一、引言

在塑料制品的生產(chǎn)過程中，溫度控制是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。擠出機(jī)料筒及機(jī)頭的溫度精確控制不僅關(guān)乎產(chǎn)量的穩(wěn)定性，更直接影響到塑料制品的質(zhì)量。當(dāng)前，我國大部分經(jīng)濟(jì)型塑料擠出機(jī)的溫度控制系統(tǒng)主要采用分離儀表控制和PLC集中控制兩種方案。然而，這兩種方案均存在一定的局限性和不足。分離儀表控制雖然價(jià)格低廉，但對各分離單元單獨(dú)進(jìn)行控制，無法實(shí)施綜合控制，導(dǎo)致溫度波動較大，影響塑料制品的加工質(zhì)量。而PLC集中控制雖然能實(shí)施綜合控制，但實(shí)現(xiàn)難度大，且當(dāng)溫區(qū)數(shù)量增多時(shí)（尤其是超過8個(gè)溫區(qū)），難以保證高精度的溫度控制。

針對上述問題，我們提出了一種新的解決方案：采用多回路PID溫度控制智能模塊為核心，匹配低級別PLC構(gòu)建塑料擠出機(jī)的溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有硬件簡單、控溫精度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

二、系統(tǒng)配置及功能

傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)主要采用分離儀表控制和PLC集中控制兩種方案。其中，分離儀表控制方案雖然價(jià)格低廉，但功能受限，無法實(shí)施綜合控制；而PLC集中控制方案雖然能實(shí)施綜合控制，但實(shí)現(xiàn)難度大，且當(dāng)溫區(qū)數(shù)量增多時(shí)難以保證高精度的溫度控制。

因此，我們采用了一種多回路PID溫度控制智能模塊為控制核心構(gòu)建擠出機(jī)的溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以深圳市欣晟自控科技有限公司研發(fā)的4回路PID溫度控制智能模塊為核心，匹配低級別PLC構(gòu)建。該模塊每回路均帶有獨(dú)立的加熱、冷卻開關(guān)量輸出，因此只需要配置4個(gè)模塊。各模塊可獨(dú)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的當(dāng)前溫度、設(shè)定溫度值。因此CPU可采用西門子的低檔系列S7-200的CPU-226，系統(tǒng)硬件和軟件大大簡化，系統(tǒng)的價(jià)格大幅下降（僅為原系統(tǒng)價(jià)格的三分之一），系統(tǒng)的控制精度、可靠性、穩(wěn)定性大幅提高。

此外，該模塊還具有1500V電氣隔離的24VDC輸入接口、四路獨(dú)立隔離的熱電偶輸入、四組獨(dú)立隔離的晶體管或繼電器開關(guān)量輸出、支持MODBUS/RTU協(xié)議的RS485隔離通訊口等優(yōu)秀的電氣性能。通過與支持MODBUS現(xiàn)場總線協(xié)議的上位機(jī)連接最大可擴(kuò)展從機(jī)128個(gè)，即實(shí)現(xiàn)512個(gè)溫區(qū)的控制。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(jī)、吸塑機(jī)、注塑機(jī)等機(jī)械的多溫區(qū)精確控制。

三、工作原理與溫度控制策略

四回路的PID溫度控制智能模塊可以看做是四個(gè)獨(dú)立的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。在一個(gè)采樣周期內(nèi)， 溫度傳感器（熱電偶）將檢測到的料筒與機(jī)頭溫度信號PV，與設(shè)定值SV 進(jìn)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(jìn)行PID運(yùn)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(gè)采樣周期中的導(dǎo)通時(shí)間。通過控制繼電器在一個(gè)采樣周期中的導(dǎo)通時(shí)間即可控制加熱器的加熱時(shí)間，或者冷卻風(fēng)機(jī)的工作時(shí)間，從而達(dá)到精確控制溫度的目的。四個(gè)回路獨(dú)立工作，互不干擾，具有極高的穩(wěn)定性和可靠性。

多回路PID溫度控制智能模塊采用多種溫控策略，包括比例調(diào)節(jié)、微分調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)。根據(jù)不同的溫度范圍，采用不同的控制方式，以加快響應(yīng)速度、避免積分飽和、減少超調(diào)量和波動。模塊還具有自適應(yīng)功能，可根據(jù)實(shí)測溫度自動整定參數(shù)。