一、引言
辊道窑是一种新一代电热式全自动连续式窑炉，主要用于陶瓷建材、日用陶瓷等烧制，辊道窑具有烧结后产品尺寸和性能一致性好、成品率高、运行成本低等特点。辊道式推板电窑是一种结构轻巧、使用方便灵活、精度高的连续式窑炉。广泛应用于电子工业，尤其是磁性材料与器件行业中的主要烧成设备，辊道窑具有明显的特点：产量大、能耗低、精度高、烧结后产品的尺寸和性能一致性好，成品率高。同时也是影响产品成品率的关键设备。
电气辊道窑整个外壳采用钢架式分体结构，外壳漆采用静电喷塑，美观大方。主体部分由5节窑体和窑头、窑尾工作平台等几部分组成。按热工优化设计制度，全窑可分为预热带、烧成带、冷却带三个工作带。其中窑体的每一节都设置了一组排气管道，可自由调节风量，用于排除窑内废气，并使窑内气流按冷却→烧成→预热的方向循环流动。
就其结构而言主要由预热区、高温区、急冷区和缓冷区组成，辊道窑的控制涉及风机的控制、温度的检测、压力的检测，温度的控制、压力的控制以及其它控制。将现场总线技术应用在辊道窑控制系统，可以很好地满足温度和压力实时控制的要求，系统通信速率高、稳定性强，在工控机上应用软件的使用使得控制系统更加直观化，易于用户使用和操作。下面以潮州市枫溪华生陶瓷厂的一条电气辊道窑为案例，介绍其控制系统的实现过程。电器辊道窑 总图1
二、控制对象
此窑是一条80m长的电气辊道窑，共有温度检测点20个（K分度12个，S分度8个），其中8个温度点受控，压力检测点2个，风机有：排烟风机2台（一用一备）、助燃风机2台（一用一备）、急冷风机2台（一用一备）、缓冷风机2台（一用一备）、抽热风机2台（一用一备）、窑头窑尾气幕风机各1台。8点温度控制是通过控制执行器电加热器，改变功率的大小，从而使温度稳定。2点压力控制通过调节排烟风机和急冷风机转速来控制，实际上调节排烟和急冷变频器频率来控制压力。此外还有风机连锁，炉温报警及各类故障报警。传动带用一台变频器来控制5台拖动电机带动隧道窑内皮带的运行，控制物料的进出。加热功率及拖动电机的投入采用计算机控制开关量输出并入运行。开关量输出接线 图2
三、窑炉控制系统的组成
1、传动系统
传动系统采用全辊道结构，主要包括辊棒、传动齿轮、传动轴、减速机和变频控制器等。窑炉边设有回转道，传动系统工作时，由变频器控制减速机的输出轴按一定速度转动，并通过传动轴、传动齿轮带动辊棒转动，使放置在辊棒上的工作按预定速度由预热带向烧成带、冷却带移动，使装烧产品的耐火移进板出窑后返回进口处，完成产品的全过程烧成工艺，并综合利用空间场地将被烧产品在回车道上进行装放。
采用AI-808AX3S4仪表控制变频器传动调速快慢，在计算机软件上任意调节速度。接线方式：将仪表输出1～5V信号连接变频器的输入口，同时又将仪表的输出信号又输入仪表主输入口，给定值SV值写入1500转，仪表输出3V给变频器，就运行在1500转。参数设置：输入规格SN=33＝1～5V、输入下限DIL=0转、输入上限DIH=3000转、输出方式Opt＝4输出 4～20mA 在仪表的输出口并250Ω电阻 变成1～5V输出。看图
传动系统是采用一台大功率的变频器传动调速，根据需要远程设置转速。根据机台负载的大小随时增加拖动电机台数增加动力，在计算机上点击远程开关使电机启动。在现场安装三位开关随时切换，实现就地与控制室随时控制拖动电机的运行状态。
采用AI-3013D5开关量接点输出模块，控制电机启停，在软件上点击控制输出接点电机启动停止；同时采用AI-3011D5开关量接点输入模块，采集显示现场电机运行状态连接动画构件使电机启动后计算机软件上显示电机转动状态。
2、温控系统
窑炉配置一台中心配电柜，柜体采用静电喷塑，美观大方，其中电柜一、二、三、四区温度、高温区上中下温区。温度PID自动调节控制智能化仪表数字显示，每路均为独立定值自动控制，可手动、自动双向切换。为了能及时了解窑炉的运行情况和便于考虑和复核，系统设置了电流表A/B/C相电流、电压表、AB电压、BC电压、CA电压、功率表、电度表及打印机。
1）控温区：
采用AI-808AX3L1L1S4均采用可控硅移相触发，实现手动、自动双向切换。配合AIJK系列三相移相/周波过零可控硅调功模块。AIJK系列是应用了单片机技术的智能化三相移相触发及周波过零两用触发器，功能强大且可靠性高，能适应各种电炉丝、硅碳棒及负载采用变压器降压的硅钼棒。钨丝等各种类型工业电炉。控制仪表单元接线 图3
其主要特点包括：
1、输入0－20mA（0－5V）/4－20mA（1－5V）信号兼容输入；
2、采用计算机技术进行线性化修正，当负载为阻性时，其输出功率与输入信号成正比；
3、缺相检测、过流检测及报警功能；AIJK3还具有可控硅击穿及开路检测功能
