塑料擠出機(jī)溫度控制

1、1 /5塑料擠出機(jī)溫度控制1控制要求基于原材料的物理物理化學(xué)特性，要求控制溫度不能超過(guò)設(shè)定溫度正負(fù)2攝氏度。溫度過(guò) 低，擠出口出料不暢，造成前端擠出機(jī)構(gòu)負(fù)載過(guò)大；溫度過(guò)高，則可能改變?cè)咸匦詫?dǎo)致成品報(bào) 廢。2控制方法分析1控制方法效果比較。根據(jù)對(duì)象特性與現(xiàn)場(chǎng)考察，如果控制方式選擇較為容易操作的0N- OFF控制方式，此方式會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)溫度振蕩超差（圖3） o在理想的工藝控制范圍，ON-OFF控 制是 無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定的，而PID控制會(huì)比ON-OFF更加的精確。圖3控制方法效果比較2 PID控制參數(shù)自整定的適用性分析。個(gè)別溫控器雖然具有智能化PID參數(shù)自整定功能,但是由于不支持雙程對(duì)象控制，因此當(dāng)選擇

2、PID自整定控制方式時(shí)，反而會(huì)造成精度誤差更 大。原因是DTA溫控器不支持雙輸岀的功能，所以只可單選加熱，擠出機(jī)上方配備的冷卻風(fēng)扇 則 是利用DTA的警報(bào)輸出來(lái)觸發(fā)，作為冷卻輸出。而DTA的自整定，必須在自然冷卻或者冷卻 方 式相對(duì)恒定的環(huán)境進(jìn)行，而利用警報(bào)來(lái)做冷卻控制，實(shí)際已變成突發(fā)事件，不在正常的情形 之 下，如此會(huì)造成降溫時(shí)間及振蕩周期變短，將造成振蕩情形更加的劇烈。3 PID控制參數(shù)人工整定的適用性分析。由于擠出機(jī)設(shè)備出廠值是一般能達(dá)到控制要求 的,所以于此設(shè)備中，以出廠值即可達(dá)到所需的要求，反倒是執(zhí)行自整定會(huì)測(cè)得不正確參數(shù)，造成溫 度的上下振蕩。如果對(duì)于有些場(chǎng)合，溫度上升需要加快的話

3、，適當(dāng)調(diào)小P值即可。4由于塑料設(shè)備冷卻速度非常的慢，所以超溫時(shí)利用警報(bào)輸出來(lái)觸發(fā)風(fēng)扇加速冷卻。需要 注 意DTA中使用警報(bào)進(jìn)行風(fēng)扇冷卻，須將ALARM范圍設(shè)定的較大（如超出4度時(shí)才執(zhí)行），因?yàn)?除非異常情形，平時(shí)溫度是不易超出此范圍的，如果ALARM設(shè)定過(guò)?。ㄈ?度），超出設(shè)定值 即冷卻，會(huì)造成冷卻速度太快，產(chǎn)生溫度振蕩。3怎樣設(shè)定PID溫控器PID代表Proportional-Integral-Derivative ,即比例積分微分，指的是一項(xiàng)流行的線性 控制策略。在PID控制器中，錯(cuò)誤信號(hào)（受控系統(tǒng)期望的溫度與實(shí)際溫度之間的差值）在加到 2/5溫度控制電源驅(qū)動(dòng)電路之前先分別以三種方式（比例

4、、積分和微分）被放大。比例增益向錯(cuò)誤 信 號(hào)提供瞬時(shí)響應(yīng)。積分增益求出錯(cuò)誤信號(hào)的積分，并將錯(cuò)誤減低到接近零的水平。積分增益 還有 助于過(guò)濾掉實(shí)測(cè)溫度信號(hào)中的噪音。微分增益使驅(qū)動(dòng)依賴(lài)于實(shí)測(cè)溫度的變化率，正確運(yùn)用 微分增 益能縮短響應(yīng)定位點(diǎn)改變或其它干擾所需的穩(wěn)定時(shí)間。然而，在許多情況下，比例積分（PI:Proportional-Integral，沒(méi)有微分增益）控制策略也可以產(chǎn)生滿足耍求的結(jié)果，而且通 常 要比完全的PID控制器更容易調(diào)整到穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，并獲得符合要求的穩(wěn)定時(shí)間。PID與PI 控制器都可以在基于ispPAC的溫度控制下輕松實(shí)現(xiàn)。由于熱時(shí)間常數(shù)通常以秒為單位，3/5線振蕩很頻繁，比

