智能仪表AI708在自动控制
系统的应用
摘要：智能仪表技术日趋成熟，作为自动化控制的重要组成部分，其在现代工业发展中已经得到了广泛的应用，特别是带有PID闭环控制功能的智能仪表实现了良好的控制功能。

本文主要介绍宇电
AI708智能仪表在温度、液位控制系统中的应用。

关键词：智能仪表自动化控制 PID闭环控制
引言
随着微电子技术的不断发展，以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪表。

在湿法炼锌过程中，很多工艺控制点可以采用自动控制方式进行。

智能仪表凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，在驰宏公司曲靖分公司锌厂得到了广泛的应用。

1智能仪表概况
智能仪表经过多年的发展，其技术日趋成熟。

80年代，微处理器被用到仪器中，仪器前面板开始朝键盘化方向发展，测量系统常通过IEEE—488总线连接。

不同于传统独立仪器模式的个人仪器得到了发展等。

90年代，仪器仪表的智能化突出表现在以下几个方面：微电子技术的进步更深刻地影响仪器仪表的设计；DSP芯片的问世，使仪器仪表数字信号处理功能大大加强；微型机的发展，使仪器仪表具有更强的数据处理能力；图像处理功能的增加十分普遍；VXI总线得到广泛的应用。

近年来，智能化测量控制仪表的发展尤为迅速。

国内市场上已经出现了多种多样智能化测量控制仪表，例如，能够自动进行差压补偿的智能节流式流量计，能够进行程序控温的智能多段温度控制仪，能够实现数字PID和各种复杂控制规律的智能式调节器，以及能够对各种谱图进行分析和数据处理的智能色谱仪等。

国际上智能测量仪表更是品种繁多，例如，美国HONEYWELL公司生产的DSTJ-3000系列智能变送器，能进行差压值状态的复合测量，可对变送器本体的温度、静压等实现自动补偿，其精度可达到±0.1%FS；美国RACA-DANA公司的9303型超高电平表，利用微处理器消除电流流经电阻所产生的热噪声，测量电平可低达-77dB；美国FLUKE公司生产的超级多功能校准器5520A，内部采用了3个微处理器，其短期稳定性达到1ppm，线性度可达到0.5ppm；美国FOXBORO公司生产的数字化自整定
调节器，采用了专家系统技术，能够像有经验的控制工程师那样，根据现场参数迅速地整定调节器。

这种调节器特别适合于对象变化频繁或非线性的控制系统。

在国内，生产智能仪表的厂家也举不胜数，本文主要使用宇电AI708智能仪表。

2智能仪表的优势和特点
智能仪表在工业自动化领域的广泛应用得益于其突出的技术优势和特点，诸如其高稳定性、高可靠性、高精度、易维护性。

以智能变送器为例，智能仪表具备如下优点：
2.1精度高
智能变送器具有较高的精度。

利用内装的微处理器，能够实时测量出静压、温度变化对检测元件的影响，通过数据处理，对非线性进行校正，对滞后及复现性进行补偿，使得输出信号更精确。

一般情况，精度为最大量程的±0.1%，数字信号可达±0.075%。

2.2功能强
智能变送器具有多种复杂的运算功能，依赖内部微处理器和存储器，可以执行开方、温度压力补偿及各种复杂的运算。

2.3测量范围大
普通变送器的量程比最大为10:1，而智能变送器可达40:1或100:1，迁移量可达1900%和-200%，减少变送器的规格，增强通用性和互换性，给用户带来诸多方便。

2.4通信功能强
智能变送器均可实现手操器进行操作，既可在现场将手操器插到变送器的相应插孔，也可以在控制室将手操器连接到变送器的信号线上，进行零点及量程的调校及变更。

有的变送器具有模拟量和数字量两种输出方式（如HART协议），为实现现场总线通讯奠定了基础。

2.5完善的自诊断功能
通过通信器可以查出变送器自诊断的故障结果信息。

智能仪表建立在微电子技术发展的基础上，超大规模集成电路的嵌入，将CPU、存储器、A/D转换、输入/输出等功能集成在一块芯片上，甚至将PID控制组件也置入其中。

加之现场总线的应用，智能仪表与控制系统之间的数字通讯将替代以往的模拟传递，大大提高了精度和可靠性，避免了模拟信号在传输过程中的衰减，长期难以解决的干扰问题得到解决。

此外，由于数字通讯，节省了大量电缆、安装材料和安装费用。

3 AI708智能仪表在湿法炼锌自动控制中应用
3.1 AI708智能仪表进行温度控制
锌渣过滤浆化是降低渣含锌的最后过程，需将酸浸渣加水浆化，通过蒸汽升温至85℃，再送至压滤机过滤。

最初，蒸汽阀门为手动，操作人员要频繁的上下桶开关阀门，自动化程度低，劳动强度大，并存在安全隐患。

通过自动化改造，将手动阀门换位电动阀，并在智能仪表上设置温度报警上下限值，并把报警信号作为阀门开关的信号，从而实现阀门和温度的连锁控制，有效降低了劳动强度和安全隐，提高了自动化水平。

