許志勝
( 大連三壘科技有限公司缸兔, 遼寧 大連 116024 )
摘要:本文主要針對擠出機(jī)的溫度控制系統(tǒng),通過可配置多路溫度控制器吹艇,詳細(xì)說明了多路溫控器在擠出機(jī)溫控系統(tǒng)的優(yōu)勢惰蜜。并通過在 SJ-120×33/90×33 單螺桿共擠機(jī)組的應(yīng)用,完整闡述了其溫控的工藝原理受神,系統(tǒng)構(gòu)成和控制要點(diǎn)抛猖。
關(guān)鍵詞:溫度控制器;擠出機(jī)路克;PID
0 引言
溫控器的發(fā)展經(jīng)歷了自動化樟结、信息化的歷程养交,目前已經(jīng)快速進(jìn)入智能化的前進(jìn)方向精算,產(chǎn)品形態(tài)也從采用單表控制、通用PLC編程實(shí)現(xiàn)溫度控制碎连、PLC+模塊溫控器到最新的可配置多回路溫度控制器灰羽。擠出機(jī)的核心是溫度控制,在擠出塑料的過程中鱼辙,螺桿和塑料物料之間的相互摩擦?xí)a(chǎn)生較大的熱量(摩擦熱)廉嚼,同時相鄰加熱區(qū)互相影響等因素,給溫度恒定和精度帶來了困難倒戏〉≡耄可配置多回路溫度控制器能夠切實(shí)滿足復(fù)雜溫度控制系統(tǒng)的需求,在擠出機(jī)上的應(yīng)用杜跷,具有絕對的優(yōu)勢傍念。我們通過其在SJ-120×33/90×33單螺桿共擠機(jī)組的應(yīng)用矫夷,完整闡述其溫控的工藝原理,系統(tǒng)構(gòu)成和控制要點(diǎn)憋槐。
1 SJ-120×33/90×33 單螺桿共擠機(jī)組溫控特點(diǎn)和方案比較
1.1 擠出機(jī)的溫控特點(diǎn)
SJ-120×33/90×33單螺桿共擠機(jī)組是最新的高速PP/PE/PVC雙壁波紋管生產(chǎn)線的擠出設(shè)備双藕,如圖1所示,整套生產(chǎn)線包括擠出機(jī)阳仔、成型機(jī)忧陪、冷卻水箱,切割機(jī)等近范。
圖 1 高速 PP/PE/PVC 雙壁波紋管生產(chǎn)線
(1)溫度控制回路較多嘶摊,擠出機(jī)SJ-120×33有18路溫度控制回路,SJ-90×33有14路溫度控制回路评矩。正常工作時擠出機(jī)的溫度很高更卒,一般都在180℃以上,預(yù)熱時間一般都在4h左右稚照。當(dāng)溫度穩(wěn)定后蹂空,擠出機(jī)進(jìn)行生產(chǎn),生產(chǎn)時要求的溫度精度通常為±1℃果录。
(2)加熱回路分機(jī)筒和模具兩個部分上枕,機(jī)筒冷卻方式是風(fēng)機(jī)冷卻,模具是自然冷卻弱恒;同時加熱過程中辨萍, 中間回路溫度發(fā)生變化時,會影響相鄰?fù)ǖ赖臏囟确档卦斐蓪?shí)際溫度的波動锈玉,因此溫控器PID算法一定要精準(zhǔn),同時要有雙 PID加熱冷卻控制和單PID加熱控制义起。
1.2溫控系統(tǒng)可選方案的比較
通過引言里介紹拉背,目前擠出機(jī)在溫控的方式上,一般有4種方式默终。通過表1椅棺,我們能夠看到,在控制回路數(shù)目多齐蔽,工業(yè)協(xié)議信息化两疚,有智能化自診斷要求的應(yīng)用場景中,在成本含滴、組態(tài)诱渤、維護(hù)、控制精度等綜合指標(biāo)上谈况,可配置多路溫控器有絕對的優(yōu)勢勺美。
表 1 四種方式的比較
2 擠出機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成和溫控器特點(diǎn)
2.1系統(tǒng)構(gòu)成
此套擠出機(jī)系統(tǒng)可分為2個獨(dú)立的擠出機(jī)設(shè)備分別進(jìn)行控制鞋吉,2個PLC和觸摸屏通過 Ethernet/IP總線通訊,PLC和多回路溫控器通過RS-485通訊励烦。本系統(tǒng)選擇方案配置為:歐姆龍CP1H-E×2+NB10W+若干多路溫控器谓着。見圖2。
圖 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖
2.2可編程多路溫控器的特點(diǎn)
