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臺(tái)達(dá)溫控器PID控制原理及在塑料機(jī)械上的應(yīng)用
（作者未知） 2009/11/30
摘要：塑料制品在生產(chǎn)生活中無(wú)處不在。塑料生產(chǎn)設(shè)備多種多樣。多數(shù)利用熱塑性原理工作的塑料生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)備都會(huì)用到溫度控制器。本文以塑料擠出機(jī)為例介紹臺(tái)達(dá)溫控的PID控制原理及應(yīng)用。
關(guān) 鍵 詞：臺(tái)達(dá)溫控器 PID 塑料機(jī)械
1 引言
塑料有其獨(dú)特的熱塑性物理化學(xué)特性。在塑料行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，加工溫度的控制，是
決定產(chǎn)品質(zhì)量最重要的環(huán)節(jié)之一。塑料擠出機(jī)（圖1）一般有單螺桿和雙螺桿之分，主要用來(lái)擠制軟、硬聚氯乙烯、聚乙烯等熱塑性塑料之用，與相應(yīng)的輔機(jī)（包括成型機(jī)頭）配合，可加工多種塑料制品，如膜、管、棒、板、絲、帶電纜絕緣層及中空制品等，亦可用于造粒。臺(tái)達(dá)DTA等系列溫控器（圖2）利用PID控制算法，保證在復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中，精確控制原料生產(chǎn)溫度，避免因?yàn)闇囟冗^(guò)高或者過(guò)低造成廢品率高的現(xiàn)象。以圖2為例，一臺(tái)擠出機(jī)中使用多個(gè)DTA溫控器控制加熱，并且于每個(gè)加熱器上，對(duì)應(yīng)配有一組散熱風(fēng)扇，或者水冷裝置。
2塑料擠出機(jī)溫度控制原理
2.1控制要求
基于原材料的物理物理化學(xué)特性，要求控制溫度不能超過(guò)設(shè)定溫度正負(fù)2攝氏度。溫度過(guò)低，擠出口出料不暢，造成前端擠出機(jī)構(gòu)負(fù)載過(guò)大；溫度過(guò)高，則可能改變?cè)咸匦詫?dǎo)致成品報(bào)廢。
2.2 控制方法分析
1 控制方法效果比較。根據(jù)對(duì)象特性與現(xiàn)場(chǎng)考察，如果控制方式選擇較為容易操作的ON-OFF控制方式，此方式會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)溫度振蕩超差(圖3)。在理想的工藝控制范圍，ON-OFF控制是無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定的，而PID控制會(huì)比ON-OFF更加的精確。
2 PID控制參數(shù)自整定的適用性分析。雖然臺(tái)達(dá)DTA系列溫控器具有智能化PID參數(shù)自整定功能，但是由于不支持雙程對(duì)象控制，因此當(dāng)選擇PID自整定控制方式時(shí)，反而會(huì)造成精度誤差更大。原因是DTA溫控器不支持雙輸出的功能，所以只可單選加熱，擠出機(jī)上方配備的冷卻風(fēng)扇則是利用DTA的警報(bào)輸出來(lái)觸發(fā)，作為冷卻輸出。而DTA 的自整定，必須在自然冷卻或者冷卻方式相對(duì)恒定的環(huán)境進(jìn)行，而利用警報(bào)來(lái)做冷卻控制，實(shí)際已變成突發(fā)事件，不在正常的情形之下，如此會(huì)造成降溫時(shí)間及振蕩周期變短，將造成振蕩情形更加的劇烈。
3 PID控制參數(shù)人工整定的適用性分析。由于擠出機(jī)設(shè)備出廠值是一般能達(dá)到控制要求的，所以于此設(shè)備中，以出廠值即可達(dá)到所需的要求，反倒是執(zhí)行自整定會(huì)測(cè)得不正確參數(shù)，造成溫度的上下振蕩。如果對(duì)于有些場(chǎng)合，溫度上升需要加快的話，適當(dāng)調(diào)小P值即可。
4 由于塑料設(shè)備冷卻速度非常的慢，所以超溫時(shí)利用警報(bào)輸出來(lái)觸發(fā)風(fēng)扇加速冷卻。需要注意DTA中使用警報(bào)進(jìn)行風(fēng)扇冷卻，須將ALARM范圍設(shè)定的較大（如超出4度時(shí)才執(zhí)行），因?yàn)槌钱惓Ｇ樾�，平時(shí)溫度是不易超出此范圍的，如果ALARM設(shè)定過(guò)小(如1度)，超出設(shè)定值即冷卻，會(huì)造成冷卻速度太快，產(chǎn)生溫度振蕩。
3 DTA 儀表PID控制原理及調(diào)整方式
3．1 比例帶PB參數(shù)原理定義
控制器的P值其實(shí)就是比例帶(PB)；I值為積分時(shí)間(Ti)；D值為微分時(shí)間(Td)。
P值指的是比例(圖4)，若是P設(shè)定為20，SV（目標(biāo)溫度）設(shè)定為150度，此時(shí)于150-20=130度之前，輸出將以全輸出的方式來(lái)執(zhí)行，所以若是我們將P值調(diào)整的太小，則將會(huì)產(chǎn)生溫度加熱過(guò)高的情形。出廠值P為47.6，若我們欲達(dá)到的溫度為100度，則于100-47.6=52.4度時(shí)即展開比例控制輸出量，所以除非加熱速度很快，否則不會(huì)造成上下振蕩的情形。
比例帶PB控制輸出量的大小是控制溫度精度的基礎(chǔ)因素，根據(jù)PID算法的輸出量公式如下：
由以上可得知，I及D為零時(shí)，輸出量即為1/PBe，故只有P控制。而e = PV(現(xiàn)在值) – SV(設(shè)定值)，所以也可得知，當(dāng)目前溫度已等于設(shè)定溫度時(shí)，e值即為零，此時(shí)P控制中即無(wú)輸出量，P無(wú)輸出量是無(wú)法將溫度一直保持在設(shè)定值的，此時(shí)便需利用I控制來(lái)執(zhí)行補(bǔ)償?shù)膭?dòng)作。
3.2積分常數(shù)I參數(shù)原理定義
I值指的是積分量。由上述公式中可得知，輸出量是由P量+I量+D量， 所以當(dāng)未進(jìn)入比例控制時(shí)，是不執(zhí)行I控制的，因這時(shí)系統(tǒng)已處于全輸出狀態(tài)，I量無(wú)法再增加上去。那么，控制的積分量將于何時(shí)來(lái)激活積分動(dòng)作呢？如圖5所示， 積分動(dòng)作觸發(fā)時(shí)機(jī)為溫度先由上升至反轉(zhuǎn)下降的時(shí)候，我們可推論，于加熱開始時(shí)，原本溫度即會(huì)產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，若此時(shí)再增加積分量，那么溫度也就過(guò)高更多了。因此當(dāng)我們激活積分動(dòng)作時(shí)，此時(shí)公式中1/Ti*1/PB∫edt也隨之運(yùn)算，式中也可知Ti是位于算式中分母的位置，所以當(dāng)Ti值愈小時(shí)，所算得的積分量愈大；反之，Ti值愈大，則計(jì)算的（未完，下一頁(yè)）
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