關鍵詞：AI程序調節器、AI計算機監控查詢系統、連續式錨鏈調質爐
一、概述
連續式錨鏈調質爐,為船用立式錨鏈調質爐自動控溫流水線，錨鏈熱處理爐,包括回火爐和淬火爐，為錨鏈生產的關鍵工序。工程上通常把淬火+高溫回火這樣的熱處理組合稱為調質處理，調質處理，是一種金屬熱處理工藝，就是先高溫加熱到臨界溫度以上，淬火時將工件加熱然后通過介質迅速冷卻，再在一個較高的溫度下保存一段時間。不同的運行速度在調質爐中運行，淬火區環境溫度為870～900℃ ，回火區環境溫度為600～630℃ ，淬火和回火的冷卻介質均為循環冷卻水。處理后可以使鋼的性能，材質得到很大程度的調整，其強度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機械性能。作為最終熱處理，
通常用電爐絲加熱，要求嚴格控制溫度，以保證最終的錨鏈熱處理質量，調質爐爐溫控制過程是一個大慣性、非線性、時變的復雜控制過程。用AI儀表的模糊控制的原理包括自學習自修正智能控制原理、模糊控制系統組成，實現了調質爐的精確控溫及控制策略和控制參數的自適應，取得了良好的控制效果和顯著的經濟效益。調質處理錨鏈工件 圖1
二、控制系統組建：
連續式錨鏈調質爐控溫要求高采用AI智能模糊控制算法, 能使連續式錨鏈調質爐的溫度獲得最佳控制效果，由1臺上位微機進行管理,實現了控制自動化, 現代化管理,提高了產品的質量。 對連續式錨鏈調質爐進行監控，實時性好，組態軟件設計監控連續式錨鏈調質爐組態靈活、方便。
AI調節器是控溫系統的核心部分，AI儀表首創性地采用了平臺概念，將非常專業化的數字調節儀表轉為平臺化設計的產品，能實現比以往封閉式設計產品更快的進步及更高的性能/價格比。
目前AI儀表自整定采用的是AI人工智能調節算法是采用模糊規則進行PID調節的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法調節，以消除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，并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優化。具有無超調、高精度、參數確定簡單、對復雜對象也能獲得較好的控制效果等特點。在使用過程中AI調節器 結合PID調節、自學習及模糊控制技術，實現了自整定/自適應功能及無欠調的精確調節，性能遠優于傳統PID調節器。
該系統是由宇電工控組態軟件AIFCS經過二次開發而成的軟件產品，用戶無需系統組態即可直接使用。該軟件與高性能調節器AI-708A2K2K1S控制器配套使用共同構成AIFCS現場總線型計算機監控系統。
實現PC控制和數據在線采集。使得生產的連續式錨鏈調質爐性能上更安全、使用時更方便。大大減輕連續式錨鏈調質爐使用者的勞動強度，更重要的是極大的提供了連續式錨鏈調質爐的安全使用性能。該監控系統分為三層：現場儀表層（下位機控制站）通過RS485通訊總線上傳，上位機計算機操作站由工控機組建，AIMCGS組態軟件經過二次開發和后臺數據庫組成，完成整個生產系統的信息監控。該監控系統具有良好的人機界面、操作簡單方便，同時它也具有較好的可靠性、穩定性和易擴展性，不僅能夠直觀、形象地反映現場的實際工況，監控系統可通過工業以太網進行信息共享。根據輸入的鏈號可以查詢相對應的數據曲線以及對應操作人員的名單，方便管理。
當系統需升級為網絡版軟件在局域網上管理層的計算機上，輕點I E瀏覽器就可了解各系統流水線的工況。系統軟件版本稍作改變，為以后企業信息化升級提供了有利的條件。
三、系統軟硬件選型：
1. 程序溫度調節器AI-708PAK3S三相三路過零觸發、帶通訊口表28臺。
2. 測溫儀表AI-701A2S帶通訊口2臺。
3. 測速調節器AI-708A2S帶通訊口2臺。
測速信號源是采用南京調速電機廠生產的DXK-4C調速器輸出1～5V轉速信號。
4. 轉換器AI-485儀表信號轉換給計算機1個。
5. 軟件AIMCGS工控組態軟件1套。
四、軟件功能：
該軟件的內部結構可分為以下三個部分：
1、數據采集、數據處理、權限管理
