一、概述

目前,國內(nèi)大多數(shù)經(jīng)濟型塑料擠出機的溫度控制系統(tǒng)普遍采用離散式儀表控制方案和PLC集中控制方案兩種。對于離散式儀表控制方案，固然具有價格低的上風(fēng)，但在控制功能上受到很多限制,主要體現(xiàn)在對各離散單元單獨進行控制,整個系統(tǒng)無法實施綜合控制，多只溫控表的使用,一方面使溫控電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故障率增加,另一方面由于溫控表多為斷續(xù)控溫方式，因此造成各加熱區(qū)溫度波動較大,影響了塑料制品的加工質(zhì)量。

對于PLC集中控制方案，固然能對整個系統(tǒng)實施綜合控制，但是要編寫多回路的PID控溫算法實現(xiàn)難度大，占用CPU的資源多，一旦溫區(qū)超過8個則難以實現(xiàn)高精度的溫度控制。假如采用高級別的CPU構(gòu)建系統(tǒng)，則價格昂貴，性價比低。針對以上情況,我們采用了集智達智能溫度測控模塊RemoDAQ-7110（10回路PID溫度控制智能模塊）為控制核心構(gòu)建擠出機的溫度控制系統(tǒng)。該溫控系統(tǒng)硬件簡單、控溫精度高、性能穩(wěn)定，具有較高的實用價值。該系統(tǒng)也可以匹配多類型低級別的PLC，具有控溫精度高、硬件簡單、價格低、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。

二、系統(tǒng)配置及功能介紹

傳統(tǒng)的控制方式有離散式儀表控制和PLC集中控制兩種，第一種方式不具備集中控制的意義，故不作分析。以西門子S7-300的PLC構(gòu)成16個溫區(qū)的集中控制系統(tǒng)硬件配置如圖1所示：

圖1.PLC集中控制溫度系統(tǒng)硬件配置

圖中SM331是八路熱電偶輸入模塊，SM322是16路開關(guān)量的輸出模塊，CPU314是西門子的中檔CPU，它作為多回路PID的控制核心。由于考慮到每個溫區(qū)有可能存在加熱和冷卻的需要，所以系統(tǒng)配置兩個SM331，兩個SM322，構(gòu)成16路溫度輸入、32路開關(guān)量輸出的控制系統(tǒng)（其他的開關(guān)量輸入輸出忽略）。該系統(tǒng)的控制精度取決于CPU314的運算速度和PID算法，假如采用STEP7的PID標(biāo)準(zhǔn)功能塊，則對于純滯后大慣性的控制對象，難以達到理想的效果；假如自己編寫專用的PID控制算法則難度較大，而且調(diào)試難度很大。該系統(tǒng)還存在隨著溫區(qū)數(shù)目的增多（較多機型的溫區(qū)在30個左右）存在價格升高、控制精度下降、故障點多等缺點。
以集智達智能溫度測控模塊RemoDAQ-7110為核心構(gòu)建塑料擠出機溫度控制系統(tǒng)是一個多溫區(qū)控制的理想方案。系統(tǒng)硬件配置圖如圖2所示：

 
圖2. 10回路PID溫控模塊的溫控系統(tǒng)硬件配置

圖中RemoDAQ-7110是北京集智達智能科技有限責(zé)任公司研發(fā)生產(chǎn)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的10回路PID溫度控制智能模塊，由于模塊每回路均帶有熱電偶溫度采集，加熱/冷卻開關(guān)量輸出，因此只需要配置2個模塊。各模塊可獨立的控制對應(yīng)回路的溫度值，CPU只需通過現(xiàn)場總線就可以輕松的控制各回路的啟閉及獲取各回路當(dāng)前溫度、設(shè)定溫度值。因此系統(tǒng)硬件和軟件大大簡化，系統(tǒng)的控制精度、可靠性、穩(wěn)定性大幅進步。

