塑料挤出机温度控制

1、.塑料挤出机温度控制1 控制要求基于原材料的物理物理化学特性，要求控制温度不能超过设定温度正负 2 摄氏度。温度过低，挤出口出料不畅，造成前端挤出机构负载过大；温度过高，则可能改变原料特性导致成品报废。2 控制方法分析1 控制方法效果比较。根据对象特性与现场考察，如果控制方式选择较为容易操作的 ON-OFF控制方式，此方式会导致目标温度振荡超差 ( 图 3) 。在理想的工艺控制范围， ON-OFF控制是无法达到稳定的，而 PID 控制会比 ON-OFF更加的精确。图 3 控制方法效果比较2 PID 控制参数自整定的适用性分析。个别温控器虽然具有智能化 PID 参数自整定功能，但是由于不支持双程

2、对象控制，因此当选择 PID 自整定控制方式时，反而会造成精度误差更大。原因是 DTA温控器不支持双输出的功能，所以只可单选加热，挤出机上方配备的冷却风扇则是利用 DTA的警报输出来触发，作为冷却输出。而 DTA 的自整定，必须在自然冷却或者冷却方式相对恒定的环境进行，而利用警报来做冷却控制，实际已变成突发事件，不在正常的情形之下，如此会造成降温时间及振荡周期变短，将造成振荡情形更加的剧烈。3 PID 控制参数人工整定的适用性分析。由于挤出机设备出厂值是一般能达到控制要求的，所以于此设备中，以出厂值即可达到所需的要求，反倒是执行自整定会测得不正确参数，造成温度的上下振荡。如果对于有些场合，温度

3、上升需要加快的话，适当调小P 值即可。4 由于塑料设备冷却速度非常的慢，所以超温时利用警报输出来触发风扇加速冷却。需要注意 DTA中使用警报进行风扇冷却，须将 ALARM范围设定的较大（如超出 4 度时才执行），因为除非异常情形，平时温度是不易超出此范围的，如果ALARM设定过小 ( 如 1 度 ) ，超出设定值即冷却，会造成冷却速度太快，产生温度振荡。3 怎样设定 PID 温控器PID 代表 Proportional-Integral-Derivative，即比例积分微分，指的是一项流行的线性控制策略。在 PID 控制器中，错误信号（受控系统期望的温度与实际温度之间的差值）在加到温度控制电源

4、驱动电路之前先分别以三种方式（比例、积分和微分）被放大。比例增益向错误信号提供瞬时响应。积分增益求出错误信号的积分，并将错误减低到接近零的水平。积分增益还有助于过滤掉实测温度信号中的噪音。微分增益使驱动依赖于实测温度的变化率，正确运用微分增益能缩短响应定位点改变或其它干扰所需的稳定时间。然而，在许多情况下，比例积分（ PI:Proportional-Integral，没有微分增益）控制策略也可以产生满足要求的结果，而且通;.常要比完全的PID 控制器更容易调整到稳定的运行状态，并获得符合要求的稳定时间。PID 与PI 控制器都可以在基于 ispPAC 的温度控制下轻松实现。由于热时间常数通常以

5、秒为单位， ispPAC20 或 30 器件必须外接 RC网络，以在控制器上产生相应的时间常数。虽然外接的元件是固定的，但 ispPAC 器件内部提供的可变增益常常可以用来调整温度控制器的性能。在定值控制问题中，如果控制精度要求不高，一般采用双位调节法，不用PID。但如果要求控制精度高，而且要求波动小，响应快，那就要用 PID 调节或更新的智能调节。调节器是根据设定值和实际检测到的输出值之间的误差来校正直接控制量的，温度控制中的直接控制量是加热或制冷的功率。 PID 调节中，用比例环节（ P)来决定基本的调节响应力度，用微分环节（ D) 来加速对快速变动的响应，用积分环节（ I) 来消除残留误

6、差。手动对 PID 进行整定时，总是先调节比例环节，然后一般是调节积分环节，最后调节微分环节。温度控制中控制功率和温度之间具有积分关系，为多容系统，积分环节应用不当会造成系统不稳定。许多文献对 PID 整定都给出推荐参数。 PID 的调节可以先确定 I 值，然后可以根据实测温度与设定温度值调节 PD值，那样就方便了，千万不要一起调，那样容易造成混乱。例如：设定温控于60 度，在实际温度为20 和 40 度时，加热的功率就不一样。积分：如果长时间达不到设定值，积分器起作用，进行修正。例如：设置于60 度，如果环境温度在慢慢降低，则可能实际温度总在59 度达不到 60 度，积分器起作用，将自动增加