本系統(tǒng)使用國產(chǎn)可配置多路控制器坛掠,圖3為其中一款的接線圖赊锚。目前,多路溫度控制器是基于智能化屉栓、信息化舷蒲、高集成度、高可用性的需求友多,設(shè)計推出了很多全新的產(chǎn)品牲平,可以在復(fù)雜的溫度控制領(lǐng)域,尤其在擠出機(jī)上能夠有效降低客戶的組態(tài)域滥、安裝纵柿、維護(hù)等產(chǎn)品的周期成本;可以為客戶提供快速的安裝启绰、安全可靠的啟動昂儒。最少的停機(jī)時間,最大限度提高了產(chǎn)品性能和生產(chǎn)效率委可。一般溫控器支持以下特性和功能特點(diǎn):
圖 3 多路溫控器接線圖
(1)支持多種工業(yè)總線協(xié)議及以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議渊跋,如EtherNET/IP、EtheCAT着倾、ModbusTCP拾酝、ModbusRTU、CANopen卡者、Profinet等蒿囤;
(2)智能自診斷,錯誤的顯示虎眨,上報信息蟋软,診斷及信息服務(wù)镶摘;
(3)PID精確的算法嗽桩,具有高精度、無超調(diào)凄敢、節(jié)能特性碌冶;
(4)支持雙PID加熱冷卻控制和單PID加熱控制;
(5)可自整定涝缝,支持多回路控制分組扑庞;
(6)受控制的啟動過程譬重;
(7)傳感器故障輸出功能及自動恢復(fù)控制;
(8)自動/手動切換罐氨;
(9)在線校驗(yàn)臀规,測量值修正。
3 擠出機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)和溫控關(guān)鍵點(diǎn)
3.1擠出機(jī)性能指標(biāo)
擠出機(jī)的性能指標(biāo)主要有以下2個:
(1)熔體壓力:根據(jù)原料的不同栅隐,PP/PE/PVC要求的熔體壓力也不一樣塔嬉,一般范圍在15~35MPa,精度要求±1MPa. 壓力過高會降低生產(chǎn)效率租悄,增加能耗比谨究,而且會造成模具漏料,設(shè)備損壞泣棋;壓力過小則制品不利于成型胶哲,浪費(fèi)原材料。壓力的高低和原料及機(jī)筒螺桿有關(guān)潭辈,同時和溫度也有很大關(guān)系鸯屿,溫度對壓力是可控的。
(2)熔體溫度:熔體溫度一般不超過230℃把敢, 超過此極限碾盟,材料的熱降解嚴(yán)重,影響管材的質(zhì)量技竟;溫度過低冰肴,物料塑化不好,成型產(chǎn)品表面粗糙榔组。熔體溫度的控制精度要求±5℃熙尉。這就要求溫控精確,越精確管材質(zhì)量越好搓扯。
3.2溫度控制關(guān)鍵點(diǎn)及難點(diǎn)
擠出機(jī)控制的關(guān)鍵點(diǎn)在于主機(jī)速度的穩(wěn)定及熔體溫度的精確检痰。這里主要闡述熔體的溫度控制。熔體溫度的控制精度锨推,主要在三個方面:一方面取決于溫度采集的精度铅歼,即PID反饋信號的精度,本例擠出機(jī)所采用的多回路溫控器為PID加自適應(yīng)模糊邏輯Ziegler Nichols算法换可,具有高精度椎椰,特征分辨率在0.1℃;另一方面取決于執(zhí)行器的響應(yīng)時間沾鳄,響應(yīng)越快慨飘,精度越高,本例多路溫控器為20ms采樣周期,速度為毫秒級瓤的;第三個最重要的因素是閉環(huán)控制的PID參數(shù)是否合適休弃。合適的PID能夠保證超調(diào)小,進(jìn)入穩(wěn)態(tài)速度快圈膏,偏差兴;前2個因素為客觀因素稽坤,第3個因素為主觀因素桥帆,由調(diào)試者設(shè)定PID參數(shù),這也是擠出機(jī)控制的難點(diǎn)慎皱,本例溫度控制器支持2種PID自整定方案老虫,支持多回路控制分組和耦合關(guān)系的設(shè)定,整定出合適的PID參數(shù)操作簡單茫多。
擠出機(jī)的難點(diǎn)在于相鄰加熱區(qū)互相影響溫度祈匙,機(jī)筒螺桿剪切熱對溫區(qū)影響及冷卻風(fēng)機(jī)對溫區(qū)的影響。
擠出機(jī)溫度控制區(qū)的溫度反饋天揖,一般采用的是2線制K型或J型的熱電偶進(jìn)行測量夺欲。見圖4。
圖 4 擠出機(jī)的風(fēng)機(jī)及熱電偶
擠出機(jī)溫控分為3個區(qū):機(jī)筒區(qū)今膊、法蘭區(qū)和模具區(qū)些阅。熔體溫度控制依靠固態(tài)繼電器的導(dǎo)通控制電阻絲加熱來提高溫度。固態(tài)繼電器作為執(zhí)行器斑唬,較之普通接觸器可靠性更高市埋,且無觸點(diǎn)、壽命長恕刘、速度快缤谎。尤其是可以快速通斷的特點(diǎn),十分適合于PID控制的PWM輸出褐着。