在此控制中，采用智能仪表AI708构成自动控温闭环控制系统，被控对象是溶液，体积大概为10 m3，执行单元为电动调节阀门，反馈单元为热电阻。

AI-708仪表采用嵌入式系统，内嵌式PID自整定功能，根据要求可设定升温还是降温控制。

根据现场温度传感器的不同类型，可自由设置其类型（接入热电偶、热电阻和线性电压、线性电流等），并可自由设置为0—10V，1—10mA，4—20mA标准输出控制信号。

其输出功率与控制电压或电流成正比。

调节方式：可采用位式调节方式或采用AI人工智能调节，包含模糊逻辑PID调节及参数自整定功能的控制算法，既可闭环控制也可开环使用，手动调节给定电位器，达到控温的目的。

本控制就采用AI人工智能PID调节方式。

实际使用过程中，用户根据工艺要求温度控制在一定的范围内，因此利用智能仪表人工智能调节，采用模糊规则进行PID调节，来实现温度的精确控制。

利用仪表的自整定功能，可设置一到二次的自整定以达到精确的控制效果。

对于不同时段有不同的温度控制要求可采用程序编排达到控制目的。

硬件接线图如下：
图2 AI708仪表端子接线图
热电阻信号接入端子1（+），2（-），输入0至5V电压信号，电动可调节阀门信号接入5（+）和7（-），输出4至20ma电流信号，仪表电源AC220接入9和10端子。

设置仪表相关参数，本温度控制系统要求溶液温度稳定控制在85℃左右，故给定值为85℃，控
制方式采用CTRL3，热电阻采用PT100，因此仪表SN选择为21。

由于人工智能PID控制主要需要确定M5、P、t、CTL等控制参数。

M5定义为输出值变化为5%时，控制对象基本稳定后测量的差值，5表示输出值变化量为5%，同一系统的M5参数一般会随测量值有所变化，应取工作点附近为准。

本系统工作点为85℃，变化5%，确定M5为5。

M5参数值主要决定调节算法中积分作用，和PID中的积分时间类似。

M5越小积分作用越强，反之越弱。

P与每秒内仪表输出变化100%时测量值对应变化大小成反比。

其数值定义如下：P=1000÷每秒测量值升高值（0.1℃为一个单位）。

P类似PID调节器的比例带，但变化相反，P值越大，比例、微分作用成正比增加，反之则减小，因此设定P为50。

t定义为假定没有散热，当其升温速率达到最大值63.5%时所需时间。

t参数对控制的比列、微分、积分均取到影响作用。

t越小，则比列和积分作用均成正比增强，微分作用减小，整体反馈效果增强。

反之，t越大，比列和积分作用减弱，而微分作用增强。

t影响超调抑制功能的发挥，其设置对控制效果的影响很大。

因此设定t为5秒[2]。

接线参数设定后，可以对整个温度系统进行控制，经过实践检测，使用效果良好，满足生产所需，实现了温度的稳定控制。

3.2 AI708智能仪表进行液位控制
锌净化雨水池是收集沟道里的高含锌废水，回流程使用，安全环保意义重大。

一般情况，雨水池都要求保持在低液位，满足下雨或漫液时的应急要求。

在此控制中，也采用AI708人工智能PID调节方式，被控对象是溶液液位，量程3 m，执行单元为电动机，反馈单元为液位。

硬件接线图同上，液位计信号接入端子1（+），2（-），输入0至5V 电压信号，电动可调节阀门信号接入5（+）和7（-），输出4至20ma电流信号，仪表电源AC220接入9和10端子。

设置仪表相关参数，本液位控制系统要求溶液位度稳定控制在0.8m左右，故给定值为0.8m，控制方式采用CTRL3，因此仪表SN选择为33。

人工智能PID控制主要需要确定M5、P、t、CTL等控制参数同上。

生产实践表明，AI708智能仪表输出根据反馈信号进行实时变化，从而实现电机开停和液位的连锁控制，使雨水池保持在低液位，满足下雨或漫液时的应急要求。

4结束语
采用智能仪表控制，可以将熟练的工人操作转变为相应的自动控制，可以有效的提高湿法炼锌的效率及稳定性。

随着湿法炼锌企业自动化水平的提高，智能仪器将会得到更加广泛的应用。

参考文献
[1] 王建辉,顾树生. 自动控制原理 [M].清华大学出版社,2007.23.
[2] AI人工智能工业调节器说明书。