调试：目前我公司仪表自整定采用的是AI人工智能调节算法是采用模糊规则进行PID调节的一种新型算法，在误差大时，运用模糊算法调节，以消除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，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。具有无超调、高精度、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。其整体调节效果比一般PID算法及模糊调节算法均更优越。
自整定是让温控器执行ON/OFF（位式）控制，经2－3次振荡周期后仪表内部微处理器根据位式控制产生的震荡，分析其周期、幅度及波形来自动计算出M5、P、T等控制参数。
系统在不同给定值下整定得出的参数值不完全相同，执行自整定功能前，应先将给定值设置在最常用值或是中间值上，如果系统是保温性能好的电炉，给定值应设置在系统使用的最大值上，再执行启动自整定的操作功能。参数CtI（控制周期）及dF（回差）的设置，对自整定过程也有影响，一般来说，这2个参数的设定值越小，理论上自整定参数准确度越高。但dF值如果过小，则仪表可能因输入波动而在给定值附近引起位式调节的误动作，这样反而可能整定出彻底错误的参数。推荐CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要学习的原因，自整定结束后初次使用，控制效果可能不是最佳，需要使用一段时间（一般与自整定需要的时间相同）后方可获得最佳效果。如果系统是保温性能好的电炉，给定值应设置在系统使用的最大值上，再执行启动自整定的操作功能。参数CtI（控制周期）及dF（回差）的设置，对自整定过程也有影响，一般来说，这2个参数的设定值越小，理论上自整定参数准确度越高。但dF值如果过小，则仪表可能因输入波动而在给定值附近引起位式调节的误动作，这样反而可能整定出彻底错误的参数。推荐CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要学习的原因，自整定结束后初次使用，控制效果可能不是最佳，需要使用一段时间（一般与自整定需要的时间相同）后方可获得最佳效果。
2）加热电热棒的投入控制：
根据加热数量及材料的不同所需温度的高低，电加热棒可逐步加入控制系统，采用AI-3013开关量远程控制触发开关、人为的投入电加热棒的数量，达到节能的需要。
3）冷却段控制：
冷却一、二、三、四、五区采用AI-501AL1S报警监控，随时报警控制窑炉的急冷风机、抽余热风、窑尾风幕、窑尾风幕的炉压及炉温，同时可通过远程开关AI-3013D5开关量接点输出模块控制窑头风幕、排废气机、急冷风机、抽余热风、窑尾风幕、窑尾风幕的随时启停控制，动画显示风机运行状态，根据气流流动块显示流动状态方向。
4）电量/功率测量
为了能及时了解窑炉的运行情况和便于考虑和复核，系统设置了电流表A/B/C相电流、电压表、AB电压、BC电压、CA电压、功率表、电度表计算。
采用AI－704MAFI7I8I8S仪表输入互感器交流信号5A，采集电机电流，测量供电电压。设置量程范围就可显示对应的数据。设置报警值就有保护动作。
测量范围：
总功率电流I；输入信号0～5A；电流范围0～1000A电流；
总电压U；输入0～500VAC交流电压；
AI-601FNS4仪表直接输入：交流电流0～5A、交流电压0～500VAC计算功率；
对于电度量的测量采用AI-601型高性能电流/电压/功率测量仪配合流量结算仪AI-708HA就可以按小时来累积电度量。
如：假定电流互感器为200：5，输入电压满刻度500VAC，因此功率满刻度为100KW，变送功率电流上限刻度为100定义，变送的电流给流量结算仪来计算电度，流量量程范围按100度/小数流量来计算电度数。
四、计算机网络监控
根据现场的要求采用了RS485总线技术，由于RS485总线技术具有良好的实时性、可靠性、抗干扰能力及检错能力，所以在一些条件比较苛刻的场合里广泛应用。通过串口实现整个系统运行监控，其画面包含：现场模拟图、风机状态指示、温度压力显示、各种参数设置、变频调节、实时温度曲线图、设定温度曲线图以及报警信息。
在系统中由于AI系列仪表的出色性能，宇电又开发出基于AI仪表并具备现场总线特性的AIFCSV9.0计算机监控系统。AI仪表相当于现场总线系统中的各个控制单元，利用RS485作为现场通讯总线，采用宇电自行开发的AIBUS通讯协议，可在上位机上实现100%仪表功能操作如实时读取测量值、给定值、设置参数、自动/手动无扰动切换、调整手动输出值、启动/运行/停止程序，并具备开关量输入/输出操作能力。由于自己掌握100%知识产权，又是开放式结构，所以系统价格非常低廉，具有极高的性能/价格比。