2、數據采集：系統從現場溫度控制器采集測量值，設備狀態值等實時數據，并存入系統內閱數據庫，以便日后數據查詢等使用。
3、數據處理：系統根據用戶要求從歷史數據庫中提取數據并完成指定的處理功能，歷史曲線繪制等。
4、權限管理：用戶自行定義系統的權限以及操作密碼，適于各管理層擁有不同的操作權限。
所有的控制信息與數據信息都在控制室計算機上統一管理，分配。在計算機上對現場溫度控制器進行全方位的監控，數據采集和數據查詢的處理。
應用宇電AIMCGS組態軟件經過二次開發和后臺數據庫組成，完成整個生產系統的信息監控。采用了RS485總線技術，由于RS485總線技術具有良好的實時性、可靠性、抗干擾能力及檢錯能力，所以在一些條件比較苛刻的場合里廣泛應用。通過串口實現整個系統運行監控，其畫面包含：現場模擬圖、設備運行狀態指示、溫度壓力顯示、各種參數設置、變頻調節、實時溫度曲線圖、設定溫度曲線圖以及報警信息。
在系統中由于AI系列儀表的出色性能，宇電又開發出基于AI儀表并具備現場總線特性的AIMCGS計算機監控系統。AI儀表相當于現場總線系統中的各個控制單元，利用RS485作為現場通訊總線，采用宇電自行開發的AIBUS通訊協議，可在上位機上實現100%儀表功能操作如實時讀取測量值、給定值、設置參數、自動/手動無擾動切換、調整手動輸出值、啟動/運行/停止程序，并具備開關量輸入/輸出操作能力。由于自己掌握100%知識產權，又是開放式結構，所以系統價格非常低廉，具有極高的性能/價格比。
采用AIBUS協議的AI儀表在9600波特率下能在40ms內向上位機傳送4個重要數據，比采用MODBUS協議的進口儀表速度高3-10倍以上，因此即使采用廉價的RS485通訊，AIFCS也具備如DCS或FF、PROFIDBUS等高價現場總線系統同等的使用效果，并可以組建大型系統，而不象通常進口儀表那樣只能應用于小型系統。RS485不僅價格低，還具備布線簡單、對通訊線要求低及通訊距離長等優點。
整個系統分為管理層、操作站和工業現場3個層級,也可只分操作站和工業現場兩個層級。 管理層可提供工廠領導瀏覽現場實時工況畫面，也可進行如使用權限、系統配置等高級設置；操作站供儀表班組和技術人員進行計算機實時監控；萬一計算機系統發生故障時，儀表操作人員可依傳統儀表使用方法直接操作儀表；工業現場提供各種控制信號，如模擬量輸入/輸出和開關量輸入/輸出至儀表。
五、組態畫面顯示
（1）信息顯示畫面
在流程圖上可根據現場的要求添加工業現場的量程圖片。儀表顯示畫面主要顯示在反應釜當前運行狀態信息值，如當前溫度、壓力、等參數在流程圖、實時趨勢圖或儀表畫面上：點擊【儀表顯示框】出現操作平臺：可看到該AI儀表定義控制設備的名稱，位號、儀表型號，地址，量程上限，量限下限，測量單位，此時AI儀表的所有顯示參數與控制按紐都體現在該平臺上。
（2）實時報警處理畫面
對系統實時采集的數據進行判斷，當符合報警條件后，屏幕將彈出閃爍的醒目報警信號，具有畫面報警和聲音報警功能。實時檢測被測窯爐參數以及系統電源等故障異常報警?？梢詫Τ绦蜻\行中發生的事件進行記錄。具體在監控程序中可以設置所記錄事件的類型，起止時間，對應的動作等。
（3）量程設置、程序設置畫面
具有一定權限的用戶可以用密碼登錄后，對所測量的參數進行量程的設定，這樣可以對因各種不可預知的外界因素產生的測量誤差進行細微校正，保證所測量數據的有效性和真實性。此軟件適合各種工業現場應用。對有升降溫控制的窯爐，使用AI-708P儀表所有的參數可設定，可編排程序，查看編排程序的走向，保存多條程序曲線，實現上傳、下傳，在線修改程序設置曲線，設置多條控溫程序保存在軟件系統內。修改【上限絕對值報警值HAL】在對話框里填寫參數，點擊“確定”參數就下傳到現場AI儀表溫度調節器；
（4）報表打印畫面
選擇報表名稱、設置查詢時間范圍的打印時間段，選擇查詢間隔等，生成報表，隨時打印，還可選擇數據導出功能按Excel類型報表導出。各類報表可導出到軟件外以Microsoft Excel文檔或瀏覽器的形式保存。報表查詢：輸入起始與結束時間段查詢歷史數據；采樣有1；3；5；15；30；60分鐘可選擇報表。