5、例度盤(pán)要放大，曲線漂浮繞大灣,比例度盤(pán)往小扳,曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)ispPAC20或30器件必須外接RC網(wǎng)絡(luò)，以在控制器上產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。雖然外接的元件是 固定的，但ispPAC器件內(nèi)部提供的可變?cè)鲆娉３？梢杂脕?lái)調(diào)整溫度控制器的性能。在定值控制問(wèn)題中，如果控制精度要求不高，一般采用雙位調(diào)節(jié)法，不用PID。但如果要 求控制精度高，而且要求波動(dòng)小，響應(yīng)快，那就要用PID調(diào)節(jié)或更新的智能調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器是根 據(jù)設(shè)定值和實(shí)際檢測(cè)到的輸岀值之間的誤差來(lái)校正直接控制量的，溫度控制中的直接控制量是 加 熱或制冷的功率。PID調(diào)節(jié)中，用比例環(huán)節(jié)（P）來(lái)決定基本的調(diào)節(jié)響應(yīng)力度，用微分環(huán)節(jié)（D）來(lái)加速對(duì)快速變動(dòng)

6、的響應(yīng)，用積分環(huán)節(jié)（I）來(lái)消除殘留誤差。手動(dòng)對(duì)PID進(jìn)行整定時(shí)，總是先調(diào)節(jié)比例環(huán)節(jié)，然后一般是調(diào)節(jié)積分環(huán)節(jié)，最后調(diào)節(jié)微分 環(huán)節(jié)。溫度控制中控制功率和溫度之間具有積分關(guān)系，為多容系統(tǒng)，積分環(huán)節(jié)應(yīng)用不當(dāng)會(huì)造成 系 統(tǒng)不穩(wěn)定。許多文獻(xiàn)對(duì)PID整定都給出推薦參數(shù)。PID的調(diào)節(jié)可以先確定I值，然后可以根據(jù) 實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定溫度值調(diào)節(jié)PD值，那樣就方便了，千萬(wàn)不要一起調(diào)，那樣容易造成混亂。例如：設(shè)定溫控于60度，在實(shí)際溫度為20和40度時(shí)，加熱的功率就不一樣。積分：如 果長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到設(shè)定值，積分器起作用，進(jìn)行修正。例如：設(shè)置于60度，如果環(huán)境溫度在慢慢 降低，則可能實(shí)際溫度總在59度達(dá)不到60度，積分器起作

7、用，將自動(dòng)增加加溫功率。微分： 如果趨向于設(shè)定值的速度過(guò)快或過(guò)慢，則進(jìn)行修正。例如：設(shè)置于60度，但實(shí)際溫度上升太 快，使溫度可能超過(guò)設(shè)定溫度，這時(shí)微分器起作用，使上升速度正常。PID是依據(jù)瞬時(shí)誤差（設(shè)定值和實(shí)際值的差值）隨時(shí)間的變化量來(lái)對(duì)加熱器的控制進(jìn)行 相應(yīng)修正的一種方法！如果不修正，溫度由于熱慣性會(huì)有很大的波動(dòng)大家講的都不錯(cuò) 比例：實(shí)際 溫度與設(shè)定溫度差得越大，輸出控制參數(shù)越大。例如：設(shè)定溫控于60度，在實(shí)際 溫度為50和55度時(shí)，加熱的功率就不一樣。而20度和40度時(shí),一般都是全功率加熱是一樣 的積分：如果長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到設(shè)定值，積分器起作用，進(jìn)行修正積分的特點(diǎn)是隨時(shí)間延長(zhǎng)而增 大在可預(yù)見(jiàn)

8、的時(shí)間里，溫度按趨勢(shì)將達(dá)到設(shè)定值時(shí)，積分將起作用防止過(guò)沖！微分：用來(lái)修 正很小的振蕩方法是按比例微分積分的順序調(diào)一次調(diào)一個(gè)值調(diào)到振蕩范圍最小為止再 調(diào)下一個(gè)量調(diào)完后再重復(fù)精調(diào)一次要求不是很?chē)?yán)格PID常用口訣：參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查，先是比例后積分，最后再把微分加，曲間往下降，曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)，曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)，動(dòng)差大 來(lái)波 動(dòng)慢，微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)，理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比13.1比例帶PB參數(shù)原理定義控制器的P值其實(shí)就是比例帶（PB） ； I值為積分時(shí)間（Ti） ； D值為微分時(shí)間（Td） o P值指的是比例（圖4）,若是P設(shè)定為20, SV （目標(biāo)溫度）

