塑料擠出機溫度控制

1、塑料擠出機溫度控制1控制要求基于原材料的物理物理化學特性，要求控制溫度不能超過設(shè)定溫度正負2攝氏度。溫度過低，擠出口出料不暢，造成前端擠出機構(gòu)負載過大；溫度過高，則可能改變原料特性導(dǎo)致成品報廢。2 控制方法分析1 控制方法效果比較。根據(jù)對象特性與現(xiàn)場考察，如果控制方式選擇較為容易操作的ON-OFF控制方式，此方式會導(dǎo)致目標溫度振蕩超差(圖3)。在理想的工藝控制范圍，ON-OFF控制是無法達到穩(wěn)定的，而PID控制會比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象控制，因此當選擇PID自整定

2、控制方式時，反而會造成精度誤差更大。原因是DTA溫控器不支持雙輸出的功能，所以只可單選加熱，擠出機上方配備的冷卻風扇則是利用DTA的警報輸出來觸發(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恒定的環(huán)境進行，而利用警報來做冷卻控制，實際已變成突發(fā)事件，不在正常的情形之下，如此會造成降溫時間及振蕩周期變短，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。由于擠出機設(shè)備出廠值是一般能達到控制要求的，所以于此設(shè)備中，以出廠值即可達到所需的要求，反倒是執(zhí)行自整定會測得不正確參數(shù)，造成溫度的上下振蕩。如果對于有些場合，溫度上升需要加快的話，適當調(diào)小P值即可。4 由于

3、塑料設(shè)備冷卻速度非常的慢，所以超溫時利用警報輸出來觸發(fā)風扇加速冷卻。需要注意DTA中使用警報進行風扇冷卻，須將ALARM范圍設(shè)定的較大（如超出4度時才執(zhí)行），因為除非異常情形，平時溫度是不易超出此范圍的，如果ALARM設(shè)定過小(如1度)，超出設(shè)定值即冷卻，會造成冷卻速度太快，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，指的是一項流行的線性控制策略。在PID控制器中，錯誤信號（受控系統(tǒng)期望的溫度與實際溫度之間的差值）在加到溫度控制電源驅(qū)動電路之前先分別以三種方式（比例、積分和微分）被放大。比例增益向錯誤信號提供瞬

4、時響應(yīng)。積分增益求出錯誤信號的積分，并將錯誤減低到接近零的水平。積分增益還有助于過濾掉實測溫度信號中的噪音。微分增益使驅(qū)動依賴于實測溫度的變化率，正確運用微分增益能縮短響應(yīng)定位點改變或其它干擾所需的穩(wěn)定時間。然而，在許多情況下，比例積分（PI:Proportional-Integral，沒有微分增益）控制策略也可以產(chǎn)生滿足要求的結(jié)果，而且通常要比完全的PID控制器更容易調(diào)整到穩(wěn)定的運行狀態(tài)，并獲得符合要求的穩(wěn)定時間。PID與PI控制器都可以在基于ispPAC的溫度控制下輕松實現(xiàn)。由于熱時間常數(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)的時間常數(shù)。雖然外接的

5、元件是固定的，但ispPAC器件內(nèi)部提供的可變增益常?？梢杂脕碚{(diào)整溫度控制器的性能。在定值控制問題中，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)定值和實際檢測到的輸出值之間的誤差來校正直接控制量的，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)來決定基本的調(diào)節(jié)響應(yīng)力度，用微分環(huán)節(jié)（D)來加速對快速變動的響應(yīng)，用積分環(huán)節(jié)（I)來消除殘留誤差。手動對PID進行整定時，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)

6、系，為多容系統(tǒng)，積分環(huán)節(jié)應(yīng)用不當會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。許多文獻對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)實測溫度與設(shè)定溫度值調(diào)節(jié)PD值，那樣就方便了，千萬不要一起調(diào)，那樣容易造成混亂。例如：設(shè)定溫控于60度，在實際溫度為20和40度時，加熱的功率就不一樣。積分：如果長時間達不到設(shè)定值，積分器起作用，進行修正。例如：設(shè)置于60度，如果環(huán)境溫度在慢慢降低，則可能實際溫度總在59度達不到60度，積分器起作用，將自動增加加溫功率。微分：如果趨向于設(shè)定值的速度過快或過慢，則進行修正。例如：設(shè)置于60度，但實際溫度上升太快，使溫度可能超過設(shè)定溫度，這時微分器起作用，使上升速度正常。P