（5）實時數據曲線畫面
監視調質爐有關參數的變化趨勢曲線，從而可以了解調質爐在一段時間的運行狀況。工業現場溫度控制器采集測量值，編輯實時曲線，可同時顯示8條實時曲線，用顏色來區別。曲線顯示可選百分比與實時曲線2種圖。也可屏蔽其他曲線，顯示單條曲線。呈現的實時數據，并存入系統內數據庫，以便日后數據查詢等使用。
（6）歷史趨勢畫面
功能與實時數據曲線類似，只是它顯示的是過去一段時間設備的運行參數值。選中歷史曲線組別，設置查詢時間范圍，顯示的是單條或顯示全部曲線，點擊查詢。在歷史曲線上可寫入備忘錄，可寫入59個字。直接打印在歷史曲線上?？捎羞x擇1條或多條來打印歷史曲線。
（7）運行記錄畫面
記錄軟件運行中操作對應的動作記錄備案。如：登陸系統、退出系統、打印曲線名稱、修改參數等。選擇時間段可查詢某段時間的記錄運行情況。
（8）用戶管理畫面
可以允許不同權限的用戶登陸，登陸后，可進行相關的操作。同時還可以允許用戶注銷自己的身份，這樣既可實現靈活，方便的應用，又能保證系統的安全性。
（10）巡檢報告畫面
用戶根據調質爐的運行情況，隨時巡檢反應釜并記錄運行情況，生成報告?？捎糜谙逻_工作計劃、留言備忘、可隨時添加。
六、軟件編輯：
AI-708PAK5S型儀表的程序通訊編寫內容：
與MCGS組態軟件通訊時,選擇宇光系列智能儀表的驅動，由于軟件中能設置的參數的代號只到19H，所以對于宇電程序型儀表只能通過編寫內部函數來實現讀寫1AH這個參數代號以后的參數，實現的方法；
①：要先在實時數據庫中建立好要讀的變量,如C01、T01……等以C01~T02為例，變量類型為數值型。 圖2
②：建立好后則進入運行策略進行策略組態，新建策略為循環策略或用戶策略，進入編寫腳本程序如下圖3，是讀以下參數的命令！setDevice(設備0，6，“read(26,1,C01)”)，
意思是把26中這個參數代號的數據讀到C01這個變量中；
③：寫參數的命令與讀是一樣的如,!SetDevice(設備0，6，“write(26,1,C01)”):寫數據應當建立的設備命令為用戶策略（不能用循環策略），如下圖4：
④：為了能在運行畫面中隨時寫入參數代號26以后的數值，應當在實時數據庫中建立與之前變量同等個數的變量，如下圖5；
⑤：在組態動畫窗口中，設置屬性時輸入與輸出時不能為同一個變量，應當設置為與之對應的一個，如C01對應sdc01……,做一個按鈕屬性設置為執行運得策略塊，在腳本程序中寫C01=sdc01
則在運行畫面中要設定某一值時都需點擊這個按鈕。
七、軟件應用 ： 開機畫面 圖3
系統軟件是由宇電專用AIMCGS組態軟件經過二次開發而成的軟件產品。該軟件與宇光儀表配套使用共同構成儀表總線系統，組態軟件采用下位機、上位機二層結構體系，所有的控制信息與數據信息都在其上位機上統一管理、分配。在上位機上，可對工業現場連接的所有儀表進行全方位的監控、數據采集和各項事務的處理。主要實現的功能如下
1、數據的實時記錄
實現對現場參數的監測和控制。畫面如下圖所示： 圖4
2、工況模擬
模擬顯示整個工藝過程，對應現場工作狀況，實時顯示各個測量點的溫度和轉速，畫面下圖所示 圖5
3、數據查詢
根據輸入的鏈號可以查詢相對應的數據曲線以及對應操作人員的名單，方便管理。畫面如下圖所示 圖6
4、鏈號輸入
在生產開始的時候，進行鏈號、操作人員的輸入工作，并進行保存以備查詢用。圖7
5、權限管理
“權限管理”用來修改登錄密碼及添加可登錄的人員。 圖8
6、計算機配置：
研華工控機17寸純平彩顯，P4級CPU40G以上硬盤DDR256M內存，光驅、軟驅、網卡、聲卡、不間斷電源。
7、系統調試：計算機、軟件、調節儀表在試驗車間已整體調試編號。
8、通訊布線：通訊線采用：超五類屏蔽雙絞線。用2根RS485屏蔽雙絞通訊線手拉手把有RS485通訊功能的顯示、控制儀表連接的一起。接轉換器A/B端插入計算機RS232口。
八、儀表型號、參數表、調試方式
儀表型號：
1、程序溫度調節器AI-708PAK3L1S三相三路過零觸發、帶通訊口表；
儀表功能：708P程序升溫、K3過零觸發可控硅、L1超溫報警、S有通訊功能；
