内容发布更新时间 : 2024/5/4 23:07:39星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
AI 方法在梭式窑温度控制中的应用
刘海芳1 陈正军2 潘小勇3 张海荣3 胡国林3
（1.中原工学院，河南郑州:450007；2.江西陶瓷工艺美术职业技术学院，景德镇：333001；
3.景德镇陶瓷学院，江西景德镇:333001）
摘要采用AI 人工智能调节器对梭式窑温度进行自动控制（运用了模糊、PID 控制相结合的方法，即智能控制方法）。结果表
明：人工智能中的模糊PID 技术对梭式窑温度控制是可行的。 关键词梭式窑，温度，AI 人工智能调节器 中图分类号：TQ174.6+53 文献标识码：A 1 前言
梭式窑是陶瓷行业不可缺少的烧成设备。要保证产品质
量，对窑内温度变化的控制是关键[1]。就其控制而言，经历了从 手动- 常规仪表测温- 模糊控制器- PID 控制的进程，每个 进程控制精度都不是很理想[ 2 ]，因此如何提高燃气梭式窑的 温度控制精度仍是当前研究的课题。近年来，随着控制仪表的 发展，特别是单回路智能型调节仪表的出现，完全可以取代微 型机多回路调节系统，使控制更简单、经济、可靠，因此采用了 AI 人工智能自动控制[3]方法，此控制方法大大提高了系统的 测量控制精度，使系统无论在可靠性，安全性上都是以往任何 一种控制方法所无法比拟的，是采用模糊规则进行PID 调节 的一种新型算法。
2 液化气梭式窑温度控制系统构成
液化气梭式窑燃烧控制系统由燃烧器、炉体、液化气供给
系统（液化气输气管、电动执行器调节阀、球阀、压力表和稳压 阀）、检测及控制系统（热电偶、AI 人工智能调节器）组成。液 化气梭式窑温度自动控制系统如图1 所示。
温度控制系统中的自动控制装置，主要由烧成程序信号
传输器（热电偶）、窑内温度调节器（AI 人工智能调节器）以及 执行器（SM 电动回转式操作器）所构成。使用一台由单片机 构成的人工智能可编程序调节器，作为主调节器，对温度实行 程序控制。窑温控制的执行器，采用带伺服电动机的电动调节
中国陶瓷工艺
阀，来控制液化气总管道上阀的开度，改变燃气量，控制温度。 并且在自动气阀上安装有人工操作的球阀，以备应急使用。 2.1 温度传感器
在一个自动控制系统中，首先由传感器检测到信号，才能 进行自动控制。由于热电偶温度计具有结构简单、制造方便、
准确度和灵敏度足够高、信号便于远传与集中检测控制等优 点，目前在陶瓷工业窑炉中用于测温最广的仍是热电偶。热电 偶的种类很多，由于S 型（铂铑10- 铂）热电偶在所有标准化 热电偶中是准确度等级最高的，长期使用测温上限可到 1400℃，短期可测到1600℃。考虑到日用陶瓷最高烧成温度 约为1350℃，所以选用了S 型（铂铑10- 铂）热电偶来测量窑 炉的温度，作为AI 人工智能调节器的输入信号。 2.2 AI 人工智能调节器（AI- 808P）
由于AI 人工仪表具有具有无超调，控制精度高，控制参
数容易确定的优点，故选用了AI- 808P 型（程序型）仪表，它具 备0.2 级精度，可编程输入，具备位式调节、AI 人工智能调节、 通讯、变送和多种报警功能。AI- 808P 程序型仪表用于需要按 一定时间规律自动改变给定值进行控制的场合。具备30 段程 序控制功能，可设置任意大小的给定值升、降斜率；具有跳转、 运行、暂停及停止等可编程/ 可操作命令，可在程序控制运行 中修改程序[4]。
在本实验中AI 人工智能调节仪表作为比例输出（有1K
电阻阀门反馈信号）直接驱动阀门，其接线图如图2 所示。 它直接控制阀门电机的正、反转，节省伺服放大器。这种 工作方式，需要在仪表的主输出及报警1 位置上安装两个继 电器触点开关或可控硅无触点开关模块，分别控制电机的正、 反转。当阀位反馈信号为电位器时，在AUX 安装不隔离的5V 电压输出模块U5（19 号端子在内部已与2 号端子相通，在外 部不得再连接）将电阻信号转为电压信号（如图2）。 2.3 执行器
执行器在自动控制系统中的作用是接受来自调节器的控
制信号，通过其本身开度的变化，从而达到控制流量的目的[5]。 由于电动调节阀具有动作快、能源获取方便等优点，本研究中 选用了SM 电动回转式执行器。
表1 SM电动回转式操作器的技术参数
Tab.1 The technical parameters of the SM electric rotary actuator 出轴转矩额定行程全行程时间位置反馈信号型号使用电源环境温度 5N.m 90° 60Sec 1KΩ SM- 10 AC220V 50Hz - 15℃~60℃
本实验中SM 电动回转式操作器（电动执行器）的技术参 数见表1 所示。其标准线路图如图3 所示。 阀动作：
① - ②接点时，逆时针转0°- 90°（正转开） ① - ③接点时，顺时针转0°- 90°（反转关） 其位置反馈线路图如图4 所示。
3 AI 人工智能控制算法
AI 人工智能算法一方面对PID 算法加以改进，如在PID 调节中加入新的微分积分作用；另一方面由采用模糊调节规 则，误差大时，运用模糊算法进行调节，以彻底消除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。 具有无超调、高控制精度、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，如同熟练工人进行手动调节。 AI 人工智能算法采用M50，P，t，Ctl 等4 个参数，而不再 使用传统PID 参数。M50 保持参数定义为输出值变化50%
时，控制对象基本稳定后测量值的差值。M 参数值主要对调节 算法中积分作用进行调整，M 值越小，系统积分作用越强；M 值越大，积分作用越弱。P 速率参数与每秒仪表输出变化 Tab.2 The parameter setup of the AI instrument 参数代号参数含义设置数据参数代号参数含义设置数据 HIAL 上限报警1400℃ dlH 输入上限显示100 LOAL 下限报警40℃ Sc 主输入平移修改0 dHAL 正偏差报警20℃ oP1 输出方式6 dLAL 负偏差报警20℃ opL 输出下限0
dF 回差(死区、滞环) 0.3 oPH 输出上限30 CtrL 控制方式2 ALP 报警输出定义47 M5 保持参数50 CF 系统功能选择2 P 速率参数100 Addr 通讯地址0 t 滞后时间8 bAud 通讯波特率0 Ctl 输出周期2 dL 输入数字滤波1 Sn 输入规格1 run 运行状态26
dlP 小数点位置0 Loc 参数修改级别808
dlL 输入下限显示值0 EP1- EP8 现场参数定义