1.0  介紹

自動閉環(huán)控制系統(tǒng)在金屬熱加工行業(yè)上的應(yīng)用已經(jīng)比較常見，可是在鋁擠壓工廠卻不多。直到最近幾年，市面上才出現(xiàn)此類自動控制系統(tǒng)，不過質(zhì)量參差不齊，用戶褒貶不一。

過去的系統(tǒng)沒有充份考慮異常或者斷續(xù)的生產(chǎn)情況，達(dá)不到鋁擠壓所要求的可靠性和適應(yīng)性。得益于近年來自動化技術(shù)的空前發(fā)展，成熟的新一代鋁擠壓反饋控制系統(tǒng)誕生了。這一系統(tǒng)非常容易適應(yīng)生產(chǎn)中斷和生產(chǎn)變化，同時還因其簡雅的配置而更易被全行業(yè)接受。

包括早期的版本在內(nèi)，溫度過程控制系統(tǒng)（TPC）已經(jīng)在全世界安裝了超過43條生產(chǎn)線，在各種工況下，該系統(tǒng)保持了提高每條生產(chǎn)線10%-24%生產(chǎn)率的良好成績。最近加入的“最優(yōu)操作準(zhǔn)則”功能被證實讓擠壓機(jī)操作更為穩(wěn)定；TPC系統(tǒng)是用生產(chǎn)配方來運行擠壓機(jī)的，“最優(yōu)操作準(zhǔn)則”加強(qiáng)了系統(tǒng)對擠壓機(jī)內(nèi)置生產(chǎn)配方的分析和優(yōu)化。在東賓夕法尼亞州的一個擠壓工廠告訴我們，他們安裝了TPC系統(tǒng)以后，總生產(chǎn)率提高了18%，這是他們至今為止公司做過的最好的投資。

不同的安裝條件下產(chǎn)生的結(jié)果是不同的，但是使用TPC系統(tǒng)最普遍的收益有以下幾點：

１ 提升產(chǎn)品質(zhì)量，表面光潔度更好，少瑕疵，少次品。

２ 提高擠壓速度，典型地縮短了10%-24%的擠壓時間。這一改進(jìn)不論在短期或是長期都是存在的。

３ 穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)，使用優(yōu)化的生產(chǎn)配方進(jìn)行生產(chǎn)，不受操作人員變換的影響。

４ 減少擠壓機(jī)停車時間，實時的圖像查看和報警提醒操作者注意擠壓機(jī)上的異常情況。

５ 多出的擠壓能力可以被充分利用到生產(chǎn)更多的訂單，使訂單計劃更具靈活性。

６ 在有液氮冷卻模具的生產(chǎn)線上，TPC可以控制液氮流量，減少40%的液氮消耗。

2.0  鋁材擠壓過程的優(yōu)化

2.1  實施最優(yōu)操作準(zhǔn)則

在如今激烈的全球市場環(huán)境中，鋁材擠壓廠要保持競爭力，必須要保證產(chǎn)品的高質(zhì)量和生產(chǎn)的高效率。要實現(xiàn)這樣的目標(biāo)，最基本的是要投入人力和技術(shù)來推動整個組織機(jī)構(gòu)的改進(jìn)。大多數(shù)的過程改進(jìn)程序都配合使用“最優(yōu)操作準(zhǔn)則”，把提速、執(zhí)行和管理的優(yōu)化貫穿整個組織機(jī)構(gòu)。如下圖1所示，實施“最優(yōu)操作準(zhǔn)則”，可以快速提高工廠的產(chǎn)出、質(zhì)量和收益率。

    最優(yōu)操作準(zhǔn)則程序的概念很簡單：定義和維持操作的標(biāo)準(zhǔn)，然后持續(xù)提高標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)持久的產(chǎn)量和質(zhì)量收益。

實現(xiàn)這些目標(biāo)最具挑戰(zhàn)性的地方就是開發(fā)一個靈活好用、細(xì)節(jié)完美的系統(tǒng)。早期設(shè)計的系統(tǒng)太過復(fù)雜而且可靠性差，現(xiàn)在有了先進(jìn)的技術(shù)，使最優(yōu)操作準(zhǔn)則更健全、更便捷實用。