2、測溫儀表AI-701AL1S帶通訊口；
儀表功能：701測量顯示、L1超溫報警、S有通訊功能；
3、測速儀表AI-708AL1S帶通訊口；
儀表功能：708轉速測量、L1超速報警、S有通訊功能；
測速信號源是采用南京調速電機廠生產的DXK-4C調速器輸出1～5V轉速信號。
4、參數設置： AI-708PAK3L1S型 圖表9
5、調試方式
溫度程序控制儀表AI-708PAK3L1S增強型智能調節器 ，三相過零觸發控制。
程序設置：
程序曲線的編排；程序調節器可用于按一定時間規律：溫度－時間－溫度－時間的格式來程序升溫，自動改變給定值進行控制的場合。具有50段程序編程功能，可設置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉（目標段只限于前30段）、運行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運行中修改程序；具有二路事件輸出功能。可通過報警輸出控制其他設備聯鎖動作，進一步提高設備自動化能力；具有停電處理模式、測量值啟動功能及準備功能，使程序執行更有效率及更完善。
自整定功能：
系統在不同給定值下整定得出的參數值不完全相同，執行自整定功能前，應先將給定值設置在最常用值或是中間值上，把AI-708P程序型儀表第一段C01設置為常用溫度或最高溫度，可通過修改當前程序段值來改變給定值以滿足要求。如果系統是保溫性能好的電爐，給定值應設置在系統使用的最大值上，再執行啟動自整定的操作功能。由于自整定執行時采用位式調節，經2~3次振蕩后，儀表內部微處理器根據位式控制產生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來自動計算出M 5、P、t等控制參數。
參數CtI（控制周期）及dF（回差）的設置，對自整定過程也有影響，一般來說，這2個參數的設定值越小，理論上自整定參數準確度越高。但dF值如果過小，則儀表可能因輸入波動而在給定值附近引起位式調節的誤動作，這樣反而可能整定出徹底錯誤的參數。推薦CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要學習的原因，自整定結束后初次使用，控制效果可能不是最佳，需要使用一段時間（一般與自整定需要的時間相同）后方可獲得最佳效果。
AI儀表的自整定功能具備較高的準確度，可滿足超過90%用戶的使用要求，但由于自動控制對象的復雜性，對于一些特殊應用場合，自整定出的參數可能并不是最佳值，所以也可能需要人工調整MPT參數。
當曲線擬合出現PV值跟不上程序設定曲線SV值時，可采用曲線擬合技術：曲線擬合是AI-708P/808P型儀表采用的一種控制技術，由于控制對象通常具有時間滯后的特點，所以儀表對線性升、降溫及恒溫曲線在折點處自動平滑化，平滑程度與系統的滯后時間參數t有關，t越大，則平滑程度也越大，反之越小?？刂茖ο蟮臏髸r間(如熱慣性)越小，則程序控制效果越好。按曲線擬合方式處理程序曲線，可以避免出現超調現象。注意：曲線擬和的特性使程序控制在線性程序升溫時產生固定的負偏差，在線性降溫時產生固定的正偏差，該偏差值大小與滯后時間（t）和升（降）溫速率成正比。這是正常的現象。
儀表的程序設置操作請閱讀說明書。
九、結論
該錨鏈廠在全國同行業當中率先實施信息化工程，建立了寬帶網、企業局域網、監視系統、視頻傳輸。他們敢于大投入，把引用先進裝備作為公司的工作重心，在十年當中，歷經了四次大規模的技術改造和設備更新，每一次技改都使企業得到了科技進步和質的飛躍。如已投產使用的ML-9錨鏈制造機組.帶有溫度自控、水循環、數顯監控超溫報警等多項功能的錨鏈調質爐。
經過實際生產使用證明，連續式錨鏈調質爐使用該控制系統控溫精確，整個控制系統具有很大的擴展性和可維護性，在工作環境改變時，可靈活增添或減少設備。不用考慮其他事項，這對于系統的不斷完善和升級換代奠定了很好的基礎。使它的實時性、靈活性、組網方便性以及可維護性獲得很好的保證。在一定程度上簡化程序設計的工作量。是對傳統連續式錨鏈調質爐的一次創新，將在連續式錨鏈調質爐領域具有廣泛的應用前景。
