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台達溫控器在塑料加工機械中的應用

中達電通股份有限公司
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The Application of Temperature Controller for Delta Company in Plastic Processing Machine
產品處的徐永軍
摘 要:suliaoyouqidutedewulihuaxuetexing,zaisuliaoshengchanguochengzhong,jiagongwendushijuedingchanpinzhiliangdeguanjian。wenzhongtaoluntaidawendukongkongqizaisuliaojiagongshengchanguochengzhongdejutiyingyong,yibaozhengzaifuzashengchanhuanjingzhongjingquedikongzhiyuanliaoshengchanwendu,bimianwenduguogaohuozheguodizaochengfeipinlvgaodexianxiang。
關鍵詞:溫度控製器 成型係統 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
塑料製品在生產生活中無處不在,對應的塑料生產設備也多種多樣,由於塑料的物理化學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3gecanshurupeihebudang,shinanyidadaoqiwangdelihuaxingnengde,qizhongwenduzhegecanshushizuizhongyaode,yincidaduoshusujiaozhipinshebeidoulibukaiwendukongzhiqi。xiamianyisuliaojichujiweilijieshaotaidawenkongdeyingyong. 塑料擠出機有單螺杆式和雙螺杆式之分, 主要用於擠製軟、硬聚氯乙烯、聚乙烯等熱塑性塑料之用,與相應的輔機(包括成型機頭)配合,可加工多種塑料製品,如膜、管、棒、板、絲、帶電纜絕緣層及中空製品等。塑膠擠出機如圖1所示,一台擠出機使用多個DTA溫控器控製加熱,並且每個加熱器上都對應配置了一組散熱風扇或者水冷裝置以調節溫度,圖2和圖3示出了各種各樣的台達溫度控製器。

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2 塑料加工的溫度控製
基於塑膠原材料特性,要求被控製的溫度不能超過設定溫度正負2攝氏度,溫度過低擠出口出料不暢,造成前端擠出機構負載過大;溫度過高則可能改變原料特性導致在製品報廢。現場觀察表明,如果控製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,控製溫度將產生上下至少3度的誤差。


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因此,簡單開關控製方式是不可取的。 一般選擇PID控製方式,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,所以隻可單選加熱,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,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境下進行,而利用警報來做冷卻控製,實際已經變成突發事件,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。
在參數整定過程中應注意:(1)不使用自整定,手動輸入P、I、D值,因為P、I、D三個參數在出廠時已調整為默認值,P=47.6,I=260,D=41,可能造成加熱速度較慢,但控製的精度也將相對地提高,隻要不是在溫度變化急劇的環境中( 5秒中變化100度),gaichuchangzhishikeyidadaokongzhiyaoqiude。zhidezhuyideshigaishebeiyichuchangshedingzhijikedadaosuoxugongkuangdeyaoqiu,fandaoshizhixingzizhengdingwangwangdedaobuzhengquedecanshu,zaochengwendudeshangxiazhendang。ruguojiakuaiwendushangshengdesudu,yingshidangjiangP值調小。.(2)塑料設備上冷卻速度非常慢,所以超溫時利用警報輸出來觸發風扇加速冷卻,注意DTA中使用警報徑行風扇冷卻,須將ALARM範圍設定的較大(如,在超出4度時才執行),因為除非異常情形,平時溫度是不易超出該範圍的,如果ALARM設定過小(比如1度),超出設定值會造成冷卻速度太快,也會產生溫度振蕩。
3 PID控製與參數調整
控製器的P值其實就是比例控製增益,I值對應積分時間(Ti),D值對應微分時間(Td)。P值指的是比例增益(如圖4所示),若是P設定為20,SV(目標溫度)設定為150度,在150-20=130度之前,輸出將以全輸出的方式來執行控製,所以若是將P值調整的太小,將會產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度時即加上比例控製輸出量,所以除非加熱速度很快,否則不會造成上下振蕩的情形。
根據自動控製原理,控製器輸出量是P、I和D參數及係統誤差e的函數,而e = PV(係統輸出值) – SV(係統設定值),當係統輸出值溫度等於係統設定溫度時,係統誤差e值即為零,此時P控製中即無輸出量,P無輸出量是無法將溫度一直保持在設定值的,此時便需利用積分I控製來執行補償的動作。I值指的是積分量,輸出量=P量+I量+D量,但當未進入比例控製時,是不執行I控製的,因這時係統已是全輸出狀態,I量是無法再增加上去的。

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如圖5所(suo)示(shi),積(ji)分(fen)動(dong)作(zuo)觸(chu)發(fa)時(shi)機(ji)為(wei)溫(wen)度(du)先(xian)由(you)上(shang)升(sheng)至(zhi)反(fan)轉(zhuan)下(xia)降(jiang)的(de)時(shi)候(hou),在(zai)加(jia)熱(re)開(kai)始(shi)時(shi),原(yuan)本(ben)溫(wen)度(du)即(ji)會(hui)產(chan)生(sheng)超(chao)調(tiao)的(de)現(xian)象(xiang),若(ruo)是(shi)該(gai)時(shi)刻(ke)再(zai)增(zeng)加(jia)積(ji)分(fen)量(liang),那(na)麼(me)溫(wen)度(du)也(ye)就(jiu)超(chao)過(guo)得(de)更(geng)多(duo)了(le)。因(yin)此(ci)當(dang)啟(qi)動(dong)積(ji)分(fen)動(dong)作(zuo)時(shi),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。
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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值將相當的大,但可利用風扇加速風扇的冷卻,此時周期時間將大大縮短,I值相對地也大大地變小了,於是振蕩情形會更加劇烈。

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D值指的是微分量,當係統溫度產生變化時,將啟動D量控製。若在加熱係統中,溫度快速下降,此時U(輸出量)=P量+I量+D量,相反若係統中溫度快速上升,此時U(輸出量)=P量+I量-D量,因此D量是用來控製溫度急劇變化時,使之作出快速反應以減少和設定值的誤差。D值愈大時,反應速度愈快,反之,D值愈小,反應速度愈慢,如圖8所示。如果D值設定過大,隻要溫度一產生變化就作出快速反應,反倒可能造成振蕩,若D值設定非常大時,隻要溫度略有變化係統輸出會急劇改變,甚至產生發散現象而無法控製。

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4 結束語
上述粗略討論了台達溫度控製器在擠出機中的應用,歸納起來在使用中值得注意的有以下方麵:使用 DTA中的警報輸出作為冷卻控製,執行自我整定(Auto Tuning)的動作所測得的PID值是不正確的;在執行自整定的係統中,建議先整定功能,如控製效果不好才以手動調整PID參數;。出廠時的PID參數適用於大部份的係統,係統能穩定運行,但到達設定值的時間略長;OMRON控製中是全輸出方式,當溫度超過設定值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控製中,溫度一般在設定值容許範圍內變化,風扇幾乎不動作,在係統運行中因原料的流動,可控製在正負2-3度的範圍內。由於DTB和DTC係列中因提供雙輸出功能,可直接執行整定功能,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

 
 
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