最有效的連續(xù)的過程優(yōu)化程序，通過管理生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的最優(yōu)操作準(zhǔn)則的實施、優(yōu)化和評估，實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的最優(yōu)操作。例如：

１ 擠壓時間（典型的是65%）：代表了最重要的提高的機(jī)會，因為這個時間，擠壓桿在擠壓鋁棒。通過定義和實施最優(yōu)操作準(zhǔn)則來控制主要的擠壓參數(shù)，就有可能把每天的擠壓生產(chǎn)控制得更穩(wěn)定，并且增加循環(huán)生產(chǎn)次數(shù)和合格率來大幅的提高工廠的生產(chǎn)率和質(zhì)量。

２ 停車時間、調(diào)試時間和空載時間（典型的35%）：三者合在一起代表了另一個顯著的提高的機(jī)會，這段時間擠壓機(jī)沒有生產(chǎn)。用一個更好的系統(tǒng)來跟蹤這些操作，就有可能給工程師提供更好的信息，來做出更好的決定，以保證過程的順暢和有更多的擠壓時間。

2.2   管理過程溫度

優(yōu)化鋁型材擠壓生產(chǎn)的機(jī)會很多，但是最大的機(jī)會在于更好地管理和控制整個生產(chǎn)過程的溫度。如下圖2簡化的擠壓極限圖表，通過對鋁棒和擠壓機(jī)前梁出口溫度的精確控制使產(chǎn)量和品質(zhì)得到優(yōu)化。

傳統(tǒng)的人工控制過程溫度的方式對操作者的技術(shù)經(jīng)驗要求很高?？上У氖牵@樣的生產(chǎn)方式常常變成：要么為保證產(chǎn)品質(zhì)量，而把擠壓速度控制在遠(yuǎn)低于最佳水平的程度；要么為了最大化擠壓速度，而導(dǎo)致產(chǎn)品合格率下降。

有了溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，則可以在擠壓機(jī)上實施 “最優(yōu)操作準(zhǔn)則”，讓生產(chǎn)過程更有可預(yù)測性和穩(wěn)定性。特別的，因為這個系統(tǒng)優(yōu)化了鋁棒溫度，把型材的溫度控制在最大的范圍內(nèi)，擠壓速度就可以相應(yīng)大幅的提高，還不犧牲產(chǎn)品質(zhì)量。這要求系統(tǒng)有如下的能力：

１ 提供一個簡單的方法來定義、實施和評估每一個型材的最佳生產(chǎn)配方值。最優(yōu)值會因擠壓機(jī)而異，因模具而異，因鋁棒材料而異，甚至還因模具副本的狀況而異。

２ 自動補償因模具、盛錠筒、鋁棒和鋁型材溫度的變化而產(chǎn)生的變化，以避免在高擠壓速度下極易產(chǎn)生的質(zhì)量問題。

３ 自動補償生產(chǎn)過程中異常狀況下產(chǎn)生的問題，如加熱爐或者泵設(shè)備上的問題。

 

2.3  閉環(huán)溫度控制下無與倫比的表現(xiàn)

隨著技術(shù)的發(fā)展，鋁擠壓廠已經(jīng)有能力使用系統(tǒng)來直接控制擠壓過程的溫度。威廉姆遜溫度過程控制系統(tǒng)（TPC）就是其中之一。這個系統(tǒng)內(nèi)置一個配方數(shù)據(jù)庫，可以通過在線溫度反饋來控制擠壓生產(chǎn)。如圖3所示，TPC系統(tǒng)把紅外線測溫儀、PLC、計算機(jī)和SQL數(shù)據(jù)庫連接起來，并與工廠在用的控制器整合。另外，圖示化的界面讓操作者更容易回顧、執(zhí)行和評估“最優(yōu)操作準(zhǔn)則”在每一個擠壓過程中的實施情況。

