AI​智能温控仪表在多用途电炉上的应用研究

AI智能温控仪表在多用途电炉上的应用研究

卫万军

(厦门宇电自动化科技有限公司北京分公司，北京 100000)

摘要：通过对新型人工智能温控仪表在多用途电阻炉使用过程的研究，明确了多用途电阻炉的基本控制原理和温度均匀性影响因素。结合过程中智能温控仪表控制参数的调整，炉温均匀性测定的验证，确定了AI智能温控仪表在多用途电阻炉设备上应用推广的可行性。为多用途电阻炉智能化升级奠定了基础，为多用途电阻炉温度精准化控制和炉温均匀性调节提供了有力保障。

关键词：新型AI智能温控仪表 电阻炉  炉温均匀性 智能控制

中图分类号: TH811.       文献标志码: A       文章编号:

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

随着工业计算机的发展，带动了仪器仪表行业的革新。近年来温度控制器实现了蓬勃发展，在各个领域的应用也非常普遍。在专业的温度控制领域，智能温控仪表给温度控制带来质的飞跃。人工智能仪表在温控领域的应用具有很强的优点，有效解决了传统仪表所不能解决的难题。并且新型智能温控仪表给各类大型加热设备带来质的改变。不仅简化了控制过程，也提升了仪表的可靠性，使其能够更加精准的实现温度信号的管控，提升温度反馈时效，进而提升温度控制精度。另外，AI智能温控仪表的应用为各类大型加热设备提供了智能“大脑”。让设备的智能化运行成为可能。在多用途电阻炉上的应用推广具有行业发展划时代的意义，使多用途电阻炉实现了智能改造，使工业4.0的理念深入到加热设备行业。

1、新型AI智能温控仪表的特点

新型AI智能温控仪表采用模块化设计，各个模块具有独立的控制芯片，按键人性化布置，简单易调节，符合常规思维调控。具体技术特点如下：

（1）新型AI智能温控仪表输入可自由选择热电偶、热电阻、电压、电流并可扩充输入及自定义非线性校正表格,测量精度达0.1级。

（2）新型AI智能温控仪表采用先进的AI人工智能PID调节算法,无超调,具备自整定(AT)功能及全新的精细控制模式。

（3）仪表采用先进的模块化结构,提供丰富的输出规格,能广泛满足各种应用场合的需要,且维护方便。

（4）仪表重视节能与环保的设计理念,采用高品质元件实现低功耗与低温漂,有效节约客户能源。每秒12.5次测量采样数率,控制周期达0.24秒,能适应快速变化对象的控制精度。

（5）表采用人性化设计的操作方法,易学易用。允许自编辑操作权限及界面,并可自设定密码,形成“定制”自己的仪表。

（6）仪表可使用全球通用的100-240VAC输入范围开关电源或24VDC电源供电,并具备多种面板及外型尺寸供选择。

（7）AI智能温控仪表抗干扰性能符合在严酷工业条件下电磁兼容(EMC)的要求。

（8）AI智能温控仪表为多环境适应性多用途温控仪表，可以使用在各类加热设备上。AI智能温控仪表在使用前应对其输入、输出规格及功能要求来正确设置参数,只有配置好参数的仪表才能投入使用。

       2多用途电阻炉温度控制研究

       2.1多用途电阻炉规格参数

 多用途电阻炉由国内某知名厂家设计生产，电炉尺寸大，密闭性优良，炉外为中低碳钢面板，炉内采用耐火材料和工业石棉隔热，炉底板由耐火砖和耐火金属组成。炉内设计12组加热元件。加热炉由四个高性能的可控硅电炉温度控制柜供电控制，详细设计参数如下：

表1 多用途电阻炉技术参数 

此多用途电阻加热炉在2017年投入使用，主要用来做大型合金锻件的退火、回火。经过多年的高负荷使用，目前整体运行正常，但生产产品合格率降低。用户对多用途电阻炉的性能提出疑问，对电阻炉的控制性能提出改造需求。