9、設(shè)定為150度，此時(shí)于 150- 20=130度之前，輸出將以全輸岀的方式來(lái)執(zhí)行，所以若是我們將P值調(diào)整的太小，則將會(huì) 產(chǎn)生溫度加熱過(guò)高的情形。出廠值P為47.6 ,若我們欲達(dá)到的溫度為100度，則于100- 47. 6=52. 4度時(shí)即展開(kāi)比例控制輸出量，所以除非加熱速度很快，否則不會(huì)造成上下振蕩的情形。4/5圖4比例帶PB控溫效果比例帶PB控制輸出量的大小是控制溫度精度的基礎(chǔ)因素，根據(jù)PID算法的輸出量公式如 下：由以上可得知，I及D為零時(shí)，輸出量即為1/PBe,故只有P控制。而e = PV （現(xiàn)在值） -SV （設(shè)定值），所以也可得知，當(dāng)目前溫度已等于設(shè)定溫度時(shí)，e值即為零，此時(shí)P控制中

10、 即無(wú)輸出量，P無(wú)輸出量是無(wú)法將溫度一直保持在設(shè)定值的，此時(shí)便需利用I控制來(lái)執(zhí)行補(bǔ)償 的動(dòng)作。3.2積分常數(shù)I參數(shù)原理定義I值指的是積分量。由上述公式中可得知，輸岀量是由P量+1量+D量，所以當(dāng)未進(jìn)入比例 控制時(shí)，是不執(zhí)行I控制的，因這時(shí)系統(tǒng)已處于全輸出狀態(tài)，I量無(wú)法再增加上去。那么，控 制的積分量將于何時(shí)來(lái)激活積分動(dòng)作呢？如圖5所示，積分動(dòng)作觸發(fā)時(shí)機(jī)為溫度先由上升至反 轉(zhuǎn)下降的時(shí)候，我們可推論，于加熱開(kāi)始時(shí)，原本溫度即會(huì)產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，若此時(shí)再增加積分 量，那么溫度也就過(guò)高更多了。因此當(dāng)我們激活積分動(dòng)作時(shí)，此時(shí)公式中1/Ti*l/PB Zedt也隨 之運(yùn)算，式中也可知Ti是位于算式中分母的位置

11、，所以當(dāng)Ti值愈小時(shí)，所算得的積分量愈 大；反之，Ti值愈大，則計(jì)算的積分量則愈小。5/5圖5積分常數(shù)I控溫效果（1）本文示例設(shè)備的出廠的I默認(rèn)值為260,是為避免積分量太大，會(huì)造成加熱溫度過(guò)高產(chǎn)生 振 蕩，而又為何在此擠出機(jī)中執(zhí)行Auto Tuning會(huì)測(cè)得過(guò)小的I值呢？如圖6中所示，I值 是由（周期時(shí)間/2 ）計(jì)算取得，而塑機(jī)中的溫度下降速度（不激活風(fēng)扇）是相當(dāng)緩慢的，所 以I值 將相當(dāng)?shù)拇?，但我們利用風(fēng)扇加速風(fēng)扇的冷卻，此時(shí)周期時(shí)間大大的縮短，I值相對(duì) 的也大大的6/5自動(dòng)整定（Auto Tuning）的動(dòng)作完成后，控制器也將自動(dòng)填入一值至參數(shù)Iof中，目的 是當(dāng)我們以PID方式控制時(shí)，

12、我們知道于系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)（PV現(xiàn)在值二SV設(shè)定值）,此時(shí)P量 是為零的，所以必須藉由I量來(lái)控制穩(wěn)定所需輸出量，此輸出量可由系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)參數(shù) OUT 來(lái)得知，以此擠出機(jī)為例，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)入?yún)?shù)觀察輸出量13%,因此系統(tǒng)將此值(13)自動(dòng)填入Iof參 數(shù)7/5（時(shí)間）中，當(dāng)我們重新再激活系統(tǒng)時(shí)，輸出量將為P量+lof量，如此可加速加熱的過(guò)程時(shí)間 3.3微分常數(shù)D參數(shù)原理定義D值指的是微分量。當(dāng)系統(tǒng)溫度產(chǎn)生變化時(shí)，將激活D量控制。若于加熱的系統(tǒng)中，溫度 快速的下降，此時(shí)U （輸出量）=P量+1量+D量。相反的，系統(tǒng)中溫度快速的上升，此時(shí)U （輸出量）二P量+1量-D量，因此D量是用來(lái)控制溫度急劇變化時(shí)，輸出的快速反應(yīng)以減少 和設(shè)定值的誤差。D量值是由公式中TD*1/Pb de/dt計(jì)算取得，因此當(dāng)D值愈