一. 引言 現(xiàn)代注塑機正朝高速、大噸位方向發(fā)展，對溫度控制性能要求也越來越高。在注塑機系統(tǒng)控制中，加熱料筒溫度控制是其中重要的一環(huán)。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(wěn)定性等均與此有關。制品質量穩(wěn)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(yè)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(yè)發(fā)展和信息科技的融入，要求多臺注塑機的溫控形成網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)，并且有著靈活的擴展性和靈活性。 在傳統(tǒng)溫控實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)。于是，出現(xiàn)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(xiàn)多通道溫控網(wǎng)絡系統(tǒng)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(xiàn)上，一般溫控系統(tǒng)為大純滯后系統(tǒng)，被控對象的參數(shù)變化較大、影響因素甚多、未建模動態(tài)因素顯著，非線性嚴重，很難建立精確的數(shù)學模型[2]。若采用傳統(tǒng)的Smith、PID等控制,則在對象參數(shù)變化、數(shù)學模型不精確和控制環(huán)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(xiàn)了高性能、擴展靈活的溫度控制硬件系統(tǒng)。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(yōu)點，既能有效抑制大滯后的影響，也對被控對象參數(shù)變化有較強的適應能力[3]，且實現(xiàn)簡單，可靠性好。 二. 溫控系統(tǒng)硬件體系結構 為了實現(xiàn)多種采用信號和多通道的高精度溫度控制系統(tǒng)，采用了集散控制系統(tǒng)，即通過工控機進行上位機的數(shù)據(jù)收集和處理，通過小型網(wǎng)絡對各個終端采集控制模塊進行控制。最終可實現(xiàn)靈活的通道擴展和高性能的控制。整個系統(tǒng)硬件結構如圖1。 圖1 注塑機溫控系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(xiàn)場可升級的隔離技術，并以片上系統(tǒng)（SOC）的先進技術，實現(xiàn)了注塑機惡劣環(huán)境下的溫度等現(xiàn)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(xiàn)網(wǎng)絡監(jiān)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(xiàn)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(jiān)控環(huán)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(jù)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(shù)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(tǒng)結構及原理 由于傳統(tǒng)的Smith控制策略能夠補償系統(tǒng)動態(tài)延遲的影響，但是當被控對象存在嚴重未建模動態(tài)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(wěn)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(tǒng)的魯棒性。系統(tǒng)結構如圖2。 圖2 溫控策略系統(tǒng)結構圖 四. 溫控仿真實驗結果 根據(jù)前述的硬件系統(tǒng)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(guī)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(jié)速度加快，動態(tài)偏差顯著減小。圖7中顯示了連續(xù)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(wǎng)絡群控要求，提出了可方便擴展的網(wǎng)絡溫控系統(tǒng)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(tài)和動態(tài)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(yè)出版社,1991. [3] 袁南兒,王方良,蘇宏業(yè)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(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1999. [5] 張增科.模糊數(shù)學在自動化技術中應用[M].北京:清華大學出版社,1997.