一. 引言 現代注塑機正朝高速、大噸位方向發展，對溫度控制性能要求也越來越高。在注塑機系統控制中，加熱料筒溫度控制是其中重要的一環。注塑機料筒的加溫及溫度控制效果直接影響注塑制品的質量，例如制品表面的殘余應力、收縮率及制品的質量穩定性等均與此有關。制品質量穩定性已成為衡量精密注塑制件品質好壞的一個重要指標，因而引起工業界的高度重視。 料筒溫控裝置的可靠性及溫控精度是精密注塑成型的關鍵因素。而且，工業發展和信息科技的融入，要求多臺注塑機的溫控形成網絡監控系統，并且有著靈活的擴展性和靈活性。 在傳統溫控實現上，一般采用專用單片機進行注塑機的溫度控制[1]，但是其擴展性和通用性不強，而且控制策略實現和改變比較麻煩。由于單片機功能限制，難以保證高精度溫度控制要求的實現。于是，出現利用工控機和采集卡進行溫度控制，但是必須設計相應的溫度傳感器接口濾波、信號轉換電路，但是要實現多通道溫控網絡系統時。面向對象的定制特性限制了其擴展性和靈活性，遠遠不能滿足需要多種信號和多路信號采集。 溫控策略實現上，一般溫控系統為大純滯后系統，被控對象的參數變化較大、影響因素甚多、未建模動態因素顯著，非線性嚴重，很難建立精確的數學模型[2]。若采用傳統的Smith、PID等控制,則在對象參數變化、數學模型不精確和控制環境變化時，其性能會顯著變壞。 因此，本文利用巨騰公司Easy IO的遠程采集控制模塊和工控機，實現了高性能、擴展靈活的溫度控制硬件系統。在控制策略上，采用帶Smith 預估器的模糊控制，兼顧了Smith 控制和模糊控制的優點，既能有效抑制大滯后的影響，也對被控對象參數變化有較強的適應能力[3]，且實現簡單，可靠性好。 二. 溫控系統硬件體系結構 為了實現多種采用信號和多通道的高精度溫度控制系統，采用了集散控制系統，即通過工控機進行上位機的數據收集和處理，通過小型網絡對各個終端采集控制模塊進行控制。最終可實現靈活的通道擴展和高性能的控制。整個系統硬件結構如圖1。 圖1 注塑機溫控系統硬件體系結構示意圖 采樣和控制模塊采用巨騰公司的Easy IO的遠程數據采集控制模塊組件。由于該系列模塊采用了泛用型模擬輸入和現場可升級的隔離技術，并以片上系統（SOC）的先進技術，實現了注塑機惡劣環境下的溫度等現場信號的采集，同時有效濾除工頻干擾等信號。而且，為了簡潔實現網絡監控和通道擴展的模塊化管理能力，巨騰公司Easy IO提供了良好的現場拓展特性和多種信號采樣能力。如圖1，終端傳感器和加熱器可以直接由Easy IO提供的接口進行嵌入。 其中，溫度和濕度傳感器是為了進一步進行監控環境變化，以及進行熱電偶的冷端補償，其中溫度冷端補償選擇了AD590恒流傳感器。根據不同的需要，提供更高精度控制要求，還可以添加其他類型的傳感器。控制模塊選擇了巨騰公司的8通道數字型繼電器（RELAY）模組。采樣模塊選擇了8通道泛用型模擬量輸入模組。 三. 溫度控制策略的系統結構及原理 由于傳統的Smith控制策略能夠補償系統動態延遲的影響，但是當被控對象存在嚴重未建模動態影響，與真實模型存在較大偏差時，Smith控制性能就會顯著惡化，甚至產生穩定性問題。所以，在Smith控制器基礎上，采用模糊控制策略，提高系統的魯棒性。系統結構如圖2。 圖2 溫控策略系統結構圖 四. 溫控仿真實驗結果 根據前述的硬件系統和溫度控制策略，對注塑機的加熱料筒中段為試驗對象，進行常規的PID控制、模糊控制和復合控制的階躍響應比較實驗。試驗初始溫度為34℃，設定溫度80℃。結果如圖3～5。其中Smith-Fuzzy控制為復合控制。 可見，復合控制（圖6）有著良好的性能，超調遠小于PID控制策略（圖4）和模糊控制策略（圖5）。而且，過渡過程的收斂特性也比較快，調節速度加快，動態偏差顯著減小。圖7中顯示了連續制品加工過程中，溫度波動曲線，設定溫度為150℃，每分鐘生產一件制品。可見溫度誤差控制在±0.8℃以內，可以滿足較高精度的要求。 五. 結論 本文針對注塑機加熱料筒的溫度控制要求和多臺注塑機的網絡群控要求，提出了可方便擴展的網絡溫控系統硬件體系結構。同時，在Smith預估器的基礎上融入了模糊控制策略，極大的提高了對模型不確定度的魯棒性能，有效抑制了模型不定性、眾多干擾因素影響。試驗結果表明此種復合控制比單獨的控制策略有著良好的性能，全面提高靜態和動態特性。 六. 參考文獻 [1] 振賢,趙陽,金波等. 注塑機主從式單片機控制器設計[J].杭州: 機電工程, 2003(1):17-19. [2] 施仁,劉文江.過程控制[M].北京: 電子工業出版社,1991. [3] 袁南兒,王方良,蘇宏業等.計算機新型控制策略及其應用[M].北京: 清華大學出版社,1998. [4] 孔凡才.自控原理與系統[M].北京:機械工業出版社,1999. [5] 張增科.模糊數學在自動化技術中應用[M].北京:清華大學出版社,1997.