基于速度和壓力的控制系統(tǒng)，僅依靠溫度選擇合適的控制模式，與此不同，TPC系統(tǒng)使用實時的溫度輸入來控制生產(chǎn)，并能在擠壓狀態(tài)大幅度變動的時候，仍使擠壓過程遵循最優(yōu)操作準(zhǔn)則。詳細(xì)的TPC控制內(nèi)容包括：

１ 自動調(diào)節(jié)擠壓速度，使型材在擠壓機(jī)前梁出口保持最佳溫度。如圖2所示，這一溫度對確保最佳擠壓速度和質(zhì)量是決定性的。

２ 自動調(diào)節(jié)鋁棒加熱爐的溫度設(shè)定值，來優(yōu)化鋁棒溫度和擠壓突破時間，使擠壓壓力和速度最大化。

３ 高級選項包括自動控制梯度加熱爐系統(tǒng)，淬火系統(tǒng)和液氮冷卻系統(tǒng)

TPC的柔性設(shè)計使它非常便于組態(tài)并可與多種控制系統(tǒng)兼容。例如，TPC的PLC模塊可以通過模擬信號與較老型號的擠壓控制系統(tǒng)連接，也可以通過PLC的網(wǎng)絡(luò)接口與較新型號的擠壓機(jī)控制系統(tǒng)通訊。另外，TPC模塊化的軟件設(shè)計讓它與現(xiàn)有的擠壓機(jī)、加熱爐和牽引機(jī)的控制器可以很容易的整合起來。因此，當(dāng)現(xiàn)場準(zhǔn)備工作完成后，只要一周時間就可完成整個TPC系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和培訓(xùn)，并且?guī)缀醪恍枰＼嚒?/p>

現(xiàn)場的前期準(zhǔn)備（大約4周時間完成）

1、確定項目負(fù)責(zé)人——（管理層、IT部、工藝專家和第一聯(lián)絡(luò)人）

2、制作詳細(xì)的安裝計劃

3、開發(fā)配方數(shù)據(jù)庫的詳細(xì)規(guī)范，該配方定義了擠壓生產(chǎn)的最優(yōu)操作準(zhǔn)則

4、根據(jù)基本信息建立配方數(shù)據(jù)庫

5、安裝系統(tǒng)硬件，完成PLC和傳感器接線。

系統(tǒng)組態(tài)和測試（大約1周完成）

1、完成系統(tǒng)硬件的裝配和測試

2、完成應(yīng)用軟件的安裝與測試

3、進(jìn)行系統(tǒng)測試

4、完成操作培訓(xùn)

3.0   一個簡單的實施最優(yōu)操作準(zhǔn)則的方法

3.1高效地管理，持續(xù)地改善

TPC控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)就是配方數(shù)據(jù)庫，它是對擠壓機(jī)最優(yōu)操作準(zhǔn)則進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的定義、執(zhí)行和評估的途徑（如圖4）。在安裝系統(tǒng)時，配方數(shù)據(jù)庫都經(jīng)過評估和調(diào)試，來適應(yīng)相應(yīng)的一臺擠壓機(jī)的綜合過程參數(shù)設(shè)置（見表1）。默認(rèn)配方是根據(jù)模具副本設(shè)置的，作為配方優(yōu)化的基礎(chǔ)。因為有了默認(rèn)的配方，可以注意到，TPC系統(tǒng)控制下的擠壓生產(chǎn)過程，比人工控制的有顯著的改善，生產(chǎn)過程也變得非常穩(wěn)定，不受操作者變化的影響。配方的參數(shù)在每一個模具生產(chǎn)過程中是不斷優(yōu)化的，這也更進(jìn)一步的提高了產(chǎn)量，保證了品質(zhì)。