而本文擠出機(jī)的固態(tài)繼電器導(dǎo)通是由多路溫控器的溫度PID輸出控制的坷澡。同時機(jī)筒熔體溫度還受外部冷卻風(fēng)機(jī)的影響,機(jī)筒區(qū)冷卻一般采用交流接觸器控制3相交流250W風(fēng)機(jī)直吹機(jī)筒來實(shí)現(xiàn)含蓉。作為執(zhí)行器频敛,交流接觸器響應(yīng)速度慢,觸點(diǎn)接通線圈馅扣,不宜于快速頻繁啟動斟赚,在冷卻PID參數(shù)設(shè)置要更加合理。
4 擠出機(jī)PID溫度控制系統(tǒng)解決方案及編程
4.1歐姆龍CP1H-E和溫控器通訊
CP1H-E通過歐姆龍CP1W-CIF12選件板和多回路溫控器建立RS-485通訊接口岂嗓。主站為CP1H-E汁展,從站為溫控器,一個RS-485網(wǎng)絡(luò)可以連接32個從站設(shè)備厌殉,傳送距離為50m食绿。硬件連接為屏蔽雙絞線連接電纜,同時軟件需要正確通信設(shè)置公罕,保持主站和從站通訊一致器紧。主站CP1HE軟件設(shè)置,如圖5楼眷。從站溫控器可以用自帶面板設(shè)置铲汪。
圖 5 CP1H-E 通信設(shè)置
4.2PID 自整定
見圖6,多路溫控器的自整定和溫控表類似罐柳,可根據(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境掌腰,進(jìn)行自整定。通電张吉,啟動自整定齿梁,通過幾次的溫升溫降后,會整定出合適的PID參數(shù)肮蛹,從而取得高精度的溫度控制效果勺择。根據(jù)選擇需要,機(jī)筒區(qū)加熱選擇雙PID加熱冷卻控制伦忠,模具區(qū)選擇單PID加熱控制省核。同時加熱選擇脈寬調(diào)制加熱輸出值,即通過PWM來控制固態(tài)繼電器的通斷昆码,從而實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)气忠。冷卻PID選擇開關(guān)模式,減少頻繁啟動赋咽,適合接觸器啟停笔刹。
圖 6 PID 自整定設(shè)置
在溫控器面板可以設(shè)置過程值的上下限,分別設(shè)為300℃和-20℃冬耿,同時可設(shè)置其它需要的智能診斷和報警舌菜,如加熱電流監(jiān)控,控制回路報警亦镶,斷偶報警等日月。以上溫控器的參數(shù),包括各加熱區(qū)溫度的設(shè)置值和反饋值缤骨,通過CP1H-E的讀寫爱咬,直接反映在觸摸屏上。
4.3 軟件編程
根據(jù)基本通訊協(xié)議绊起,采用ModbusRTU協(xié)議精拟,從模式通訊連接RS-485。歐姆龍CP1H-E通過軟件編程讀寫溫控器的參數(shù)。
(1)寫指令如圖7蜂绎。
圖7 寫數(shù)據(jù)程序塊
指令表述為通過節(jié)點(diǎn)1栅表,寫入數(shù)據(jù),標(biāo)準(zhǔn)的歐姆龍CP1H-E的功能碼#10师枣,地址為0040怪瓶,串口1,通過A641.00端口1開始執(zhí)行践美, 這是標(biāo)準(zhǔn)歐姆龍串口程序洗贰。通過 Ethernet/IP總線通訊,CP1H-E和NB觸摸屏變量連接陨倡,可以在觸摸屏上設(shè)置溫度敛滋、溫度最大值和最小值等參數(shù)。
(2)讀命令如圖8兴革。
圖 8 讀數(shù)據(jù)程序塊
指令表述為通過節(jié)點(diǎn)1绎晃,讀取數(shù)據(jù),標(biāo)準(zhǔn)的歐姆龍CP1H-E的功能碼#3帖旨,地址為0040箕昭,串口1,通過A641.00端口1開始執(zhí)行解阅。同理可以在觸摸屏上讀取溫度落竹、狀態(tài)和報警。
4.4 運(yùn)行效果
這套擠出機(jī)采用歐姆龍CP1H-E×2+NB10W+若干多路溫控器的控制方案货抄,已經(jīng)推出2年述召,在高速生產(chǎn)線上運(yùn)行效果良好,對擠出機(jī)的各區(qū)溫度控制精度很高蟹地,基本誤差在±0.5℃积暖,目前該方案已經(jīng)成為三壘公司的標(biāo)準(zhǔn)配置。
5 結(jié)論
可配置多路溫控器特別適用擠出機(jī)溫控系統(tǒng)怪与,從目前的擠出機(jī)4種方案來說夺刑,它具有非常大的優(yōu)勢。希望這種產(chǎn)品的研發(fā)越多越好分别,推動裝備制造業(yè)自動化遍愿、信息化、智能化耘斩,滿足客戶在成本沼填、性能與效率的持續(xù)需求。