当前位置:工控会员企业> 首页 >技术文章>朴实无华,却无所不在|温控-品质、效率与成本的演绎

贝加莱用户评论

用户评级:

口碑:3180 高于平均:8.00%

人气:4932632 高于平均:13.00%

收藏:14

联系我们

名称:贝加莱工业自动化(中国)有限公司

地址:上海田林路487号宝石园21号楼

邮编:200233

电话:021-54644800

传真:021-33675666

网址:http://www.br-automation.com/zh/

Email:info.cn@br-automation.com

在线反馈

本网站信息涉及广告内容!

朴实无华,却无所不在|温控-品质、效率与成本的演绎

供稿:贝加莱工业自动化(中国)有限公司

  • 关键词:贝加莱,温控,mappTemperature
  • 摘要:在一个充满前沿概念的时代,温控仿佛是一个古老的话题,听上也是如此朴实无华—作为读者的您也许会觉得谈论这个话题是否过于普通?然而,就实而论,这却并非易事。能用与好用是两种不同的产品设计态度,在今天,高质量发展的要义就是追求为用户提供“好用”的系统,而不停留于过去“能用就行”的粗放时代。

在一个充满前沿概念的时代,温控仿佛是一个古老的话题,听上也是如此朴实无华—作为读者的您也许会觉得谈论这个话题是否过于普通?然而,就实而论,这却并非易事。能用与好用是两种不同的产品设计态度,在今天,高质量发展的要义就是追求为用户提供“好用”的系统,而不停留于过去“能用就行”的粗放时代。


温控,普遍应用于机器的控制,在注塑、挤出、吹瓶、吹膜这类加热成型的制造领域而言至关重要,同时、像单晶拉制、扩散、PECVD等光伏生产设备中,同样大量的应用。随着机器速度越来越高的要求,且材料的多样性、产品的复杂性都使得温度控制也变得不那么简单,同时,温控水平也关乎能源消耗-与制造企业的成本紧密相关。


优秀的温控关乎品质与效率

->高品质的产品:温控精度对于品质会有较大的影响,注塑成型里的翘曲、喷射、收缩痕等都是由于温控不佳造成的缺陷,挤出中的焦烧、吹瓶中的硬颈、底部花状瓣发白等都由于这种温控的原因造成,对于消费者来说,当然看不到这些-因为必须只能看到合格产品。但是,生产现场的人最清楚,这会造成大量的不良品带来的成本上升。


图片1.png


->生产效率问题:尽管温度控制属于大延迟系统,但是,对于注塑、挤出这类大规模生产应用而言,如果生产节拍过低,产能效率就无法发挥,而温度又是该类型设备的关键工艺参数,塑料行业的温度控制还需要具有高速响应能力-以应对快速的生产节拍需求。


->机器的灵活性:由于塑料加工的材料变化多样性,产品厚度、规格的变化,使得其参数应该较强的自适应,并且可以实现对不同的加热方式的自整定,以获得生产的灵活性。

->成本,节能是关键,对于塑料制品加工来说,都是属于加热成型,如何降低能耗,这里就有非常多的技能。


统温控存在的问题

很多传统的温度控制方案基本上都是在“能用”这个水平上,而对于“好用”的温度控制是贝加莱一直追求的。在热成型加工中,经常需要根据工艺需求来设定变化的温度和轨迹,而能用的温控,其控制过程往往存在温度的大过冲,这会导致超过目标温度过多,系统超温。而另一方面,低阻尼会导致系统震荡剧烈,一直在目标温度上下波动,会导致加热过程的调节时间变长并且不稳定,这两种常见的情况都是注塑、挤出等热成型加工所需要避免的。


mappTemperature控制

mappTemperature是属于贝加莱mappControl中闭环控制模块之一,基于贝加莱在塑料、印刷、包装、光伏工业多年的积累,积淀丰富应用经验而开发的专业软件组件,它有较强的适应力。


图片2.png

图1-mapp的温度控制模块结构


在mappTemperature中设计了几个环节来使得其变得“好用”,能够带来效率、稳定性、品质、能耗、易用性方面的提升。它通过构建物理对象模型,并经由参数整定算法,为PID控制器、前馈、滤波、温度设定轨迹来提供最优参数的获取,并控制信号输出来确保对象的响应以达到最终设定的目标。


1.设定温度轨迹生成的策略

对于塑料工业的温控来说,为了获得更好的能源分配,必须在不同的阶段(如加热、保温、冷却)给予不同的温度来降低不必要的能耗,这种会让设定值发生变化,传统PID容易产生过冲,贝加莱通过温度的轨迹曲线生成,系统会沿着如图2所示的斜坡来加热,以获得稳定的输出。