       2.2AI智能温控仪表在多用途电阻炉上的应用实验研究

 根据现场调研，目前多用途电阻加热炉使用温度控制仪表为常规手动控制仪表，炉膛存在四个加热区域，炉外采用控制柜控制设备启停。加热炉运行时的温度调节都是通过使用人员手动输入控制温度实现。仪表在现场使用环境下运行正常。通过对加热炉内部控制系统的检查，控制箱体内可控硅及电器系统正常，加热炉热电偶和补偿导线正常。

实验首先对加热炉进行了多点测温，探究炉温均匀性，测温点布置按国标执行，测温方案：空炉测温，按国标设置10个测温点（如下图）。温度设定如下：400℃×3h→620℃×7h→停电降温（ 闭合炉门），炉冷至300℃时开炉空冷。测温点示意图如下：

图1炉膛测温点布置

通过近16个小时的温度运行，采集了加热炉内部个点的温度数据，通过处理，生成了如下图2测温曲线，从测温曲线可以看到，炉膛温度运行整体的一致性较好。但是在保温初期，均会出现各个点温度不均匀的现象。炉温随着测温时间的延长，有均匀化的趋势。通过对保温时间段个别时间点温度的记录，发现各个点温差达到27°左右。

表2 多用途电阻炉保温阶段温度采集个别时间数据

图2炉膛测温点温度变化曲线

针对以上实验结果，分别对四个控制柜仪表进行了更换，全数采用新型AI智能温控仪表，仪表正面面板控制图和背面接线示意图如下：

图3 AI智能温度控制仪表正反面示意图

多用途电阻炉更换AI智能温控表后，其工艺参数设计可以一次性载入，过程中不需要人工调节控制温度，AI智能温控仪表参数如下：

表3 AI智能温控仪表技术参数

工艺温度控制案例如下：

图4工艺曲线可以按如下步骤进行设定：

第1段 SP 1=100.0 t 1=30.0 ；100℃起开始线性升温到SP 2，升温时间为30分钟，升温斜率为10℃/分。

第2段 SP 2=400.0 t 2=60.0 ；在400℃保温运行，时间为60分。

第3段 SP 3=400.0 t 3=120.0 ；降温到SP 4，降温时间为120分，降温斜率为2℃/分。

第4段 SP 4=160.0 t 4=0.0 ；降温至160℃后进入暂停状态，需执行运行（run）才能继续运行下一段。

第5段 SP 5=160.0 t 5=-1.0 ；跳往第1段执行，从头循环开始运行。

AI智能温控仪表更换后再一次对炉膛温度进行了测量，采用前期一致的测温工艺。结果显示10个测温点温度相差不超过10℃，如下表3，整体运行曲线如下图4：

表4 多用途电阻炉更换智能仪表后保温阶段温度采集个别时间数据

图4多用途电阻炉采用AI智能温控仪表后的测温曲线

   通过对AI智能温控仪表的应用，多用途加热炉温度均匀性明显大幅度改善。温度控制更加精准，让用户的使用更加便捷更加放心。通过近半年的使用，对客户的使用效果进行回访，客户反馈仪表运行良好，有效提升了热处理工件的合格率。效果得到客户的肯定和认可。

3结论

1. 新型AI智能温控仪表可以推广应用在多用途电阻加热炉上。

2. 通过测温试验，多用途电阻炉温度控制不均匀与仪表的需用存在较大关联，AI智能温控仪表可以实现智能工艺设定和运行，可以大幅度提升多用途电阻炉的温度控制精度和炉温均匀性。

3. AI智能温控仪表通过接线安装调试，过程简单，参数调节方便，完全可以满足工业电阻炉的使用控制需求。

4.  

   参考文献

5. [1] JJF 1376-2012箱式电阻炉校准规范［S］。

6. [2] 宋慧欣.宇电：以****温控仪表市场［J］。自动化博览。2015年1期。

   [3]  贺颖.加热炉炉温均匀性的优化分析［J］。经济技术协作信息.2021年25期.