7、加温功率。微分：如果趋向于设定值的速度过快或过慢，则进行修正。例如：设置于60 度，但实际温度上升太快，使温度可能超过设定温度，这时微分器起作用，使上升速度正常。PID 是依据瞬时误差 ( 设定值和实际值的差值 ) 随时间的变化量来对加热器的控制进行相应修正的一种方法 !如果不修正 , 温度由于热惯性会有很大的波动. 大家讲的都不错 . 比例：实际温度与设定温度差得越大，输出控制参数越大。例如：设定温控于60 度，在实际温度为50和 55 度时，加热的功率就不一样。而 20 度和 40 度时 , 一般都是全功率加热 . 是一样的 . 积分：如果长时间达不到设定值，积分器起作用，进行修正积分的特

8、点是随时间延长而增大 . 在可预见的时间里 , 温度按趋势将达到设定值时 , 积分将起作用防止过冲 ! 微分：用来修正很小的振荡 . 方法是按比例 . 微分 . 积分的顺序调 . 一次调一个值 . 调到振荡范围最小为止 . 再调下一个量 . 调完后再重复精调一次 . 要求不是很严格 .PID 常用口诀 : 参数整定找最佳，从小到大顺序查，先是比例后积分，最后再把微分加，曲线振荡很频繁，比例度盘要放大，曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳，曲线偏离回复慢，积分时间往下降，曲线波动周期长，积分时间再加长，曲线振荡频率快，先把微分降下来，动差大来波动慢，微分时间应加长，理想曲线两个波，前高后低4 比 13

9、.1 比例带 PB参数原理定义控制器的 P 值其实就是比例带 (PB) ；I 值为积分时间 (Ti) ； D值为微分时间 (Td) 。P 值指的是比例 ( 图 4) ，若是 P 设定为 20， SV（目标温度）设定为150 度，此时于 150-20=130 度之前，输出将以全输出的方式来执行，所以若是我们将P 值调整的太小，则将会产生温度加热过高的情形。出厂值 P 为 47.6 ，若我们欲达到的温度为 100 度，则于 100-47.6=52.4 度时即展开比例控制输出量，所以除非加热速度很快，否则不会造成上下振荡的情形。;.图 4比例带 PB控温效果比例带 PB控制输出量的大小是控制温度精度

10、的基础因素，根据PID 算法的输出量公式如下：由以上可得知， I 及 D 为零时，输出量即为 1/PBe，故只有 P 控制。而 e = PV( 现在值 ) SV(设定值 ) ，所以也可得知，当目前温度已等于设定温度时， e 值即为零，此时 P 控制中即无输出量， P 无输出量是无法将温度一直保持在设定值的，此时便需利用I 控制来执行补偿的动作。3.2 积分常数 I 参数原理定义I 值指的是积分量。由上述公式中可得知，输出量是由P 量 +I 量 +D量， 所以当未进入比例控制时，是不执行I 控制的，因这时系统已处于全输出状态，I 量无法再增加上去。那么，控制的积分量将于何时来激活积分动作呢？如图

11、5 所示， 积分动作触发时机为温度先由上升至反转下降的时候，我们可推论，于加热开始时，原本温度即会产生超调现象，若此时再增加积分量，那么温度也就过高更多了。因此当我们激活积分动作时，此时公式中1/Ti*1/PB edt 也随之运算，式中也可知 Ti 是位于算式中分母的位置，所以当 Ti 值愈小时，所算得的积分量愈大；反之， Ti 值愈大，则计算的积分量则愈小。;.图 5 积分常数 I 控温效果（ 1）本文示例设备的出厂的 I 默认值为 260，是为避免积分量太大，会造成加热温度过高产生振荡，而又为何在此挤出机中执行 Auto Tuning 会测得过小的 I 值呢？如图 6 中所示， I 值是由

12、（周期时间 /2 ）计算取得，而塑机中的温度下降速度（不激活风扇）是相当缓慢的，所以I 值将相当的大，但我们利用风扇加速风扇的冷却，此时周期时间大大的缩短，I 值相对的也大大的变小了，因此振荡情形也更加的剧烈了。图 6积分常数 I 控温效果（ 2）自动整定 (Auto Tuning)的动作完成后，控制器也将自动填入一值至参数Iof中，目的是当我们以 PID 方式控制时，我们知道于系统稳定时(PV 现在值 =SV设定值 ) ，此时 P 量是为零的，所以必须藉由I 量来控制稳定所需输出量，此输出量可由系统稳定时参数OUT来得知，以此挤出机为例，当系统稳定时，进入参数观察输出量13%，因此系统将此值 (13) 自动填入 Iof参数;.中，当我们重新再激活系统时，输出量将为P 量 + Iof量，如此可加速加热的过程时间。3.3微分常数 D 参数原理定义D 值指的是微分量。当系统温度产生变化时，将激活 D 量控制。若于加热的系统中，温度快速的下降，此时 U(输出量 )=P 量 +I 量 +D量。相反的，系统中温度快速的上升，此时 U(输出量 )=P 量+I 量-D 量，因此 D 量是用来控制温度急剧变化时，输出的快速反应以减少和设定值的