采用AIBUS协议的AI仪表在9600波特率下能在40ms内向上位机传送4个重要数据，比采用MODBUS协议的进口仪表速度高3-10倍以上，因此即使采用廉价的RS485通讯，AIFCS也具备如DCS或FF、PROFIDBUS等高价现场总线系统同等的使用效果，并可以组建大型系统，而不象通常进口仪表那样只能应用于小型系统。RS485不仅价格低，还具备布线简单、对通讯线要求低及通讯距离长等优点。
整个系统分为管理层、操作站和工业现场3个层级,也可只分操作站和工业现场两个层级。 管理层可提供工厂领导浏览现场实时工况画面，也可进行如使用权限、系统配置等高级设置；操作站供仪表班组和技术人员进行计算机实时监控；万一计算机系统发生故障时，仪表操作人员可依传统仪表使用方法直接操作仪表；工业现场提供各种控制信号，如模拟量输入/输出和开关量输入/输出至仪表。
（1）信息显示画面
在流程图上可根据现场的要求添加工业现场的量程图片。仪表显示画面主要显示在测窑炉当前运行状态信息值，如当前温度、窑压、电压、电流、功率、等参数在流程图、实时趋势图或仪表画面上：点击【仪表显示框】出现操作平台：可看到该AI仪表定义控制设备的名称，位号、仪表型号，地址，量程上限，量限下限，测量单位，此时AI仪表的所有显示参数与控制按纽都体现在该平台上。
（2）实时报警处理画面
对系统实时采集的数据进行判断，当符合报警条件后，屏幕将弹出闪烁的醒目报警信号，具有画面报警和声音报警功能。实时检测被测窑炉参数以及系统电源等故障异常报警。可以对程序运行中发生的事件进行记录。具体在监控程序中可以设置所记录事件的类型，起止时间，对应的动作等。
（3）量程设置、程序设置画面
具有一定权限的用户可以用密码登录后，对所测量的参数进行量程的设定，这样可以对因各种不可预知的外界因素产生的测量误差进行细微校正，保证所测量数据的有效性和真实性。此软件适合各种工业现场应用。对有升降温控制的窑炉，使用AI-808P仪表所有的参数可设定，可编排程序，查看编排程序的走向，保存多条程序曲线，实现上传、下传，在线修改曲线，参数。窑炉参数设置画面配置窑炉的手自动参数，运行时间，起停时间、运行电压等如点击【参数】名称修改【上限绝对值报警值HAL】在对话框里填写参数，点击“确定”参数就下传到现场AI仪表温度调节器，
（4）报表打印画面
选择报表名称、设置查询时间范围的打印时间段，选择查询间隔等，生成报表，随时打印，还可选择数据导出功能按Excel类型报表导出。各类报表可导出到软件外以Microsoft Excel文档或浏览器的形式保存。报表查询：输入起始与结束时间段查询历史数据；采样有1；3；5；15；30；60分钟可选择报表。
（5）实时数据曲线画面
监视窑炉有关参数的变化趋势曲线，从而可以了解窑炉在一段时间的运行状况。工业现场温度控制器采集测量值，编辑实时曲线，可同时显示8条实时曲线，用颜色来区别。曲线显示可选百分比与实时曲线2种图。也可屏蔽其他曲线，显示单条曲线。呈现的实时数据，并存入系统内数据库，以便日后数据查询等使用。
（6）历史趋势画面
功能与实时数据曲线类似，只是它显示的是过去一段时间设备的运行参数值。选中历史曲线组别，设置查询时间范围，显示的是单条或显示全部曲线，点击查询。在历史曲线上可写入备忘录，可写入59个字。直接打印在历史曲线上。可有选择1条或多条来打印历史曲线。
（7）运行记录画面
记录软件运行中操作对应的动作记录备案。如：登陆系统、退出系统、打印曲线名称、修改参数等。选择时间段可查询某段时间的记录运行情况。
（8）用户管理画面
可以允许不同权限的用户登陆，登陆后，可进行相关的操作。同时还可以允许用户注销自己的身份，这样既可实现灵活，方便的应用，又能保证系统的安全性。
（10）巡检报告画面
用户根据窑炉的运行情况，随时巡检窑炉并记录运行情况，生成报告。可用于下达工作计划、留言备忘、可随时添加。
五、结论
经过实际生产使用证明，使用该电器辊道窑有如下优越性：
1、烧结品种可多样化，由于炉膛上下层控制加热，且控温精确，保证了产品烧结温度和时间的一致性，从而保证了产品尺寸和性能的一致性，大大提高了成品率。
2、设备自动化程度高，大大降低了操作工人的劳动强度，提高了产量。
3、由于窑炉采用了辊道形式，能源的利用率大大提高，降低了运行成本，减小了堵炉风险。
4、由于该窑的保温性能得到提高，降低了环境湿度，使工作环境得到了改善。
5、整个控制系统具有很大的扩展性和可维护性，在工作环境改变时，可灵活增添或减少设备。不用考虑其他事项，这对于系统的不断完善和升级换代奠定了很好的基础。使它的实时性、灵活性、组网方便性以及可维护性获得很好的保证。在一定程度上简化程序设计的工作量。
