电缆生产中塑料挤出机温度控制系统研究

电缆生产中塑料挤出机温度控制系统研究
摘要:本文主要对于电缆生产中塑料挤出机温度控制系统进行分析,提出利用S7-300实现单参数模糊PID温度控制的设计思想,对于提高系统的可靠性和抗干扰能力具有一定参考意义。

关键词:电缆生产挤出机温度控制模糊PID控制系统组成单参数模糊PID温度控制系统在挤出机中的应用,其采用PLC作为温度控制系统的核心,克服了以往仪表控制的单回路调节器的缺点,同时利用PLC逻辑控制器的优点,与输入、输出信号通过简单的编程实现连锁,可以对各种情况及时做出反应,使控制系统更加稳定可靠。

1 挤出机温度控制的特点
在线缆的生产中,挤出机温度的控制在生产过程中的众多因素中,是一个最为关键的控制量。

温度不但对产品的质量有最直接的影响,而且对加工稳定性、设备的耐用性等都有影响。

如果挤出温度过高,不仅物料有可能产生热降解或局部热降解,得不到合格的产品,使加工过程不易控制,能耗增加,效率降低。

而挤出温度太低,会加剧螺杆与料筒的磨损,加重驱动系统的负载,甚至直接带来零部件的致命损伤。

而一般温度控制不是十分稳定,会使挤出量出现波动,从而使产品的质量无法稳定。

但是,在挤出过程中影响温度的因素却又相当复杂。

这就给对温度的精确与快速控制带来很大的困难[1,2]。

因此,在很多情况下,挤出过程的温度控制在很大程度上依赖于操作人员和工程师的经
验来进行调整。

2 硬件组成
中央处理单元(CPU)采用CPU315-2DP,带有个MPI接口和PROFIBUS接口,可以连接编程器、PC机。

数字输入模块选用SM321,D132×24VDC,数字量输出模块选用SM322,D032×24V/0.5A。

模拟量输入模板选用SM331,A18×12bit,参数可通过模板上的量程模块和用STEP 7设定;通道按两路一组划分,每次只能给一组通道设定参数;输入的热电偶可以是类型N、E、J、K、L。

同时可以通过STEP7设定温度补偿,其可以用内部补偿,也可用外部补偿,外部补偿比内部补偿更精确。

本系统中温度传感器选用J型热电偶,其测量范围适中,线性度较好。

相应的S7模拟输入模板上的量程模块置于位置于”A”。

温度补偿方式采用内部补偿。

输出控制电路是通过固态继电器(SSR)调整功率法完成温度控制。

3 工作原理
S7-300PLC温度控制系统是一个闭环反馈控制系统,温度传感器(热电偶)检测到的料筒、机身和机头温度信号,送给温度模块。

PLC从温度模块中读取温度值PV与设定温度SP进行比较,得到偏差
e(t)=SP—PV。

如果存在差值,就要对此偏差e(t)按单参数模糊PID算法进行修正,求得相应的控制量mv,去控制固态继电器的通断时间,调节电加热器的加热功率,从而实现对料筒机身和机头温度的控制。

在PID控制中,控制器系数的整定和自适应问题,是提高工业过程控制品质的关键。

因而将模糊控制和PID控制两者结合起来,使其既具有模糊控制的灵活和适应性同时又具有PID控制的精度高的特点。

一般情况下,PID控制器须对PID三个参数进行调整才能得到较好的控制效果,但在实际过程中,要对PID三个参数进行整定,其规则难以确定,实施较为困难。

这种PID模糊控制器分两步整定PID参数。

第一步,初始PID参数的整定:先测定被控对象参数的粗略值,再按对象的可控率为对象分类,同时利用初始值整定规则确定PID的初始值;第二步,PID参数的在线整定,监控控制系统的响应过程,识别控制指标,将其模糊化,结合用户的期望、控制目标类型、对象参数等,运用模糊推理自动进行PID参数的在线整定。

因为控制对象具有相同的特性,根据一阶传递函数的待点及PLC 的编程方式,我们先对PID的初值进行设定,利用STEP-7对数据块的设定提前预制。

步骤如下:
3)确立模糊控制的隶属函数,在该系统最关心的控制指标是超调。

根据系统的特性便可确定单参数调整规则,对超调量这一指标而言,控制器只调整一个参数,因为较、对超调量影响最大。

在单参数模糊PID 控制器用五个模糊集反映超调量即,PB:正大,PS:正小,ZO:零,NS:负小,NB:负大。

针对不同的控制指标,对规则的类型进行归类可以提高推理的效率减少编程难度。

(4)上述的结果再代入表中查出修正系数,查出的系数代入下列公式进行计算。

通过对规则的结果处理、查表和运算对P、I、D进行模糊处理再带入S7中的PID模块进行PID控制使固态继电器按比例通断达到控制温度的目的。

4 系统的控制软件
软件的控制程序包括读模拟输入量程序,PID参数的模糊化处
理,PID控制程序,温度报警程序四个功能块。

读模拟输入量程序块,把模拟输入模块输入量的读值,转变为实际温度值并顺序存入数据块,模拟输入模块的起始地址、通道数、存储数据号及数据在数据块中的存储起始位置均是可变的。

在温度模块中,一个数字量代表测量值0.1℃。

参数自整定块根据前面介绍的方法整定出三个参数传递给PID控制器CONT_C(功能块FB41),CONT_C输出值送给PLUSE_GEN(功能块FB43),PLUSE_GEN输出为控制固态继电器的脉冲信号。

温度报警程序控制测量温度大于上限值或小于下限值时,分别置位上限或下限报警标志,进行声光报警。

采样和控制周期由0835进行设置,对于PID的初始值利用背景数据来完成存储,OB100完成开机时的PID初值的设定。

5 结语
利用S7-300实现单参数模糊PID温度控制,改变以往利用分离温控仪表控制挤出机温度的模式,使温度控制集中统一、易于操作,同时提高了系统的稳定。

模糊控制理论的应用提高了控制的精度,改变传统固定PID参数在温度控制中的不足。

该系统投入运行后,各项性能指标有较大提高,温度超调不超过3℃,静差小于±1℃,提高了系统的可靠性和抗干扰能力;同时,良好的操作界面,使操作人员可以在较短时间内掌握整个操作过程。

参考文献
[1]杨鹏,臧春华,魏立峰.PLC在挤出机温度控制中的应用[J].微计算机信息,2007,23(28).
[2]陈作炳,余鹏程,刘军,等.基于模糊理论的塑料挤出机温度控制系统[J].塑料工业,2004,32(9).。