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宇電多回路溫度控制模塊的應(yīng)用

2009/12/28 0:00:00

一、概述

性能優(yōu)良的塑料制品生產(chǎn)，不但要正確使用原料，加工設(shè)備及工藝參數(shù)的選用也非常關(guān)鍵。擠出機料筒及機頭各段溫度的精確控制對提高擠出機產(chǎn)量的穩(wěn)定性及保證性能有積極的意義。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)普遍采用分離儀表控制方案和PLC集中控制方案兩種。本文主要介紹采用多回路溫度控制模塊的新型控制系統(tǒng)。

二、原控制方案分析

對于分離儀表控制方案，雖然具有價格低的優(yōu)勢，但在控制功能上受到很多限制，主要體現(xiàn)在對各分離單元單獨進行控制,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，雖然能對整個系統(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。如果采用高級別的CPU構(gòu)建系統(tǒng)，則價格昂貴，性價比低。以西門子S7-300 PLC組成16溫區(qū)溫度控制系統(tǒng)為例，系統(tǒng)配置如下：兩個SM331，兩個SM322，構(gòu)成16路溫度輸入、32路開關(guān)量輸出，一個CPU314，它是西門子的中檔CPU，它作為多回路PID的控制核心。該系統(tǒng)的控制精度取決于CPU314的運算速度和PID算法，如果采用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(dá)到理想的效果；如果自己編寫專用的PID控制算法則難度較大。該系統(tǒng)還存在隨著溫區(qū)數(shù)量的增多（較多機型的溫區(qū)在30個左右）存在價格升高、控制精度下降的缺點。

三、新型控制系統(tǒng)配置及功能介紹

新型溫度控制系統(tǒng)采用宇電AI-7048D5多回路溫度控制模塊結(jié)合觸摸屏、小型PLC組成。AI-7048D5可獨立的控制對應(yīng)回路的溫度值，PLC只需通過現(xiàn)場總線就可以輕松的控制各回路的啟停及獲取各回路的當(dāng)前溫度、設(shè)定溫度值。因此可采用西門子S7-200或三菱FX2N等小型PLC，系統(tǒng)硬件和軟件大大簡化，系統(tǒng)的價格大幅下降，系統(tǒng)的控制精度、可靠性、穩(wěn)定性大幅提高。AI模塊和PLC也可以直接和觸摸屏分別連接，這樣可以減少PLC的數(shù)據(jù)處理量，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

1、主要控制元件介紹

AI-7048D5：采用熱電偶輸入，SSR固態(tài)繼電器電壓輸出，各通道可以有不同的輸入規(guī)格，即可以獨立使用，也可以與計算機或可編程控制器PLC聯(lián)機使用。本儀表可任選24VDC/AC輸入或100~240VAC電源電壓，并通過ISO9001質(zhì)量認(rèn)證，可靠性高且符合EMC電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)；其電源及全部I/O端子均通過了4KV的群脈沖（EFT）抗干擾測試，能在強干擾環(huán)境下可靠工作，應(yīng)用了宇電公司新一代技術(shù)，使多路輸入達(dá)到與單路測量相當(dāng)?shù)木扰c抗干擾能力。儀表主要功能如下：

● 最多可支持4路可編程測量輸入回路，支持K、S、E、J、B、N、T、WRe5-WRe26等多種規(guī)格熱電偶輸入，自動冷端補償，也可以輸入mV線性信號，并可以自由進行刻度定義。輸入數(shù)字校正，各輸入回路均具備數(shù)字濾波，且濾波強度可以獨立調(diào)整或取消濾波。

● 使用高性能的元器件，大大降低溫度漂移并使得4個通道之間相互干擾降低，使多路測量在精度及抗干擾性能上也達(dá)到了與單路測量儀表相當(dāng)?shù)乃疁?zhǔn)。

● 可支持D5/E5型DIN導(dǎo)軌外型或盤裝儀表外形尺寸，導(dǎo)軌型可連接E8型手持顯示器進行顯示編程。

● 除D5型儀表外，每個回路都具備獨立的上、下限或偏差報警功能，并且其報警輸出位置（AL1或AL2）可以編程指定。不同輸入回路的上限或下限報警信號即可編程為從同一報警通道輸出，也可從不同的通道輸出。

● 具有12個現(xiàn)場參數(shù)設(shè)置，用戶可以按自己的使用習(xí)慣自定義儀表的顯示參數(shù)。

● 具備先進的與計算機通訊功能，同常用AI-708人工智能調(diào)節(jié)器/溫度控制器通訊協(xié)議完全兼容，1臺AI-7048在通訊時可等同4臺獨立的測量及控制儀表。