7、ID是依據(jù)瞬時誤差(設(shè)定值和實際值的差值)隨時間的變化量來對加熱器的控制進行相應(yīng)修正的一種方法!如果不修正,溫度由于熱慣性會有很大的波動.大家講的都不錯.比例：實際溫度與設(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，在實際溫度為50和55度時，加熱的功率就不一樣。而20度和40度時,一般都是全功率加熱.是一樣的.積分：如果長時間達不到設(shè)定值，積分器起作用，進行修正積分的特點是隨時間延長而增大.在可預(yù)見的時間里,溫度按趨勢將達到設(shè)定值時,積分將起作用防止過沖!微分：用來修正很小的振蕩.方法是按比例.微分.積分的順序調(diào).一次調(diào)一個值.調(diào)到振蕩范圍最小為止.再調(diào)下一個量.調(diào)完后再重復(fù)精

8、調(diào)一次.要求不是很嚴格.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，曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大，曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳，曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降，曲線波動周期長，積分時間再加長，曲線振蕩頻率快，先把微分降下來，動差大來波動慢，微分時間應(yīng)加長，理想曲線兩個波，前高后低4比13.1比例帶PB參數(shù)原理定義控制器的P值其實就是比例帶(PB)；I值為積分時間(Ti)；D值為微分時間(Td)。P值指的是比例(圖4)，若是P設(shè)定為20，SV（目標溫度）設(shè)定為150度，此時于150-20=130度之前，輸出將以全輸出的方式來執(zhí)行，所以若是我們將P值調(diào)整的太

9、小，則將會產(chǎn)生溫度加熱過高的情形。出廠值P為47.6，若我們欲達到的溫度為100度，則于100-47.6=52.4度時即展開比例控制輸出量，所以除非加熱速度很快，否則不會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，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，當目前溫度已等于設(shè)定溫度時，e值即為零，此時P控制中即無輸出量，P無輸出量是無法將溫度一直保持在設(shè)定值的，此時便需利用I控制來執(zhí)行補償?shù)膭幼鳌?.2積分常數(shù)I參數(shù)原理定義I值指的是積

10、分量。由上述公式中可得知，輸出量是由P量+I量+D量， 所以當未進入比例控制時，是不執(zhí)行I控制的，因這時系統(tǒng)已處于全輸出狀態(tài)，I量無法再增加上去。那么，控制的積分量將于何時來激活積分動作呢？如圖5所示， 積分動作觸發(fā)時機為溫度先由上升至反轉(zhuǎn)下降的時候，我們可推論，于加熱開始時，原本溫度即會產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，若此時再增加積分量，那么溫度也就過高更多了。因此當我們激活積分動作時，此時公式中1/Ti*1/PBedt也隨之運算，式中也可知Ti是位于算式中分母的位置，所以當Ti值愈小時，所算得的積分量愈大；反之，Ti值愈大，則計算的積分量則愈小。圖5 積分常數(shù)I控溫效果（1）本文示例設(shè)備的出廠的I默認值為2

11、60，是為避免積分量太大，會造成加熱溫度過高產(chǎn)生振蕩，而又為何在此擠出機中執(zhí)行Auto Tuning會測得過小的I 值呢？如圖6中所示，I值是由（周期時間/2）計算取得，而塑機中的溫度下降速度（不激活風扇）是相當緩慢的，所以I值將相當?shù)拇?，但我們利用風扇加速風扇的冷卻，此時周期時間大大的縮短，I值相對的也大大的變小了，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）自動整定(Auto Tuning)的動作完成后，控制器也將自動填入一值至參數(shù)Iof 中，目的是當我們以PID方式控制時，我們知道于系統(tǒng)穩(wěn)定時(PV現(xiàn)在值=SV設(shè)定值)，此時P量是為零的，所以必須藉由I量來控制穩(wěn)定所需輸出量，此輸出量可由系統(tǒng)穩(wěn)定時參數(shù)OUT來得知，以此擠出機為例，當系統(tǒng)穩(wěn)定時，進入?yún)?shù)觀察輸出量13%，因此系統(tǒng)將此值(13)自動填入Iof參數(shù)中，當我們重新再激活系統(tǒng)時，輸出量將為P量 + Iof量，如此可加速加熱的過程時間。3.3 微分常數(shù)D參數(shù)原理定義D值指的是微分量。當系統(tǒng)溫度產(chǎn)生變化時，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U(輸出量)=P量+I量-D量，因此D量是用來控制溫度急劇變化時，輸出的快速反應(yīng)以減少和設(shè)定值的誤