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臺達溫控器在塑料加工機械中的應(yīng)用

中達電通股份有限公司

The Application of Temperature Controller for Delta Company in Plastic Processing Machine
產(chǎn)品處的徐永軍
摘要:塑料有其獨特的物理化學(xué)特性，在塑料生產(chǎn)過程中，加工溫度是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。文中討論臺達溫度控控器在塑料加工生產(chǎn)過程中的具體應(yīng)用，以保證在復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中精確地控制原料生產(chǎn)溫度，避免溫度過高或者過低造成廢品率高的現(xiàn)象。
關(guān)鍵詞：溫度控制器成型系統(tǒng) 塑料機械
Abstract: The plastic has particular physical chemistry characteristic. The processing temperature is the key that can decides the product quality in the plastic production process. The paper discusses the concrete application of Delta temperature controller in the plastic processing production procedure, it can guarantee that the production temperature of raw material can be accurately controlled in the complex production environment. And therefore it avoided the phenomena that makes waster ratio to be higher caused by overhigh or lower temperature.
Key words: Temperature controller Shaping system Plastic mechanism
[中圖分類號] TP273 [文獻標識碼] B 文章編號
1 引言
塑料制品在生產(chǎn)生活中無處不在,對應(yīng)的塑料生產(chǎn)設(shè)備也多種多樣,由于塑料的物理化學(xué)特性是由加工過程中的“三要素”決定的，即“溫度、壓力、時間”中的3個參數(shù)如配合不當，是難以達到期望的理化性能的，其中溫度這個參數(shù)是最重要的，因此大多數(shù)塑膠制品設(shè)備都離不開溫度控制器。下面以塑料擠出機為例介紹臺達溫控的應(yīng)用. 塑料擠出機有單螺桿式和雙螺桿式之分, 主要用于擠制軟、硬聚氯乙烯、聚乙烯等熱塑性塑料之用，與相應(yīng)的輔機（包括成型機頭）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。塑膠擠出機如圖1所示，一臺擠出機使用多個DTA溫控器控制加熱，并且每個加熱器上都對應(yīng)配置了一組散熱風扇或者水冷裝置以調(diào)節(jié)溫度，圖2和圖3示出了各種各樣的臺達溫度控制器。

2 塑料加工的溫度控制
基于塑膠原材料特性，要求被控制的溫度不能超過設(shè)定溫度正負2攝氏度，溫度過低擠出口出料不暢，造成前端擠出機構(gòu)負載過大；溫度過高則可能改變原料特性導(dǎo)致在制品報廢。現(xiàn)場觀察表明，如果控制方式選擇較為容易操作的ON-OFF方式，會造成大幅度的振蕩，如圖4所示，控制溫度將產(chǎn)生上下至少3度的誤差。

因此，簡單開關(guān)控制方式是不可取的。一般選擇PID控制方式，但是要注意，如果使用通常的自整定方式來取得P、I、D值反而會造成精度誤差更大，原因是DTA溫控器不支持雙輸出的功能，所以只可單選加熱，擠出機上方配備的冷卻風扇則是利用DTA的警報輸出來觸發(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恒定的環(huán)境下進行，而利用警報來做冷卻控制,實際已經(jīng)變成突發(fā)事件,超出正常情形，這樣會造成降溫時間及振蕩周期變短，如I值對應(yīng)為(振蕩周期/2)，則I值因此會變小，將造成更加劇烈的振蕩。
在參數(shù)整定過程中應(yīng)注意：（1）不使用自整定，手動輸入P、I、D值，因為P、I、D三個參數(shù)在出廠時已調(diào)整為默認值，P=47.6，I=260，D=41，可能造成加熱速度較慢，但控制的精度也將相對地提高，只要不是在溫度變化急劇的環(huán)境中( 5秒中變化100度)，該出廠值是可以達到控制要求的。值得注意的是該設(shè)備以出廠設(shè)定值即可達到所需工況的要求，反倒是執(zhí)行自整定往往得到不正確的參數(shù)，造成溫度的上下振蕩。如果加快溫度上升的速度，應(yīng)適當將P值調(diào)小。.（2）塑料設(shè)備上冷卻速度非常慢，所以超溫時利用警報輸出來觸發(fā)風扇加速冷卻，注意DTA中使用警報徑行風扇冷卻，須將ALARM范圍設(shè)定的較大（如，在超出4度時才執(zhí)行），因為除非異常情形，平時溫度是不易超出該范圍的，如果ALARM設(shè)定過小（比如1度），超出設(shè)定值會造成冷卻速度太快，也會產(chǎn)生溫度振蕩。
3 PID控制與參數(shù)調(diào)整
控制器的P值其實就是比例控制增益，I值對應(yīng)積分時間(Ti)，D值對應(yīng)微分時間(Td)。P值指的是比例增益（如圖4所示），若是P設(shè)定為20，SV(目標溫度)設(shè)定為150度，在150-20=130度之前，輸出將以全輸出的方式來執(zhí)行控制，所以若是將P值調(diào)整的太小，將會產(chǎn)生溫度加熱過高的情形。出廠值P為47.6，若欲達到溫度為100度，則在100-47.6=52.4度時即加上比例控制輸出量，所以除非加熱速度很快，否則不會造成上下振蕩的情形。
根據(jù)自動控制原理，控制器輸出量是P、I和D參數(shù)及系統(tǒng)誤差e的函數(shù)，而e = PV(系統(tǒng)輸出值) – SV(系統(tǒng)設(shè)定值)，當系統(tǒng)輸出值溫度等于系統(tǒng)設(shè)定溫度時，系統(tǒng)誤差e值即為零，此時P控制中即無輸出量，P無輸出量是無法將溫度一直保持在設(shè)定值的，此時便需利用積分I控制來執(zhí)行補償?shù)膭幼鳌值指的是積分量，輸出量=P量+I量+D量，但當未進入比例控制時，是不執(zhí)行I控制的，因這時系統(tǒng)已是全輸出狀態(tài)，I量是無法再增加上去的。

