動輸出為50%時，電爐溫度較后穩定在800℃左右，而0%輸出時，電爐溫度較后穩定在室溫，為25℃，則M(較佳參數值(=800-25=775參數M值主要對調節算法中的積分作用進行調整。M值越小，系統積分作用越強。M值越大，積分作用越弱(積分時間增加)。如果，M=0，則系統取消積分作用。P為速率參數��P與每個控制周期內儀表輸出變化高標準時測量值對應變化的大小成反比，其數值定義如下：P=100÷每秒鐘被控參數的變化值，單位是℃或10個定義單位(線形輸入時)。例如電爐溫度控制，如果儀表以高標準功率加熱，并假設沒有散熱，電爐每秒升高1℃時，則P=100÷1=100在實際應用時，因為沒有散熱的前提條件是無法滿足的，所以，用人工的方式確定P的較佳值是不可能的，因此，一般利用自整定方法確定P的較佳值，P值對調節中的比例和微分均有作用。P值越大，比例、微分作用成正比增加，而P值越小，比例、微分作用相應減弱。P參數與積分作用無關。T為滯后時間參數��T定義為某電爐以某功率開始升溫，當其升溫速率達到非常大值的63.5%時所需要的時間，T值單位是秒(s)。引入參數T并正確設置時可以完全解決溫度控制的超調現象及振蕩現象，同時使控制響應速度較佳。T值的變化，可對調節作用中的比例和微分起作用，T值越小，比例作用越強，微分作用越弱。T值越大，則比例作用減弱，微分作用增強。如果T≤CT1(控制周期)，則微分作用被完全取消，這時，系統的調節規律將成為比例或比例積分調節規律。　自適應功能 對于許多復雜的調節對象，例如電爐溫度控制中的電網電壓變化、外界干擾因素和工作環境多變等，針對有嚴重非線形的控制對象，國外儀表公司也推出了不少對策和方法。例如，日本導電公司生產的儀表中，采用了多組算法；歐陸和歐姆龍儀表中采用了自適應功能；KMM智能調節儀表中采用了折線模塊來適應系統的非線性；還有的儀表公司在儀表中采用辯識方法來提高儀表在非線性系統中的調節質量。在AI系列儀表中，針對有嚴重中非線性的控制對象，選擇了自適應方式來解決。其改進的特點是：當控制偏差大于估計的誤差時，自適應系統不是修改MPT參數(國外儀表的自適應功能是修改控制參數)，而是修改輸出值來降低誤差。雖然修改范圍有限，但不會出現將原來正確控制參數改錯的現象，使響應速度加快，使控制精度大大提高。 　模糊控制技術 所謂模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量以及模糊邏輯推理為基礎的一種計算機智能化數字控制方法。該方法無需建立對象的準確數學模型，并且具有適應性好，算法簡易實現和容易操作等特點。在控制誤差很大時，用公式調節輸出沒有太大意義，相反容易帶來積分飽和一類的問題，即使使用MPT算法，如果控制參數設置不準，也可能出現積分飽和或過積分的現象。所以，儀表引入模糊控制規則確定輸出，將取得理想的控制效果。在誤差非常大時，儀表的PID算法沒有啟動，因此，AI儀表中的人工智能算法能夠獲得更為平滑的控制曲線。 　相關人士自整定系統 由上面可知，AI系列儀表中的人工智能控制算法，已將常規的PID控制參數改成MPT參數，為了方便操作人員確定MPT參數，引入了一套自整定相關人士系統。由于MPT參數是面向被控對象進行描述的，所以，其自適應及自整定都比常規的PID參數來的簡單，并且準確。一般情況下，如果自整定操作正確，成功率幾乎為高標準。自整定過程是采用位式控制來進行系統調節的，系統振蕩后，根據其周期確定滯后時間參數T，根據振蕩幅度，可確定速率參數P。參數M一般不易直接確定，對于溫度，一般假設其零輸出時測量值為25℃，根據振蕩時輸出值可確定出參數M。對于線性輸入，以其刻度范圍作為M值。可見，參數P和T可以通過自整定獲得較佳值，而參數M只能是大致的。另外，如果系統的速率參數或滯后時間很長時，自整定也可能加大控制周期(CT1)值，以使系統符合實際的控制對象要求。AI系列儀表中引入相關人士自整定系統后，不僅降低了操作人員的勞動強度，方便了操作，而且進一步提高了控制系統的控制質量。 使用價值 AI系列儀表與同類進口儀表價格相差2～3倍，其性能并不遜色國外儀表。即使同國內同類儀表相比其價格與性能也有很大優勢。筆者靠前次用該系列儀表是1997年為哈爾濱電機股份有限公司多種事業部兩臺砂輪片燒結爐。該爐為硅碳棒電加熱爐，要求按工藝曲線程序控制，控溫精度±5℃，采用蘇州特種變壓器廠生產的TSH—100/0.5磁性調壓器及控制系統。廠家選用控溫儀表基于國外產品，為了降低費用，決定用AI—708P替代，該儀表為30段程序智能控制，當時售價僅1500元/臺。靠前次運行時，啟用自整定功能，便較快的找到了較佳的MPT參數，保溫時控制精度達到±1℃。理想的控制效果使得在以后儀表的選用時對AI系列儀表情有獨鐘。現在該類儀表在功能上又進一步，其型號也略有改變。分簡易、智能型兩大類，智能型儀表不僅具有故障自檢和參數鎖定功能，而且選用了高抗干擾和高可靠性結構，所以，系統出現故障時，能及時查出故障，予以排除，大大提高了控制系統的可靠性和安全性。�お� [詳情]