【宇电应用104】宇电多回路温度控制模块的应用

• 关键词：厦门宇电,多路温控仪表,PID,温度控制

一、概述 

性能优良的塑料制品生产，不但要正确使用原料，加工设备及工艺参数的选用也非常关键。挤出机料筒及机头各段温度的精确控制对提高挤出机产量的稳定性及保证性能有积极的意义。目前，国内大多数经济型塑料挤出机的温度控制系统普遍采用分离仪表控制方案和PLC集中控制方案两种。本文主要介绍采用多回路温度控制模块的新型控制系统。

 二、原控制方案分析    

对于分离仪表控制方案，虽然具有价格低的优势，但在控制功能上受到很多限制，主要体现在对各分离单元单独进行控制,整个系统无法实施综合控制，多只温控表的使用一方面使温控电路结构复杂，故障率增加；另一方面由于温控表多为断续控温方式，因此造成各加热区温度波动较大，影响了塑料制品的加工质量。对于PLC集中控制方案，虽然能对整个系统实施综合控制，但是要编写多回路的PID控温算法实现难度大，占用CPU的资源多，一旦温区超过8个则难以实现高精度的温度控制。如果采用高级别的CPU构建系统，则价格昂贵，性价比低。以西门子S7-300 PLC组成16温区温度控制系统为例，系统配置如下：两个SM331，两个SM322，构成16路温度输入、32路开关量输出，一个CPU314，它是西门子的中档CPU，它作为多回路PID的控制核心。该系统的控制精度取决于CPU314的运算速度和PID算法，如果采用STEP7的PID标准功能块，则对于纯滞后大惯性的控制对象，难以达到理想的效果；如果自己编写专用的PID控制算法则难度较大。该系统还存在随着温区数量的增多（较多机型的温区在30个左右）存在价格升高、控制精度下降的缺点。

 三、新型控制系统配置及功能介绍 

新型温度控制系统采用宇电AI-7048D5多回路温度控制模块结合触摸屏、小型PLC组成。AI-7048D5可独立的控制对应回路的温度值，PLC只需通过现场总线就可以轻松的控制各回路的启停及获取各回路的当前温度、设定温度值。因此可采用宇电PLC，系统硬件和软件大大简化，系统的价格大幅下降，系统的控制精度、可靠性、稳定性大幅提高。AI模块和PLC也可以直接和触摸屏分别连接，这样可以减少PLC的数据处理量，提高系统的响应速度。

1、主要控制元件介绍    AI-7048D5：采用热电偶输入，SSR固态继电器电压输出，各通道可以有不同的输入规格，即可以独立使用，也可以与计算机或可编程控制器PLC联机使用。本仪表可任选24VDC/AC输入或100~240VAC电源电压，并通过ISO9001质量认证，可靠性高且符合EMC电磁兼容标准；其电源及全部I/O端子均通过了4KV的群脉冲（EFT）抗干扰测试，能在强干扰环境下可靠工作，应用了宇电公司新一代技术，使多路输入达到与单路测量相当的精度与抗干扰能力。仪表主要功能如下： ● 最多可支持4路可编程测量输入回路，支持K、S、E、J、B、N、T、WRe5-WRe26等多种规格热电偶输入，自动冷端补偿，也可以输入mV线性信号，并可以自由进行刻度定义。输入数字校正，各输入回路均具备数字滤波，且滤波强度可以独立调整或取消滤波。 ● 使用高性能的元器件，大大降低温度漂移并使得4个通道之间相互干扰降低，使多路测量在精度及抗干扰性能上也达到了与单路测量仪表相当的水准。 ● 可支持D5/E5型DIN导轨外型或盘装仪表外形尺寸，导轨型可连接E8型手持显示器进行显示编程。 ● 除D5型仪表外，每个回路都具备独立的上、下限或偏差报警功能，并且其报警输出位置（AL1或AL2）可以编程指定。不同输入回路的上限或下限报警信号即可编程为从同一报警通道输出，也可从不同的通道输出。 ● 具有12个现场参数设置，用户可以按自己的使用习惯自定义仪表的显示参数。 ● 具备先进的与计算机通讯功能，同常用AI-708人工智能调节器/温度控制器通讯协议完全兼容，1台AI-7048在通讯时可等同4台独立的测量及控制仪表。 ●7048系列中的70482型，4路编程测量输入回路弱电信号互相隔离，适合负极与外壳相连的热电偶。

2、AI-7048D5温度控制模块工作原理    四回路的PID温度控制智能模块可以看做是四个独立的闭环反馈控制系统，在一个采样周期内, 温度传感器将检测到的料筒与机头温度信号，与设定值进行比较，得到偏差进行PID运算得出控制输出值，从而达到精确控制温度的目的，四个回路独立工作，互不干扰，具有极高的稳定性和可靠性。宇电PID控制原理：AI人工智能控制算法，既对PID算法加以改进和保留，加入模糊控制算法规则，并对给定值的变化加入了前馈调节。在误差大时，运用模糊算法进行调节，以彻底消除PID饱和积分现象，如同熟练工人进行手动调节。当误差趋小时，采用改进后的PID算法控制输出。其控制参数采用被控对象特征描述方式。一组参数即可同时确定PID参数和模糊控制参数。系统具有无超调和高控制精度等特点。针对不稳定的非线形复杂调节对象，表内设有自适应调节规则，可使系统进一步加快响应速度，改善控制品质。针对控制参数较难确定的现实，表内设有自整定专家系统，可使系统的控制参数确定简单，准确度提高，因此，自整定系统的引入，不仅使复杂劳动简化，节约了调试时间，而且提高了控制系统的调节品质。对于许多复杂的调节对象，例如电炉温度控制中的电网电压变化、外界干扰因素和工作环境多变等，针对有严重非线形的控制对象，国外仪表公司也推出了不少对策和方法。

在AI系列调节器中，针对有严重中非线性的控制对象，选择了自适应方式来解决。其改进的特点是：当控制偏差大于估计的误差时，自适应系统不是修改控制参数(国外仪表的自适应功能是修改控制参数)，而是修改输出值来降低误差。虽然修改范围有限，但不会出现将原来正确控制参数改错的现象，使响应速度加快，使控制精度大大提高。

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