該模塊內(nèi)置PID高精度閉環(huán)控制算法，具有自適應(yīng)閉環(huán)控制和人工遠程實時控制功能，并且該模塊具有斷電數(shù)據(jù)保存、傳感器斷線、短路檢測功能。模塊熱電偶輸入通道采用隔離電路提供高過壓保護；模塊內(nèi)置測溫元件，自動完成熱電偶冷端溫度補償；采用高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換速度快，并能有效抑制擾動。模塊供電電源輸入端具有直流濾波器功能，抗干擾能力強；同時電源電路將采用過壓保護，并適用于惡劣環(huán)境下運行。輸出電路采用隔離PWM輸出，可外接固態(tài)繼電器和電磁繼電器。采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)通信接口RS-485，采用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus-RTU協(xié)議，通信口采用高速光耦隔離，ESD保護，保證通信速度和質(zhì)量。值得一提的是該控制模塊的PID算法是針對純滯后、大慣性對象而開發(fā)的模糊自適應(yīng)PID控制算法，非常適合塑料螺桿擠出機、吸塑機、注塑機等的多溫區(qū)精確控制。

三、10回路PID溫度控制智能模塊的工作原理

10回路的PID溫度控制智能模塊可以看做是10個獨立的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，在一個采樣周期內(nèi), 溫度傳感器（熱電偶）將檢測到的料筒與機頭溫度信號PV，與設(shè)定值SV 進行比較，得到偏差e = SV—PV。結(jié)合所給的P、I、D 參數(shù)和溫度控制策略進行PID運算得出控制輸出值，經(jīng)過脈寬調(diào)制，最后得到繼電器在一個采樣周期中的導(dǎo)通時間。通過控制繼電器在一個采樣周期中的導(dǎo)通時間即可控制加熱器的加熱時間，或者冷卻風(fēng)機的工作時間，從而達到精確控制溫度的目的。10個回路獨立工作，互不干擾，具有極高的穩(wěn)定性和可靠性。
四、10回路PID溫度控制智能模塊的基本功能
1. 模塊提供智能溫度控制軟件。該軟件提供了單路通道參數(shù)的獨立設(shè)定和獨立控制功能。溫度閉環(huán)控制分成自動自適應(yīng)智能控制與手動設(shè)置PID調(diào)節(jié)器功能，用戶可根據(jù)需要進行手動設(shè)置調(diào)節(jié)器參數(shù)，否則系統(tǒng)將按照默認值進行閉環(huán)調(diào)節(jié)。該軟件還提供單回路的溫度實時曲線檢測功能，可以手動和自動的來選擇所要觀測的溫度范圍。
2. 模塊軟件將提供前饋控制設(shè)置功能。在正常PID的控制基礎(chǔ)上要具有前饋功能，通過設(shè)定前饋量來實現(xiàn)與正常的PID輸出進行疊加，作為最終的輸出控制量。前饋的作用有個時間延時啟動信號，啟動后并進行計時，作用信號取消或計時時間到，前饋作用取消，按正常的PID進行控制。
3. 模塊提供10路閉環(huán)控制輸出功能，每路輸出均可進行使能設(shè)置。同時，各通道輸出啟動的瞬間是分時順序啟動。可以通過對輸出通道的時間設(shè)定來實現(xiàn)各通道之間的邏輯輸出。
4. 模塊對每路控制有特殊處理的功能。包括溫度補償功能、強制輸出關(guān)斷、時間延時、溫度上下限設(shè)定、閉環(huán)控制復(fù)位等功能。
5. 模塊提供相應(yīng)的通信接口功能，可接收上位機的配置及相應(yīng)的操作信號。還支持第三方軟件對模塊的數(shù)據(jù)讀取和設(shè)定。

五、結(jié)束語

本文提出了一種性價比很高的塑料擠出機溫度控制系統(tǒng)的解決方案，該方案不僅降低系統(tǒng)的配置本錢，而且大大進步了系統(tǒng)的控制精度、穩(wěn)定性、可擴展性。非常適合各種多溫區(qū)控制的設(shè)備使用。從使用效果得出，在新的溫控系統(tǒng)控制下，擠出機工作平穩(wěn)，取得良好的控制效果，控溫速度快，溫度超調(diào)量小于3℃，靜態(tài)誤差小于±1℃。該控制器不僅應(yīng)用于塑料擠出機，還可以應(yīng)用于注塑機、吸塑機、吹瓶機等機械的溫度控制，具有廣闊的應(yīng)用遠景