    
如圖4所示，TPC系統(tǒng)輕松地將最優(yōu)操作準(zhǔn)則與日常的擠壓機(jī)操作融合在一起。重要的功能包括：

1 配方管理：讓操作者更容易定義和保存某模具所對應(yīng)的獨有的綜合操作參數(shù)，讓優(yōu)化的結(jié)果一致連貫。

2 訂單管理：根據(jù)訂單的確切規(guī)格可順利生成詳細(xì)的生產(chǎn)配方，在擠壓機(jī)上管理群訂單。

3 控制模塊：利用實時的溫度反饋，進(jìn)行鋁棒溫度和型材前梁出口溫度的自動閉環(huán)控制，任何操作者在擠壓機(jī)工作狀態(tài)大幅變化的情況下,都能得到最優(yōu)的生產(chǎn)結(jié)果。

4 標(biāo)準(zhǔn)對比監(jiān)控（R2S）、最佳擠壓分析、在線圖表和報告：提供了實際生產(chǎn)條件下詳細(xì)的信息，便于分析和調(diào)節(jié)配方參數(shù)來提高產(chǎn)量。這些新的配方參數(shù)將被儲存在配方數(shù)據(jù)庫里，在未來新訂單上使用。

表 1
 

為快速推動擠壓過程改進(jìn)，首先要優(yōu)化生產(chǎn)最多的型材的配方。有了TPC系統(tǒng)，可以很簡單地實現(xiàn)以下目標(biāo)：

1 在保證型材質(zhì)量的同時，逐步提高型材的擠壓速度，系統(tǒng)地控制型材目標(biāo)溫度。

 

2 利用最優(yōu)擠壓分析功能模塊來評估和升級配方的最優(yōu)參數(shù)。這一功能自動保存了每一個模具排在前五位的表現(xiàn)最好時的生產(chǎn)參數(shù)。這也便于評估平均擠壓桿速度、每個訂單的成品率和保存新配方到TPC數(shù)據(jù)庫。

要使TPC系統(tǒng)推動型材質(zhì)量的改善，還要綜合考慮表面光潔度、尺寸公差或金相屬性，所以要根據(jù)每一個模具的特殊情況來控制生產(chǎn)過程。潛在的過程限制包括：

1 模具的設(shè)計

2 加熱爐的加熱能力

3 擠壓機(jī)速度或壓力的最大值

4 冷卻和搬運系統(tǒng)的能力

5 鋁棒或者型材的溫度上限

6 為達(dá)到金屬屬性而要求的淬火率

利用TPC配方管理模塊，我們可以鎖定和追蹤系統(tǒng)優(yōu)化后的配方。管理層可據(jù)此做出更改設(shè)備或者工藝的決定。例如，如果大量配方因加熱爐的能力有限而被鎖定，TPC的報告就會提示一個購置新加熱爐方案，來解決這一瓶頸。如果這一限制被解除了，配方可以更進(jìn)一步的得到優(yōu)化。

3.2  高效分析和優(yōu)化擠壓過程
3.2.1  標(biāo)準(zhǔn)對比監(jiān)控(R2S)

TPC系統(tǒng)包括很多先進(jìn)的工具和報告，可以很輕松地分析和優(yōu)化配方，確定過程瓶頸，實施過程改進(jìn)，從而把生產(chǎn)過程提高到一個新的水平。如圖5所示，標(biāo)準(zhǔn)對比監(jiān)控給操作者提供一個直觀的擠壓機(jī)表現(xiàn)示圖，自動對比實際操作和標(biāo)準(zhǔn)操作的主要數(shù)據(jù)。R2S監(jiān)控也包括狀態(tài)燈和反饋與標(biāo)準(zhǔn)差異的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。例如，如果配方被優(yōu)化及鎖定了，R2S監(jiān)控的訂單狀態(tài)欄就會根據(jù)每個鋁棒的生產(chǎn)狀況有以下的顯示：

 

1 綠燈表示過程參數(shù)在最優(yōu)操作準(zhǔn)則的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，紅燈表示過程值超出了標(biāo)準(zhǔn)范圍。
  
2 系統(tǒng)自動計算并顯示每一個參數(shù)的狀態(tài)，計算和顯示綠燈數(shù)量占整個參照數(shù)的比例。                             
 
3.2.2  其他用于分析生產(chǎn)的功能模塊

1 最佳擠壓分析：某模具編號下的擠壓生產(chǎn)中，擠壓桿平均速度和成品率這兩個指標(biāo)最好的五個配方被自動記錄下來，操作者可以參考這些記錄，快速地分析和更新每個配方的最佳值。

