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挤出机温度控制系统中PID控制器的应用
发布时间 :[2012/12/3 7:57:04] 浏览次数 3013
摘要:针对目前挤出机温度控制系统温度波动范围大、超调量大等缺点,本文设计了以PLC为控制核一心的多回路不等温塑料挤出 机温度控制系统。采用PLC中PID控制器,通过扩展模拟输出模块,控制可控硅的导通量从而实现对升温速度的控制,同时保留 原来的风扇降温环节 改进过的挤出机温度控制系统,能够达到精确的温控效果。
关键词:挤出机 造粒机 温度控制 PIE PlD 控制器
引言
温度是工业生产和生活中最常用的参数之一,温度控制 系统广泛应用于民用工业、电炉箱以及机电设备测控系统。 塑料挤出机的温度控制,是挤出机控制系统的关键技术之一。 在塑料挤出中,熔融物料温度控制的效果直接影响了挤出制 品的质量,例如制品表面的残余应力、收缩率及制品质量的稳 定性。螺杆筒温度过高时,筒内的塑料会发生降解;螺杆简温 度过低时,塑料塑化不良,流动性差,制品成型性能不好。因 此,对料筒温度进行有效地控制是保证制品成型质量的重要 环节…。
目前挤出机的温度控制是根据工艺要求,各区设定不同 加热温度,大多采用温度控制仪表加继电器的温控方式。由 于温控电路复杂,故障率较高,此外,温度控制仪表为断续控 温方式,因此,各加热区温度波动范围较大、超调量大,塑料制 品的加工质量难以稳定。因此,本文设计了以PLC为控制核 心的多回路不等温塑料挤出机温度控制系统,通过产生的模 拟量输出控制信号来控制可控硅的导通量而实现对升温速 度的控制,达到精确的温控效果。
1系统构成
本系统采用德国西门子公司的s7—200可编程序控制器 为控制核心,可实现温度的采集与自动调节。挤出机温度控制系统要求实现机筒四个区、模具五个区和连接体、连接法兰 共12路温度控制, 每一回路均为设定 相应的固定值控制。 本文仅讨论机筒区 的4路温度采集控 制,其他8路温度控 制只需增加输入输 出扩展模块即可。 其系统结构图如图1所示。
系统主要由触摸屏、PLC及其扩展模块、测温热电偶、加 热控制电路、降温控制电路等组成 。触摸屏可以通过设置 的画面进行温控参数的显示、输入和修改,并将温度的设定值 传送给PLC的CPU。CPU模块选用s7~200 CPU226。温度 测量扩展模块选用EM231 TC热电偶输入扩展模块,它可以 采集4路温度信号,正好满足本文讨论的机筒区的4路温度 控制。模拟量输出模块选用EM232扩展模块,每个EM232模 块只有2路输出,因此本系统采用2个EM232共输出4路信 号,每路输出分别控制各自回路的可控硅导通角大小。温度 传感器选用K型热电偶,其测温范围适中,线性度较好。
2工作原理
本系统是一个闭环反馈控制系统,在一个采样周期中机筒各区的4个温度测量点由热电偶采集温度信号输入到热 电偶扩展模块EM231,转换成数字量,由CPU读取。经用户 程序处理后,调用PLC内部PID控制算法,得到模拟输出控 制量,用于控制机筒各加热装置的加热功率,从而实现对各区 温度升温速度的控制 。同时,CPU将实际温度值PV与设 定温度值sP进行比较,当实测温度高于设定温度时,通过继 电器控制风扇的启动,达到快速降温的目的。
如图2所示,每个输入通道接1个温度传感器热电偶,4 个模拟量输入通道地址分别为AIW0、AIW2、MW4、AIW6, CPU读入4个通道采集的实际温度值分别和各自的设定值 比较,根据偏差大小,结合各自所给的P、I、D参数分别进行 laid运算,将各自的运算结果输出到4个模拟量输出通道,地 址分别为AQW0、AQW2、AQW4、AQW6,用各自的输出电流量 控制可控硅模块的导通量从而控制机筒各加热装置的加热 功率。
3 PID控制算法的PLC实现
3.1 PID控制原理
自动温度控制仪 器对温度进行控制的 基本原理是:根据不 同时刻应达到温度的 理论值和实测值进行 比较计算后得到一个 控制量,再由这个控 制量来调节输出。 PID控制是温度控制 最常采用的基本控制形式,其控制算法程序设计原理如图3所示。 用PLC对模拟量进行PID控制主要有3种方法,分别是 使用PID过程控制模块、使用PID功能指令和自编程序实现。 PID过程控制模块价格较高,一般用于大型复杂的控制系统; 而自编程序比较复杂;基于此,本挤出机温度控制系统采用 P/D功能指令进行P/D闭环控制,实现温度的智能控制。
3.2 PID控制器的数字化
PLC的PID控制器的设计是以连续系统的laid控制规 律为基础,将其数字化写成离散形式的PID控制方程,再根据 离散方程进行控制程序设计 。基于PLC的闭环控制系统 如图4所示,图中虚线框部分在PLC内。
3.3 P1D指令向导的应用 S7—200中PID的核心是PID指令:PID TBL,LOOP。其 中TBL是回路表的起始地址,LOOP是回路的编号。PID控 制有两个输入量:给定值sP和过程变量Pv。过程变量是经 A/D转换和计算后得到的被控量的实测值,给定值与过程变 量都是与被控对象有关的值。s7—200PLC的PID指令与回 路表配合使用,应用PLC的PID指令对这些量进行运算之 前,首先要把过程变量PV转换为0.00~1.00之间的标准化 实数。同样,对于PID指令的输出,在将其送给D/A转化器 之前,也需进行转换。综上所述,如果直接使用PID指令,编 程的工作量和难度都较大
4结束语
本文设计了以PLC为控制核心的多回路不等温塑料挤 出机温度控制系统。论述了系统的基本构成和工作原理,并采用PID向导编程实现了PID算法的调用,简化了程序,提高 了编程效率,而且不易出错。通过PLC输出模拟量控制加热 器加热功率,从而达到了温度精确控制的目的。 整个系绕陛能稳定、可靠性高,监控功能完善,操作方便 灵活,自动化程度高,具有较强的抗干扰能力。利用PLC的 PID功能实现温度闭环控制具有良好的应用前景
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