图片3.png

图2-同步加热斜坡


这种实时斜坡跟随能力,使得系统获得无超调的卓越性能,保障所需的工艺控制精度,确保品质。


2.前馈控制-关乎效率

由于PID控制会有超调,引入了温度限幅但又会使得系统输出控制能力得到压缩,因此,需要增加前馈环节来提升响应能力。对于贝加莱温度控制而言,引入前馈控制,并在设定温度发生变化时,前馈输出可迅速叠加PID输出,提升前期响应速度。但是对于前馈控制而言,有效的模型识别可以获得更精准的前馈所需的参数,对于前馈环节,贝加莱可以通过mappTemperature的自整定来获得。


3.卡尔曼滤波

对于温度的反馈而言,通常包含了干扰,这些干扰会造成PID频繁调节,而通过卡尔曼滤波可以有效降低其调节的频次,即,不要对所有的干扰太过敏感。


图片4.png

图3-贝加莱高精度高速温控


mappTemperature的整定也包含对Kalman滤波参数的识别获取,以更有效的评估反馈信号的有效性,平衡稳定性与快速响应的矛盾。


4.易用性问题

工程师为机器配置不同的温度控制模块,无论是单通道、 多通道、不同的工艺类型下,其应该有便捷的开发过程,尽量减少编程,而采用配置的方式来实现,在Automation Studio中的温度控制即可实现这样的快速开发,并与HMI有良好的交互接口,使得快速以直观方式呈现。


mappTemperature与其它mapp模块一样可以根据应用配置、连接到不同的控制系统中,与配方管理模块(mappRecipe)、报警(mappAlarm)、mappVIEW的曲线显示形成边界的软件连接。


图片5.png

图4-mapp温控画面设计


并且,mappTemperature有非常高的灵活度,让工程师来配置相关的参数,包括加热冷却、热电偶类型、温区组别、保护温区、控制器参数资识别、加热电流可测量、显示界面的可配置。


节能有技术 

对于包含加热与冷却系统的温控而言,尽管看上去温控的目标是达到的,但是,由于加热与冷却对冲带来的“内耗”无法被有效控制,而导致了其间的能源消耗无法被有效控制,而贝加莱的温控对此予以策略性实现,即,通过对加热和冷却的变化率影响获得占空比的差异,进而有效的调节,从而消除这种内耗带来的能源消耗。


->分段加热-软启动能力

mappTemperature中有一种预编程的功能,称为软启动,它可以一键式实现机器组件的平稳加热,从而最大程度地减少加热元件的疲劳度 。均匀加热可减少机械应力,并且有利于机器中的液体残留物进行受控蒸发。


由于软启动功能避免了以最大功率操作和加热元件,因此获得了节能效果。


->负载同步加热

塑料工业被控对象通常包含多个温度的情况,各个温区负载大小不同,加热时间不同,负载同步加热可以让各个负载同时达到设定温度,避免有的温区先到达了设定温度,但相邻温区还在加热中,会对其温度稳定造成影响。


->无忧切换

有加热和冷却的系统,加热和冷却同时工作存在“内耗”,在一些系统中,虽然看上去你达到了温控目标,但是,你可能并没想到这个目标是较高内耗达成的,贝加莱的温度控制同样有巧妙的策略来消除这种内耗,细节往往在看不到的地方。


工程师的智慧必不可少

很多时候,人们似乎更喜欢所谓的“高科技”、认为越是前沿的东西就越先进,但是,制造业更需要的是静下心来不断打磨产品的工匠精神。他们总是在现场,与机器打交道、与各种材料、各种千奇百怪的客户需求打交道,不断的测试,进而形成了他们对于机器的理解,对于工艺的理解,成为一个专家。


专家,在贝加莱不但能解决问题,还能把这种经验通过建模的方式,形成应对各种变化的模型,进而通过软件的模块化封装成为可被广泛客户应用的模块—所谓工业软件,正来自于此,来自于这些在一线的工程师,他们的辛勤、他们的智慧、他们为产业的付出。


贝加莱的模块何止于一个温度控制,这一切来自于广泛的行业一线经验积淀、专业的软件工程封装、客户中心的服务精神。


温控-从来都不简单!不简单的是工程师的智慧!


作者:贝加莱技术传播经理  宋华振

时间:2022-03-17

首发:贝加莱官方服务号


发布时间:2022年3月21日 12:00  人气:   审核编辑(王静 )
相关链接

我来评价

评价:
一般