如圖5所示，積分動作觸發(fā)時機為溫度先由上升至反轉(zhuǎn)下降的時候，在加熱開始時，原本溫度即會產(chǎn)生超調(diào)的現(xiàn)象，若是該時刻再增加積分量，那么溫度也就超過得更多了。因此當啟動積分動作時，Ti值愈小積分量愈大，反之，Ti值愈大則計算的積分量則愈小。因此出廠的I默認值為260，是為避免積分量太大造成加熱溫度過高。

如圖7所示，I值的是由(周期時間/2)計算取得的，塑機中的溫度下降速度(不啟動風扇)是相當緩慢的，所以I值將相當?shù)拇螅衫蔑L扇加速風扇的冷卻，此時周期時間將大大縮短，I值相對地也大大地變小了，于是振蕩情形會更加劇烈。

D值指的是微分量，當系統(tǒng)溫度產(chǎn)生變化時，將啟動D量控制。若在加熱系統(tǒng)中，溫度快速下降，此時U(輸出量)=P量+I量+D量，相反若系統(tǒng)中溫度快速上升，此時U(輸出量)=P量+I量-D量，因此D量是用來控制溫度急劇變化時，使之作出快速反應(yīng)以減少和設(shè)定值的誤差。D值愈大時，反應(yīng)速度愈快，反之，D值愈小，反應(yīng)速度愈慢，如圖8所示。如果D值設(shè)定過大，只要溫度一產(chǎn)生變化就作出快速反應(yīng)，反倒可能造成振蕩，若D值設(shè)定非常大時，只要溫度略有變化系統(tǒng)輸出會急劇改變，甚至產(chǎn)生發(fā)散現(xiàn)象而無法控制。

4 結(jié)束語
上述粗略討論了臺達溫度控制器在擠出機中的應(yīng)用，歸納起來在使用中值得注意的有以下方面：使用 DTA中的警報輸出作為冷卻控制，執(zhí)行自我整定(Auto Tuning)的動作所測得的PID值是不正確的；在執(zhí)行自整定的系統(tǒng)中，建議先整定功能，如控制效果不好才以手動調(diào)整PID參數(shù)；。出廠時的PID參數(shù)適用于大部份的系統(tǒng)，系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，但到達設(shè)定值的時間略長；OMRON控制中是全輸出方式，當溫度超過設(shè)定值1-2度即啟動風扇急速降溫，因此溫度會振蕩，風扇啟動頻繁，會增加能源消耗；DTA的PID控制中，溫度一般在設(shè)定值容許范圍內(nèi)變化，風扇幾乎不動作，在系統(tǒng)運行中因原料的流動，可控制在正負2-3度的范圍內(nèi)。由于DTB和DTC系列中因提供雙輸出功能，可直接執(zhí)行整定功能，或直接以出廠的PID值運行，同樣可達到正負2度的精度要求。

參考文獻[略]
作者簡介徐永軍