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打包带机械温控器PID控制原理及应用

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打包带机械温控器PID控制原理及应用
浏览:次|来源:打包带机械 |作者:打包带机械 |发布日期:2015-06-09

  打包带在生产生活中无处不在。打包带机械多种多样。多数利用热塑性原理工作的打包带机械设备都会用到温度控制器。本文以打包带机械为例讲述温控的PID控制原理及应用。塑料有其独特的热塑性物理化学特性。在塑料行业的生产过程中,加工温度的控制,是决定产品质量最重要的环节之一。塑料打包带机械一般有单螺杆和双螺杆之分,主要用来挤制打包带之用,与相应的辅机(包括成型机头)配合,可加工多种塑料打包带。温打包带机械控器利用PID控制算法,保证在复杂生产环境中,精确控制原料生产温度,避免由于温度过高或者过低造成废品率高的现象。一台打包带机械中使用多个DTA温控器控制加热,并且于每个加热器上,对应配有一组散热风扇,或者水冷装置。

  塑料打包带机械温度控制原理

  . 打包带机械温度控制要求: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,造成前端打包带机械挤出机构负载过大;温度过高,则可能改变原料特性导致打包带报废。

  打包带机械温度控制方法分析:

  1 控制方法效果比较。根据对象特性与现场考察,假如控制方式选择较为轻易操纵的ON-OFF控制方式,此方式会导致目标温度振荡超差。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。

  2 PID控制参数自整定的适用性分析。固然温控用具有智能化PID参数自整定功能,但是由于不支持双程对象控制,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,打包带机械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。由于打包带机械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,反倒是执行会测得不正确参数,造成温度的上下振荡。假如对于有些场合,温度上升需要加快的话,适当调小P值即可。

  4 由于打包带机械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。需要留意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),由于除非异常情形,平时温度是不易超出此范围的,假如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。

  打包带机械DTA 仪表PID控制原理及调整方式

  1. 比例带PB参数原理定义

  控制器的P值实在就是比例带(PB);I值为积分时间(Ti);D值为微分时间(Td)。

  P值指的是比例,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。

  比例带PB控制输出量的大小是控制温度精度的基础因素,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,当目前温度已即是设定温度时,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。

  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, 所以当未进进比例控制时,是不执行I控制的,因这时系统已处于全输出状态,I量无法再增加上往。那么,控制的积分量将于何时来激活积分动作呢?如图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。自动整定(Auto Tuning)的动作完成后,控制器也将自动填进一值至参数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,进进参数观察输出量13%,因此系统将此值(13)自动填进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.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误差。D量值是由公式中TD*1/Pb de/dt 计算取得,因此当D值愈大时,反应的速度愈快;反之,D值愈小,反应速度愈慢。综合以上所述,D值是否愈大愈好呢?我们假如将D值设定的过大,只要温度一产生变化,将会造成温度的快速反应,反倒是会造成振荡的情形。若D值设定非常大时,则温度略有变化即输出急剧改变,甚至产生发散现象而无法控制。

  4.打包带机械温控器输出选型

  当选择继电器为输出的DTA系列温控器输出类型机种并执行PID控制时,此时请留意控制周期的题目。此考虑在于Relay的寿命,因此出厂值为20秒,而于电压及电流为输出的机种中,因较无寿命的题目,出厂值为4秒,而输出控制是以PWM(可调脉宽)的方式来执行,因此若是加热速度较快并且控制周期较长时,可能会造成温度的振荡,原因在于若是输出量为40%,此时周期时间为20秒,则将会执行。藉由上述可知,控制周期的大小是会影响控制上的精度,因此使用上需在精度及Relay寿命上取得平衡,或是改为其它输出的机种来克服此题目。www.belyssa.com

  打包带机械温控器总结

  1于打包带机械中,假如使用DTA中的警报输出作为冷却控制,此时执行自我整定(Auto Tuning)的动作,所测得之PID值是不正确的。

  2 在可执行自我整定的系统中,建议先执行整定功能,除非控制效果不足,才考虑手动调整PID方式。

  3出厂的PID值适用于大部分的系统中,此出厂值优点为稳定,但需略长时间达设定值。

  4某些品牌的控制是以全输出方式,当温度超过设定值1~2度即激活风扇急速降温,因此温度振荡,并且风扇激活频繁,增加能源消耗。

  5 DTA的PID控制中,温度将不易超出设定值,因此风扇几乎不动作,于设备未运转时温度几乎是稳定在设定值,运转中因原料的活动,可达上下2~3度的误差。

  6 DTB和DTC系列中因提供双输出功能,因此可直接执行整定功能,或直接以出厂之PID值运行,也可达正负2度的精度要求。

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