AI智能溫控儀表在多用途電爐上的應用研究
衛萬軍
(廈門宇電自動化科技有限公司北京分公司，北京 100000)
摘要：通過對新型人工智能溫控儀表在多用途電阻爐使用過程的研究，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。結合過程中智能溫控儀表控制參數的調整，爐溫均勻性測定的驗證，確定了AI智能溫控儀表在多用途電阻爐設備上應用推廣的可行性。為多用途電阻爐智能化升級奠定了基礎，為多用途電阻爐溫度精準化控制和爐溫均勻性調節提供了有力保障。
關鍵詞：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: TH811. 文獻標志碼: A 文章編號:
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
隨著工業計算機的發展，帶動了儀器儀表行業的革新。近年來溫度控制器實現了蓬勃發展，在各個領域的應用也非常普遍。在專業的溫度控制領域，智能溫控儀表給溫度控制帶來質的飛躍。人工智能儀表在溫控領域的應用具有很強的優點，有效解決了傳統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備帶來質的改變。不僅簡化了控制過程，也提升了儀表的可靠性，使其能夠更加精準的實現溫度信號的管控，提升溫度反饋時效，進而提升溫度控制精度。另外，AI智能溫控儀表的應用為各類大型加熱設備提供了智能“大腦"。讓設備的智能化運行成為可能。在多用途電阻爐上的應用推廣具有行業發展劃時代的意義，使多用途電阻爐實現了智能改造，使工業4.0的理念深入到加熱設備行業。
1、新型AI智能溫控儀表的特點
新型AI智能溫控儀表采用模塊化設計，各個模塊具有獨立的控制芯片，按鍵人性化布置，簡單易調節，符合常規思維調控。具體技術特點如下：
（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、電流并可擴充輸入及自定義非線性校正表格,測量精度達0.1級。
（2）新型AI智能溫控儀表采用先進的AI人工智能PID調節算法,無超調,具備自整定(AT)功能及全新的精細控制模式。
（3）儀表采用先進的模塊化結構,提供豐富的輸出規格,能廣泛滿足各種應用場合的需要,且維護方便。
（4）儀表重視節能與環保的設計理念,采用高品質元件實現低功耗與低溫漂,有效節約客戶能源。每秒12.5次測量采樣數率,最小控制周期達0.24秒,能適應快速變化對象的控制精度。
（5）表采用人性化設計的操作方法,易學易用。允許自編輯操作權限及界面,并可自設定密碼,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酷工業條件下電磁兼容(EMC)的要求。
（8）AI智能溫控儀表為多環境適應性多用途溫控儀表，可以使用在各類加熱設備上。AI智能溫控儀表在使用前應對其輸入、輸出規格及功能要求來正確設置參數,只有配置好參數的儀表才能投入使用。
2多用途電阻爐溫度控制研究
2.1多用途電阻爐規格參數
多用途電阻爐由國內某廠家設計生產，電爐尺寸大，密閉性優良，爐外為中低碳鋼面板，爐內采用耐火材料和工業石棉隔熱，爐底板由耐火磚和高級耐火金屬組成。爐內設計12組加熱元件。加熱爐由四個高性能的可控硅電爐溫度控制柜供電控制，詳細設計參數如下：
表1 多用途電阻爐技術參數
此多用途電阻加熱爐在2017年投入使用，主要用來做大型合金鍛件的退火、回火。經過多年的高負荷使用，目前整體運行正常，但生產產品合格率降低。用戶對多用途電阻爐的性能提出疑問，對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用實驗研究
根據現場調研，目前多用途電阻加熱爐使用溫度控制儀表為常規手動控制儀表，爐膛存在四個加熱區域，爐外采用控制柜控制設備啟停。加熱爐運行時的溫度調節都是通過使用人員手動輸入控制溫度實現。儀表在現場使用環境下運行正常。通過對加熱爐內部控制系統的檢查，控制箱體內可控硅及電器系統正常，加熱爐熱電偶和補償導線正常。
實驗首先對加熱爐進行了多點測溫，探究爐溫均勻性，測溫點布置按國標執行，測溫方案：空爐測溫，按國標設置10個測溫點（如下圖）。溫度設定如下：400℃×3h→620℃×7h→停電降溫（ 閉合爐門），爐冷至300℃時開爐空冷。測溫點示意圖如下：
圖1爐膛測溫點布置
通過近16個小時的溫度運行，采集了加熱爐內部個點的溫度數據，通過處理，生成了如下圖2測溫曲線，從測溫曲線可以看到，爐膛溫度運行整體的一致性較好。但是在保溫初期，均會出現各個點溫度不均勻的現象。爐溫隨著測溫時間的延長，有均勻化的趨勢。通過對保溫時間段個別時間點溫度的記錄，發現各個點最大溫差達到27°左右。
表2 多用途電阻爐保溫階段溫度采集個別時間數據
圖2爐膛測溫點溫度變化曲線
針對以上實驗結果，分別對四個控制柜儀表進行了更換，全數采用新型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，其工藝參數設計可以一次性載入，過程中不需要人工調節控制溫度，AI智能溫控儀表參數如下：
表3 AI智能溫控儀表技術參數
工藝溫度控制案例如下：
圖4工藝曲線可以按如下步驟進行設定：
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℃保溫運行，時間為60分。
第3段 SP 3=400.0 t 3=120.0 ；降溫到SP 4，降溫時間為120分，降溫斜率為2℃/分。
第4段 SP 4=160.0 t 4=0.0 ；降溫至160℃后進入暫停狀態，需執行運行（run）才能繼續運行下一段。
第5段 SP 5=160.0 t 5=-1.0 ；跳往第1段執行，從頭循環開始運行。
AI智能溫控儀表更換后再一次對爐膛溫度進行了測量，采用前期一致的測溫工藝。結果顯示10個測溫點溫度最大相差不超過10℃，如下表3，整體運行曲線如下圖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別時間數據
圖4多用途電阻爐采用AI智能溫控儀表后的測溫曲線
通過對AI智能溫控儀表的應用，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，讓用戶的使用更加便捷更加放心。通過近半年的使用，對客戶的使用效果進行回訪，客戶反饋儀表運行良好，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可。
3結論
新型AI智能溫控儀表可以推廣應用在多用途電阻加熱爐上。
通過測溫試驗，多用途電阻爐溫度控制不均勻與儀表的需用存在較大關聯，AI智能溫控儀表可以實現智能工藝設定和運行，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智能溫控儀表通過接線安裝調試，過程簡單，參數調節方便，功能全面，可以滿足工業電阻爐的使用控制需求。
參考文獻
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