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1、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ON-OFF控制方式,此方式會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)溫度振蕩超差(圖3。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PID自整定控制
2、方式時(shí),反而會(huì)造成精度誤差更大。原因是DTA溫控器不支持雙輸出的功能,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(chǎng)值是一般能達(dá)到控制要求的,所以于此設(shè)備中,以出廠(chǎng)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(huà),適當(dāng)調(diào)小P值即可。4 由于塑料
3、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)槌钱惓G樾?,平時(shí)溫度是不易超出此范圍的,如果ALARM設(shè)定過(guò)小(如1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(xiàn)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)在加到溫度控制電源驅(qū)動(dòng)電路之前先分別以三種方式(比例、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)
4、。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(mǎn)足要求的結(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,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
5、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)到的輸出值之間的誤差來(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)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
6、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常用口訣
7、: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,曲線(xiàn)振蕩很頻繁,比例度盤(pán)要放大,曲線(xiàn)漂浮繞大灣,比例度盤(pán)往小扳,曲線(xiàn)偏離回復(fù)慢,積分時(shí)間往下降,曲線(xiàn)波動(dòng)周期長(zhǎng),積分時(shí)間再加長(zhǎng),曲線(xiàn)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(xiàn)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。P值指的是比例(圖4,若是P設(shè)定為20,SV(目標(biāo)溫度)設(shè)定為150度,此時(shí)于150-20=130度之前,輸出將以全輸出的方式來(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(chǎng)值P為4
8、7.6,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。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?shù)膭?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,輸出量是由P量+I量+D
9、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*1/PBedt也隨之運(yùn)算,式中也可知Ti是位于算式中分母的位置,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。圖5 積分常數(shù)I控溫效果(1)本文示例設(shè)備的出廠(chǎng)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
10、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)的也大大的變小了,因此振蕩情形也更加的劇烈了。圖6 積分常數(shù)I控溫效果(2)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),我們知道于系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)(PV現(xiàn)在值=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(guān)察輸出量13%,因此系統(tǒng)將此值(13自動(dòng)填入Iof參數(shù)中,當(dāng)我們重新再激活系統(tǒng)時(shí),輸出量將為P量 + Iof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+I量+D量。相反的,系統(tǒng)中溫度快速的上升,此時(shí)U(輸出量=P量+I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
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