朴实无华，却无所不在|温控-品质、效率与成本的演绎

在一个充满前沿概念的时代，温控仿佛是一个古老的话题，听上也是如此朴实无华—作为读者的您也许会觉得谈论这个话题是否过于普通？然而，就实而论，这却并非易事。能用与好用是两种不同的产品设计态度，在今天，高质量发展的要义就是追求为用户提供“好用”的系统，而不停留于过去“能用就行”的粗放时代。

温控，普遍应用于机器的控制，在注塑、挤出、吹瓶、吹膜这类加热成型的制造领域而言至关重要，同时、像单晶拉制、扩散、PECVD等光伏生产设备中，同样大量的应用。随着机器速度越来越高的要求，且材料的多样性、产品的复杂性都使得温度控制也变得不那么简单，同时，温控水平也关乎能源消耗-与制造企业的成本紧密相关。

优秀的温控关乎品质与效率

->高品质的产品：温控精度对于品质会有较大的影响，注塑成型里的翘曲、喷射、收缩痕等都是由于温控不佳造成的缺陷，挤出中的焦烧、吹瓶中的硬颈、底部花状瓣发白等都由于这种温控的原因造成，对于消费者来说，当然看不到这些-因为必须只能看到合格产品。但是，生产现场的人最清楚，这会造成大量的不良品带来的成本上升。

->生产效率问题：尽管温度控制属于大延迟系统，但是，对于注塑、挤出这类大规模生产应用而言，如果生产节拍过低，产能效率就无法发挥，而温度又是该类型设备的关键工艺参数，塑料行业的温度控制还需要具有高速响应能力-以应对快速的生产节拍需求。

->机器的灵活性：由于塑料加工的材料变化多样性，产品厚度、规格的变化，使得其参数应该较强的自适应，并且可以实现对不同的加热方式的自整定，以获得生产的灵活性。

->成本，节能是关键，对于塑料制品加工来说，都是属于加热成型，如何降低能耗，这里就有非常多的技能。

统温控存在的问题

很多传统的温度控制方案基本上都是在“能用”这个水平上，而对于“好用”的温度控制是贝加莱一直追求的。在热成型加工中，经常需要根据工艺需求来设定变化的温度和轨迹，而能用的温控，其控制过程往往存在温度的大过冲，这会导致超过目标温度过多，系统超温。而另一方面，低阻尼会导致系统震荡剧烈，一直在目标温度上下波动，会导致加热过程的调节时间变长并且不稳定，这两种常见的情况都是注塑、挤出等热成型加工所需要避免的。

mappTemperature控制

mappTemperature是属于贝加莱mappControl中闭环控制模块之一，基于贝加莱在塑料、印刷、包装、光伏工业多年的积累，积淀丰富应用经验而开发的专业软件组件，它有较强的适应力。

图1-mapp的温度控制模块结构

在mappTemperature中设计了几个环节来使得其变得“好用”，能够带来效率、稳定性、品质、能耗、易用性方面的提升。它通过构建物理对象模型，并经由参数整定算法，为PID控制器、前馈、滤波、温度设定轨迹来提供最优参数的获取，并控制信号输出来确保对象的响应以达到最终设定的目标。

1.设定温度轨迹生成的策略

对于塑料工业的温控来说，为了获得更好的能源分配，必须在不同的阶段（如加热、保温、冷却）给予不同的温度来降低不必要的能耗，这种会让设定值发生变化，传统PID容易产生过冲，贝加莱通过温度的轨迹曲线生成，系统会沿着如图2所示的斜坡来加热，以获得稳定的输出。

图2-同步加热斜坡

这种实时斜坡跟随能力，使得系统获得无超调的卓越性能，保障所需的工艺控制精度，确保品质。

2.前馈控制-关乎效率

由于PID控制会有超调，引入了温度限幅但又会使得系统输出控制能力得到压缩，因此，需要增加前馈环节来提升响应能力。对于贝加莱温度控制而言，引入前馈控制，并在设定温度发生变化时，前馈输出可迅速叠加PID输出，提升前期响应速度。但是对于前馈控制而言，有效的模型识别可以获得更精准的前馈所需的参数，对于前馈环节，贝加莱可以通过mappTemperature的自整定来获得。