2 在線圖示：提供直觀的現(xiàn)場生產(chǎn)趨勢圖和產(chǎn)出情況

3 報告模塊：收集重要數(shù)據(jù)促進(jìn)生產(chǎn)全過程的持續(xù)改善。數(shù)據(jù)可以根據(jù)鋁棒、訂單、換班、模具或日期來提取。數(shù)據(jù)可以用excel表格軟件或其他軟件來分析和排列，非常簡便。

4 在線報警：當(dāng)擠壓機(jī)發(fā)生異常的時候，系統(tǒng)會跳出文本信息，提示出錯，幫助操作者發(fā)現(xiàn)問題。

5 高級報告功能：提供極為寶貴的信息，有助于管理者在改善擠壓生產(chǎn)的其它環(huán)節(jié)時做出明智的決定，這些特別的環(huán)節(jié)有：

6 模具更換監(jiān)測：每一次更換模具的時候，操作者都必須在提示窗口里選擇更換模具的原因。默認(rèn)的選項是“正常更換”，模具更換的原因列表還可以自定義。（如圖6）

7 停車監(jiān)測：有一個計時器會在擠壓機(jī)停止時間過長時跳出來（典型的是每擠壓完后2分鐘）。操作者可以選擇一個自定義的原因表來說明停車原因（見表6），系統(tǒng)則會自動記錄下停車的精確時間和時長。

8 過程監(jiān)控：如果在使用一個被鎖定的配方生產(chǎn)，有一個可定制的開關(guān)來打開標(biāo)準(zhǔn)對比監(jiān)控數(shù)據(jù)。當(dāng)過程表現(xiàn)低于開關(guān)的限制，它會激活一個彈出的窗口，帶有一個可客戶定制的控制代碼，隨著事件被記錄下來。

 

4.0  用于改善過程控制的自動化閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計

4.1 基于溫度的創(chuàng)新閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計

依賴TPC系統(tǒng)先進(jìn)的閉環(huán)控制能力，每條生產(chǎn)線上的每位操作人員都能保證擠壓生產(chǎn)始終遵守最優(yōu)操作準(zhǔn)則。產(chǎn)生如此突破性進(jìn)展的關(guān)鍵，是系統(tǒng)獨一無二的快速簡單的適應(yīng)各種擠壓操作條件的能力。與基于速度和壓力的控制系統(tǒng)不同，TPC使用實時溫度和自我學(xué)習(xí)的架構(gòu)來控制擠壓機(jī)生產(chǎn)，實現(xiàn)全生產(chǎn)過程的協(xié)調(diào)，維持最佳狀態(tài)。

如圖表7所示，TPC系統(tǒng)是一個真正的基于溫度的控制系統(tǒng)，它自動并精確地調(diào)整過程參數(shù)配方值，從而縮短擠壓時間，保持質(zhì)量穩(wěn)定。其調(diào)控功能主要包括以下幾個方面：

1 鋁棒溫度控制：坯料加熱爐末區(qū)的溫度設(shè)定點被附加一個偏移量后自動調(diào)整，從而優(yōu)化擠壓突破時間，并使峰值壓力最大化。

2 棒溫梯度控制：用兩個溫度設(shè)定點的調(diào)整來控制料棒的梯度加熱，從而保證前梁出口溫度在等速擠壓時也能達(dá)到最佳。

3 動態(tài)速度控制：在擠壓過程中，擠壓機(jī)的速度能夠以一個偏移量不斷進(jìn)行調(diào)整以保持最佳的型材溫度。

4 步進(jìn)速度控制：一個“通過學(xué)習(xí)得到的”速度偏移量將被加到每塊坯料的初始速度。加到全過程的速度偏移總量等于動態(tài)偏移量加上步進(jìn)速度偏移量之和。

 

