宇电多回路温度控制模块的应用_多回路控制器_宇电

宇电多回路温度控制模块的应用

2009/12/28 0:00:00

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。因此可采用西门子S7-200或三菱FX2N等小型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。

触摸屏：触摸屏选用eView MT510T，10.4英寸。eView MT500系列触摸屏采用强大的32位嵌入式高性能CPU,支持256色真彩显示与敏捷的反应速度，可以与多个厂家的产品通讯，兼容性极强，基于Windows98/NT操作平台下的专用组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。且产品型号齐全有5.7、7.7、10.4、英寸单色彩色等，方便选型。具有RS232/485通讯口，可以直接连接各种主流的PLC，无需配置其它特殊的硬件和软件就可以与PLC通讯。产品提供向量图库、位图库、群组图库等三种元件图库，且可以添加自己设计的元件图形，可直接支持256色BMP格式的图形，可支持元件的多层叠加实现不同的控制功能。在编程软件中可以设定触摸屏背光灯的关闭时间，节省其使用寿命。具有128K的配方存储器和实时时钟，支持方便易用的配方传输功能。触摸屏中具有内部编程指令宏命令，可以减轻编程负担，由触摸屏编程直接和其它设备通讯。触摸屏上的并行口还可以直接和打印机连接实时或定时打印当前或历史数据。系统采用MT501T通过不同的通讯口也同时和SIEMENS S7-200通讯，和AI-7048D5温控模块以RS-485方式通讯。在编程软件中选择好触摸屏和PLC型号后，通过宏命令编程，利用触摸屏中的另外一个通讯口与宇电温控模块通讯。与AI温控模块通讯的波特率为9600bps；无校验位；数据长度8位；停止位1位或两位；通讯方式RS-485。

PLC：选用SIEMENS S7-200。S7-200是一种小型的可编程序控制器，它的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能，使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。S7-200应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等，如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统等。主要特点是：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握，便捷的操作；丰富的内置集成功能，实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块。

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。例如，日本导电公司生产的仪表中，采用了多组算法；欧陆和欧姆龙仪表中采用了自适应功能；KMM智能调节仪表中采用了折线模块来适应系统的非线性；还有的仪表公司在仪表中采用辩识方法来提高仪表在非线性系统中的调节质量。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。