●7048系列中的70482型，4路編程測量輸入回路弱電信號互相隔離，適合負(fù)極與外殼相連的熱電偶。

觸摸屏：觸摸屏選用eView MT510T，10.4英寸。eView MT500系列觸摸屏采用強大的32位嵌入式高性能CPU,支持256色真彩顯示與敏捷的反應(yīng)速度，可以與多個廠家的產(chǎn)品通訊，兼容性極強，基于Windows98/NT操作平臺下的專用組態(tài)軟件，界面友好直觀，易學(xué)易用，大大節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)周期。且產(chǎn)品型號齊全有5.7、7.7、10.4、英寸單色彩色等，方便選型。具有RS232/485通訊口，可以直接連接各種主流的PLC，無需配置其它特殊的硬件和軟件就可以與PLC通訊。產(chǎn)品提供向量圖庫、位圖庫、群組圖庫等三種元件圖庫，且可以添加自己設(shè)計的元件圖形，可直接支持256色BMP格式的圖形，可支持元件的多層疊加實現(xiàn)不同的控制功能。在編程軟件中可以設(shè)定觸摸屏背光燈的關(guān)閉時間，節(jié)省其使用壽命。具有128K的配方存儲器和實時時鐘，支持方便易用的配方傳輸功能。觸摸屏中具有內(nèi)部編程指令宏命令，可以減輕編程負(fù)擔(dān)，由觸摸屏編程直接和其它設(shè)備通訊。觸摸屏上的并行口還可以直接和打印機連接實時或定時打印當(dāng)前或歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用MT501T通過不同的通訊口也同時和SIEMENS S7-200通訊，和AI-7048D5溫控模塊以RS-485方式通訊。在編程軟件中選擇好觸摸屏和PLC型號后，通過宏命令編程，利用觸摸屏中的另外一個通訊口與宇電溫控模塊通訊。與AI溫控模塊通訊的波特率為9600bps；無校驗位；數(shù)據(jù)長度8位；停止位1位或兩位；通訊方式RS-485。

PLC：選用SIEMENS S7-200。S7-200是一種小型的可編程序控制器，它的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能，使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。S7-200應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等，如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)等。主要特點是：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握，便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能，實時特性；強勁的通訊能力；豐富的擴展模塊。

2、AI-7048D5溫度控制模塊工作原理

四回路的PID溫度控制智能模塊可以看做是四個獨立的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，在一個采樣周期內(nèi), 溫度傳感器將檢測到的料筒與機頭溫度信號，與設(shè)定值進行比較，得到偏差進行PID運算得出控制輸出值，從而達(dá)到精確控制溫度的目的，四個回路獨立工作，互不干擾，具有極高的穩(wěn)定性和可靠性。宇電PID控制原理：AI人工智能控制算法，既對PID算法加以改進和保留，加入模糊控制算法規(guī)則，并對給定值的變化加入了前饋調(diào)節(jié)。在誤差大時，運用模糊算法進行調(diào)節(jié)，以徹底消除PID飽和積分現(xiàn)象，如同熟練工人進行手動調(diào)節(jié)。當(dāng)誤差趨小時，采用改進后的PID算法控制輸出。其控制參數(shù)采用被控對象特征描述方式。一組參數(shù)即可同時確定PID參數(shù)和模糊控制參數(shù)。系統(tǒng)具有無超調(diào)和高控制精度等特點。針對不穩(wěn)定的非線形復(fù)雜調(diào)節(jié)對象，表內(nèi)設(shè)有自適應(yīng)調(diào)節(jié)規(guī)則，可使系統(tǒng)進一步加快響應(yīng)速度，改善控制品質(zhì)。針對控制參數(shù)較難確定的現(xiàn)實，表內(nèi)設(shè)有自整定專家系統(tǒng)，可使系統(tǒng)的控制參數(shù)確定簡單，準(zhǔn)確度提高，因此，自整定系統(tǒng)的引入，不僅使復(fù)雜勞動簡化，節(jié)約了調(diào)試時間，而且提高了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。對于許多復(fù)雜的調(diào)節(jié)對象，例如電爐溫度控制中的電網(wǎng)電壓變化、外界干擾因素和工作環(huán)境多變等，針對有嚴(yán)重非線形的控制對象，國外儀表公司也推出了不少對策和方法。例如，日本導(dǎo)電公司生產(chǎn)的儀表中，采用了多組算法；歐陸和歐姆龍儀表中采用了自適應(yīng)功能；KMM智能調(diào)節(jié)儀表中采用了折線模塊來適應(yīng)系統(tǒng)的非線性；還有的儀表公司在儀表中采用辯識方法來提高儀表在非線性系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)質(zhì)量。在AI系列調(diào)節(jié)器中，針對有嚴(yán)重中非線性的控制對象，選擇了自適應(yīng)方式來解決。其改進的特點是：當(dāng)控制偏差大于估計的誤差時，自適應(yīng)系統(tǒng)不是修改控制參數(shù)(國外儀表的自適應(yīng)功能是修改控制參數(shù))，而是修改輸出值來降低誤差。雖然修改范圍有限，但不會出現(xiàn)將原來正確控制參數(shù)改錯的現(xiàn)象，使響應(yīng)速度加快，使控制精度大大提高。