4.2 各種動態(tài)工況下的補償

擠壓過程是一個動態(tài)的升溫過程，其內(nèi)部各要素相互關(guān)聯(lián)、錯綜復(fù)雜，需要連續(xù)調(diào)節(jié)以保證每根鋁棒的產(chǎn)出都能達(dá)到最優(yōu)品質(zhì)。TPC系統(tǒng)可同時連續(xù)調(diào)節(jié)所有需要調(diào)整的參數(shù)，操作者無需成為熱管理專家也能輕松完成擠壓過程的優(yōu)化。此外，TPC系統(tǒng)還包含很多“故障安全防護(hù)”功能，它能夠識別出一些異常工況，而在這些工況下為保證質(zhì)量和生產(chǎn)安全，不會采用更多極端的調(diào)節(jié)。這些功能包括：

1 操作限制：用于限制可通過TPC系統(tǒng)進(jìn)行的過程調(diào)整操作。當(dāng)中就包括鋁棒溫度偏移量也就是動態(tài)及步進(jìn)速度偏移量的調(diào)控限制。

2 發(fā)射率和溫度限制：被用于核實控制調(diào)節(jié)發(fā)生前輸入系統(tǒng)的溫度。一旦測得的發(fā)射率和溫度超出了合理的極限，系統(tǒng)就會自動停止進(jìn)一步的調(diào)整。

3 系統(tǒng)診斷程序：負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，并且會在PLC或者TPC各操作系統(tǒng)之間通訊中斷的情況下，自動將系統(tǒng)由自動模式切換至手動模式。

正如以下列表所示，每一根擠出的鋁棒都會受到多個過程變量的影響。使用“訂單管理”程序模塊，系統(tǒng)可輕易設(shè)置一個細(xì)化的配方來為每一個訂單確定最優(yōu)操作準(zhǔn)則。接下來則是由TPC控制模塊來保證最優(yōu)生產(chǎn)狀態(tài)。以下幾個因素會對優(yōu)化效果產(chǎn)生影響：

１ 模具溫度：模具加熱爐和模具調(diào)度的管理必須保證模具溫度遠(yuǎn)高于規(guī)定的最低值。

２ 最佳鋁棒溫度設(shè)定點：棒溫設(shè)定點既要足夠低以充份提高擠壓能力，又要足夠高以符合金相的要求。擠壓突破時間和峰值壓力可作為優(yōu)化鋁棒溫度的兩個指標(biāo)。

３ 精確且可重復(fù)的鋁棒喂料溫度：由于鋁棒加熱爐的接觸式溫度探頭精確度不高，實際的鋁棒溫度會產(chǎn)生明顯的偏差。遲鈍的探頭讀數(shù)低導(dǎo)致鋁棒溫度高于鋁棒的設(shè)定點的溫度，而當(dāng)探頭受到加熱爐內(nèi)火焰干擾讀數(shù)偏高時又會導(dǎo)致鋁棒的實際溫度比設(shè)定點低。

４ 鋁棒加熱的均勻度：盡管鋁棒整體都將獲得迅速加熱，但一些情況經(jīng)常致使鋁棒受熱不均。最糟時，當(dāng)加熱爐閘門或者加熱裝置出現(xiàn)機(jī)械故障，或是鋁棒長度與加熱區(qū)的長度不匹配的時候，棒溫最終有可能會變成倒梯度。

５ 最佳梯度加熱：如果加熱爐有梯度加熱的能力，這時候，重要的是要保證在進(jìn)入擠壓機(jī)時，鋁棒仍保持在最佳溫度梯度。

６ 最佳型材溫度設(shè)定點：型材最佳的目標(biāo)溫度會因模具、模具副本與合金的變化而不同。如同圖2所示，擠壓機(jī)出口溫度越高擠壓速度越快，但由于表面光潔度差，氣泡，或是可能出現(xiàn)尺寸公差等問題，其質(zhì)量風(fēng)險也會相應(yīng)增大。

７ 等溫控制：這一功能可在單次擠壓中保持型材溫度恒定。理想狀態(tài)下，型材能夠迅速到達(dá)目標(biāo)溫度，并保持這一溫度不超。穩(wěn)定該溫度產(chǎn)一個重要因素就是鋁棒溫度的連續(xù)性和均勻度。

