【宇電應用104】宇電多回路溫度控制模塊的應用_廈門宇電_多路溫控儀表

【宇電應用104】宇電多回路溫度控制模塊的應用

2014/7/23 8:59:29

一、概述

性能優良的塑料制品生產，不但要正確使用原料，加工設備及工藝參數的選用也非常關鍵。擠出機料筒及機頭各段溫度的精確控制對提高擠出機產量的穩定性及保證性能有積極的意義。目前，國內大多數經濟型塑料擠出機的溫度控制系統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。

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勢，但在控制功能上受到很多限制，主要體現在對各分離單元單獨進行控制,整個系統無法實施綜合控制，多只溫控表的使用一方面使溫控電路結構復雜，故障率增加；另一方面由于溫控表多為斷續控溫方式，因此造成各加熱區溫度波動較大，影響了塑料制品的加工質量。對于PLC集中控制方案，雖然能對整個系統實施綜合控制，但是要編寫多回路的PID控溫算法實現難度大，占用CPU的資源多，一旦溫區超過8個則難以實現高精度的溫度控制。如果采用高級別的CPU構建系統，則價格昂貴，性價比低。以西門子S7-300 PLC組成16溫區溫度控制系統為例，系統配置如下：兩個SM331，兩個SM322，構成16路溫度輸入、32路開關量輸出，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標準功能塊，則對于純滯后大慣性的控制對象，難以達到理想的效果；如果自己編寫專用的PID控制算法則難度較大。該系統還存在隨著溫區數量的增多（較多機型的溫區在30個左右）存在價格升高、控制精度下降的缺點。

三、新型控制系統配置及功能介紹

新型溫度控制系統采用宇電AI-7048D5多回路溫度控制模塊結合觸摸屏、小型PLC組成。AI-7048D5可獨立的控制對應回路的溫度值，PLC只需通過現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前溫度、設定溫度值。因此可采用宇電PLC，系統硬件和軟件大大簡化，系統的價格大幅下降，系統的控制精度、可靠性、穩定性大幅提高。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的數據處理量，提高系統的響應速度。

1、主要控制元件介紹 AI-7048D5：采用熱電偶輸入，SSR固態繼電器電壓輸出，各通道可以有不同的輸入規格，即可以獨立使用，也可以與計算機或可編程控制器PLC聯機使用。本儀表可任選24VDC/AC輸入或100~240VAC電源電壓，并通過ISO9001質量認證，可靠性高且符合EMC電磁兼容標準；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，能在強干擾環境下可靠工作，應用了宇電公司新一代技術，使多路輸入達到與單路測量相當的精度與抗干擾能力。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。輸入數字校正，各輸入回路均具備數字濾波，且濾波強度可以獨立調整或取消濾波。 ● 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到了與單路測量儀表相當的水準。 ● 可支持D5/E5型DIN導軌外型或盤裝儀表外形尺寸，導軌型可連接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個現場參數設置，用戶可以按自己的使用習慣自定義儀表的顯示參數。 ● 具備先進的與計算機通訊功能，同常用AI-708人工智能調節器/溫度控制器通訊協議完全兼容，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，適合負極與外殼相連的熱電偶。

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反饋控制系統，在一個采樣周期內, 溫度傳感器將檢測到的料筒與機頭溫度信號，與設定值進行比較，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則，并對給定值的變化加入了前饋調節。在誤差大時，運用模糊算法進行調節，以徹底消除PID飽和積分現象，如同熟練工人進行手動調節。當誤差趨小時，采用改進后的PID算法控制輸出。其控制參數采用被控對象特征描述方式。一組參數即可同時確定PID參數和模糊控制參數。系統具有無超調和高控制精度等特點。針對不穩定的非線形復雜調節對象，表內設有自適應調節規則，可使系統進一步加快響應速度，改善控制品質。針對控制參數較難確定的現實，表內設有自整定專家系統，可使系統的控制參數確定簡單，準確度提高，因此，自整定系統的引入，不僅使復雜勞動簡化，節約了調試時間，而且提高了控制系統的調節品質。對于許多復雜的調節對象，例如電爐溫度控制中的電網電壓變化、外界干擾因素和工作環境多變等，針對有嚴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。

在AI系列調節器中，針對有嚴重中非線性的控制對象，選擇了自適應方式來解決。其改進的特點是：當控制偏差大于估計的誤差時，自適應系統不是修改控制參數(國外儀表的自適應功能是修改控制參數)，而是修改輸出值來降低誤差。雖然修改范圍有限，但不會出現將原來正確控制參數改錯的現象，使響應速度加快，使控制精度大大提高。