一、引言

在塑料制品的生產(chǎn)過程中，溫度控制是至關重要的環(huán)節(jié)。擠出機料筒及機頭的溫度精確控制不僅關乎產(chǎn)量的穩(wěn)定性，更直接影響到塑料制品的質量。當前，我國大部分經(jīng)濟型塑料擠出機的溫度控制系統(tǒng)主要采用分離儀表控制和PLC集中控制兩種方案。然而，這兩種方案均存在一定的局限性和不足。分離儀表控制雖然價格低廉，但對各分離單元單獨進行控制，無法實施綜合控制，導致溫度波動較大，影響塑料制品的加工質量。而PLC集中控制雖然能實施綜合控制，但實現(xiàn)難度大，且當溫區(qū)數(shù)量增多時（尤其是超過8個溫區(qū)），難以保證高精度的溫度控制。

針對上述問題，我們提出了一種新的解決方案：采用多回路PID溫度控制智能模塊為核心，匹配低級別PLC構建塑料擠出機的溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有硬件簡單、控溫精度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，具有較高的實用價值。

二、系統(tǒng)配置及功能

傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)主要采用分離儀表控制和PLC集中控制兩種方案。其中，分離儀表控制方案雖然價格低廉，但功能受限，無法實施綜合控制；而PLC集中控制方案雖然能實施綜合控制，但實現(xiàn)難度大，且當溫區(qū)數(shù)量增多時難以保證高精度的溫度控制。

因此，我們采用了一種多回路PID溫度控制智能模塊為控制核心構建擠出機的溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以深圳市欣晟自控科技有限公司研發(fā)的4回路PID溫度控制智能模塊為核心，匹配低級別PLC構建。該模塊每回路均帶有獨立的加熱、冷卻開關量輸出，因此只需要配置4個模塊。各模塊可獨立的控制對應回路的溫度值，CPU只需通過現(xiàn)場總線就可以輕松的控制各回路的啟閉及獲取各回路的當前溫度、設定溫度值。因此CPU可采用西門子的低檔系列S7-200的CPU-226，系統(tǒng)硬件和軟件大大簡化，系統(tǒng)的價格大幅下降（僅為原系統(tǒng)價格的三分之一），系統(tǒng)的控制精度、可靠性、穩(wěn)定性大幅提高。

此外，該模塊還具有1500V電氣隔離的24VDC輸入接口、四路獨立隔離的熱電偶輸入、四組獨立隔離的晶體管或繼電器開關量輸出、支持MODBUS/RTU協(xié)議的RS485隔離通訊口等優(yōu)秀的電氣性能。通過與支持MODBUS現(xiàn)場總線協(xié)議的上位機連接最大可擴展從機128個，即實現(xiàn)512個溫區(qū)的控制。值得一提的是該控制模塊的PID算法是針對純滯后、大慣性對象而開發(fā)的模糊自適應PID控制算法，非常適合塑料螺桿擠出機、吸塑機、注塑機等機械的多溫區(qū)精確控制。

三、工作原理與溫度控制策略

四回路的PID溫度控制智能模塊可以看做是四個獨立的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。在一個采樣周期內(nèi)， 溫度傳感器（熱電偶）將檢測到的料筒與機頭溫度信號PV，與設定值SV 進行比較，得到偏差e = SV—PV。結合所給的P、I、D 參數(shù)和溫度控制策略進行PID運算得出控制輸出值，經(jīng)過脈寬調制，最后得到繼電器在一個采樣周期中的導通時間。通過控制繼電器在一個采樣周期中的導通時間即可控制加熱器的加熱時間，或者冷卻風機的工作時間，從而達到精確控制溫度的目的。四個回路獨立工作，互不干擾，具有極高的穩(wěn)定性和可靠性。

多回路PID溫度控制智能模塊采用多種溫控策略，包括比例調節(jié)、微分調節(jié)和積分調節(jié)。根據(jù)不同的溫度范圍，采用不同的控制方式，以加快響應速度、避免積分飽和、減少超調量和波動。模塊還具有自適應功能，可根據(jù)實測溫度自動整定參數(shù)。