８ 淬火率高于最低目標(biāo)值：為了實現(xiàn)特別的機(jī)械性能，型材必須升至目標(biāo)溫度，隨后快速冷卻以獲得令人滿意的拉伸屬性。針對不同的型材，必須確定最低冷卻速率來保證獲得其特定的機(jī)械性能。

生產(chǎn)正常運行的關(guān)鍵是配方數(shù)據(jù)庫里的最優(yōu)操作準(zhǔn)則，而TPC模塊是生產(chǎn)正常運行的保障。為了闡明TPC系統(tǒng)管理擠壓生產(chǎn)的流程，圖8將手動控制加工的10根鋁棒(棒號1 – 10)與TPC系統(tǒng)自動控制下加工的10根鋁棒(棒號11 – 20)進(jìn)行了比較。為了強(qiáng)調(diào)一些重要的功能，每根鋁棒的下述參數(shù)都被跟蹤記錄下來：

1 對比型材設(shè)定點溫度和實際溫度，以檢驗是否達(dá)到擠壓速度和質(zhì)量的最佳平衡點。

2 對比鋁棒溫度設(shè)定點、由爐內(nèi)熱電偶測得的棒溫、以及由爐外非接觸式測溫儀測得的棒溫，可以看出，保持穩(wěn)定的鋁棒喂料溫度的難度不小。

3 每根鋁棒的擠壓時間都被記錄。

在這個例子中，TPC系統(tǒng)自動控制下的擠壓總時間被縮短了17%，而最佳型材溫度則始終維持恒定，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。以下是關(guān)于測試數(shù)據(jù)的一些要點：

1. 通過自動調(diào)整擠壓速度使擠壓機(jī)前梁出口的型材維持在最佳溫度后，擠壓時間立刻縮短了8-10秒（見鋁棒11-13）。

2. 通過自動降低加熱爐內(nèi)的鋁棒溫度設(shè)定點，鋁棒喂料溫度降低，突破時間得到優(yōu)化，峰值壓力也達(dá)到最大。這就額外縮短了13秒的擠壓時間（見鋁棒15-20）。

3. 鋁棒6和13顯示了系統(tǒng)如何為保證產(chǎn)品質(zhì)量，自動調(diào)整以適應(yīng)不同的鋁棒喂料溫度。在6號鋁棒處，操作員并未手動調(diào)節(jié)擠壓速度以適應(yīng)溫度更高的鋁棒，結(jié)果導(dǎo)致型材溫度超出了最佳目標(biāo)溫度。與此同時在13號鋁棒處，TPC系統(tǒng)自動降低了擠壓速度以保持最佳型材溫度。根據(jù)6號鋁棒的溫度超出程度，這根型材很有可能報廢。而13號鋁棒的擠壓速度則得到了自動降低，從而確保了質(zhì)量。

 

4.3 更精確可靠的溫度測量

TPC系統(tǒng)成功運行的一個基本前提是：由紅外測溫儀輸入的溫度信號精確可靠。這也是在擠壓過程中連續(xù)有效進(jìn)行熱管理的關(guān)鍵。結(jié)合了微處理器和紅外技術(shù)的最高成果，威廉姆遜的PRO系列多波長傳感器可在各種各樣的工業(yè)狀況下精確測量鋁的溫度。

憑借其先進(jìn)的技術(shù)，PRO120已經(jīng)證明在鋁擠壓溫度測量上更精確可靠。這些多波長的傳感器使用ESP算法計算出鋁的準(zhǔn)確溫度和發(fā)射率，在計算時還要考慮紅外能量、發(fā)射率和波長。ESP算法是一個以計算機(jī)為基礎(chǔ)的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，針對鋁擠壓過程的各種測溫應(yīng)用，經(jīng)過大量的在線試驗和離線模擬開發(fā)出來的。所以對大多常用合金、不同的型材形狀以及鋁表面的氧化狀態(tài)，PRO可精確測量其溫度，無須現(xiàn)場標(biāo)定。