3.卡尔曼滤波

对于温度的反馈而言，通常包含了干扰，这些干扰会造成PID频繁调节，而通过卡尔曼滤波可以有效降低其调节的频次，即，不要对所有的干扰太过敏感。

图3-贝加莱高精度高速温控

mappTemperature的整定也包含对Kalman滤波参数的识别获取，以更有效的评估反馈信号的有效性，平衡稳定性与快速响应的矛盾。

4.易用性问题

工程师为机器配置不同的温度控制模块，无论是单通道、 多通道、不同的工艺类型下，其应该有便捷的开发过程，尽量减少编程，而采用配置的方式来实现，在Automation Studio中的温度控制即可实现这样的快速开发，并与HMI有良好的交互接口，使得快速以直观方式呈现。

mappTemperature与其它mapp模块一样可以根据应用配置、连接到不同的控制系统中，与配方管理模块（mappRecipe）、报警（mappAlarm）、mappVIEW的曲线显示形成边界的软件连接。

图4-mapp温控画面设计

并且，mappTemperature有非常高的灵活度，让工程师来配置相关的参数，包括加热冷却、热电偶类型、温区组别、保护温区、控制器参数资识别、加热电流可测量、显示界面的可配置。

节能有技术 

对于包含加热与冷却系统的温控而言，尽管看上去温控的目标是达到的，但是，由于加热与冷却对冲带来的“内耗”无法被有效控制，而导致了其间的能源消耗无法被有效控制，而贝加莱的温控对此予以策略性实现，即，通过对加热和冷却的变化率影响获得占空比的差异，进而有效的调节，从而消除这种内耗带来的能源消耗。

->分段加热-软启动能力

mappTemperature中有一种预编程的功能，称为软启动，它可以一键式实现机器组件的平稳加热，从而最大程度地减少加热元件的疲劳度 。均匀加热可减少机械应力，并且有利于机器中的液体残留物进行受控蒸发。

由于软启动功能避免了以最大功率操作和加热元件，因此获得了节能效果。

->负载同步加热

塑料工业被控对象通常包含多个温度的情况，各个温区负载大小不同，加热时间不同，负载同步加热可以让各个负载同时达到设定温度，避免有的温区先到达了设定温度，但相邻温区还在加热中，会对其温度稳定造成影响。

->无忧切换

有加热和冷却的系统，加热和冷却同时工作存在“内耗”，在一些系统中，虽然看上去你达到了温控目标，但是，你可能并没想到这个目标是较高内耗达成的，贝加莱的温度控制同样有巧妙的策略来消除这种内耗，细节往往在看不到的地方。

工程师的智慧必不可少

很多时候，人们似乎更喜欢所谓的“高科技”、认为越是前沿的东西就越先进，但是，制造业更需要的是静下心来不断打磨产品的工匠精神。他们总是在现场，与机器打交道、与各种材料、各种千奇百怪的客户需求打交道，不断的测试，进而形成了他们对于机器的理解，对于工艺的理解，成为一个专家。

专家，在贝加莱不但能解决问题，还能把这种经验通过建模的方式，形成应对各种变化的模型，进而通过软件的模块化封装成为可被广泛客户应用的模块—所谓工业软件，正来自于此，来自于这些在一线的工程师，他们的辛勤、他们的智慧、他们为产业的付出。

贝加莱的模块何止于一个温度控制，这一切来自于广泛的行业一线经验积淀、专业的软件工程封装、客户中心的服务精神。

温控-从来都不简单！不简单的是工程师的智慧！

作者：贝加莱技术传播经理  宋华振

时间：2022-03-17

首发：贝加莱官方服务号