為什么說PRO120是完美的鋁擠壓測溫儀表呢？

1 自動補償鋁的復(fù)雜的發(fā)射率特性

2 實時測量鋁的溫度和發(fā)射率

3 自動對準(zhǔn)小的、晃動的型材

4 能夠補償臟污鏡頭、煙氣和水汽對測溫結(jié)果的影響

5 適應(yīng)苛刻的工業(yè)環(huán)境

6 一種型號滿足鋁擠壓的所有應(yīng)用（棒溫、擠壓出口溫度、淬火溫度）

鋁材擠壓應(yīng)用給紅外測溫儀表提出了許多獨特的挑戰(zhàn)。好在隨著技術(shù)的升級，我們有能力提供一個精確的溫度測量，來幫助嚴(yán)格的控制生產(chǎn)過程，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和過程的優(yōu)化。

 

5.0  總結(jié)-最佳實踐之路

自動化系統(tǒng)的高效性已被證實，它技術(shù)可靠，能大幅提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量。最新的自動控制技術(shù)使 “最優(yōu)操作準(zhǔn)則”在鋁材擠壓生產(chǎn)中得以實施，實現(xiàn)了生產(chǎn)的連貫性，不受操作者換班的影響。本文詳細(xì)敘述了一個創(chuàng)新的自動控制系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以優(yōu)化鋁擠壓生產(chǎn)過程。它能提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)，表明自動化控制帶來的卓越收益。同時，它也可以提供最佳溫度管理的評估報告，為生產(chǎn)制定計劃，持續(xù)地優(yōu)化生產(chǎn)過程。
盡管使用紅外測溫儀監(jiān)測擠壓過程在鋁擠壓行業(yè)已經(jīng)十分普遍，但借助連續(xù)的溫度反饋信號優(yōu)化擠壓生產(chǎn)過程的做法卻依然少見。結(jié)果導(dǎo)致全球范圍內(nèi)的鋁制品企業(yè)仍舊只關(guān)注不同操作員和不同班次之間的延續(xù)性，而操作員個人受到獎勵和批評的依據(jù)也都是他們?nèi)粘５纳a(chǎn)效率水平。作為提供穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率提升的一種有效途徑，鋁擠壓行業(yè)中的大部分企業(yè)都已經(jīng)轉(zhuǎn)向“最優(yōu)操作準(zhǔn)則”。但是，在缺少自動化系統(tǒng)參與的情況下，要通過達(dá)到“最優(yōu)操作準(zhǔn)則”來獲得企業(yè)成功已經(jīng)被證明是異常困難和耗時的。而將“最優(yōu)操作準(zhǔn)則”與溫度反饋自動操控系統(tǒng)有效結(jié)合的Williamson TPC系統(tǒng)，正是能同時滿足穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率兩大需求的最佳選擇。

TPC系統(tǒng)的效果已經(jīng)得到驗證，因為它將與管理和質(zhì)量相關(guān)的“最優(yōu)操作準(zhǔn)則”與簡便、創(chuàng)新且有效的反饋自動操控系統(tǒng)及其他鋁擠壓流程優(yōu)化的配套設(shè)備相結(jié)合。反饋控制系統(tǒng)與“最優(yōu)操作準(zhǔn)則”模型的創(chuàng)新性結(jié)合為持續(xù)的流程標(biāo)準(zhǔn)化和優(yōu)化進(jìn)程提供了無縫對接且直接有效的手段。類似的系統(tǒng)在幾年之前或許還讓人無法想象，可如今，紅外測溫儀和鋁擠壓過程中的反饋控制系統(tǒng)的成熟應(yīng)用，加之“最優(yōu)操作準(zhǔn)則”的革命性發(fā)展，已經(jīng)使自動化反饋操控系統(tǒng)的應(yīng)用變得簡單易行。當(dāng)今的市場環(huán)境更讓這樣的系統(tǒng)變得不可或缺。

                                                                     （譯文由深圳市金瑞達(dá)實業(yè)有限公司提供）