单螺杆塑料挤出机温度自动系统分析

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摘要：目前，塑料作为重要的工业原料，在工业生产中得到了广泛的应用。近年来我国的塑料机械工业发展迅速，单螺杆塑料挤出机的性能得到了较大的提升，鉴于温度控制对于塑料挤出制品的质量有很大关系，本文对塑料挤出生产中的温度自动控制系统进行了简要分析。

关键词：挤出机；温度自动系统；PID算法；PCL软件

1.传统PID算法和模糊PID算法

在控制工业过程中，最先使用的算法是PID（Proportional， Integral and Differential）控制算法，现在仍是最常用的控制策略之一。尽管在现代科技发达的社会不断更新技术，但PID控制器仍受人们欢迎，因为它结构简单、鲁棒性好且可靠性高。

1.1 PID控制算法的传统理论

PID控制器属于线性控制器，它是用来估计“过去”、“现在”和“未来”信息的简单控制算法。PID控制器根据给定值与实际输出值存在的偏差，把偏差按一定比例、积分、微分通过线性组合组成控制变量，控制所需控制的对象。PID控制器的控制规律可表示成

在这个公式里，e（t）=r（t）―y（t）和Kp代表比例系数，Tl代表积分时间常数，Td代表微分时间常数。这是我们在各种文献中常见的公式。

比例作用，能及时成比例的反应控制系统的偏差信号e（t），能以最快的速度对其进行控制，让偏差趋向于零。一旦产生偏差，控制器即刻控制来减小偏差，若e=0，说明控制为零，所以，只有存在偏差，才能使用比例来对其进行控制。比例控制是有差调节。

积分作用，用来保证被控值y稳定状态下对设定值r的无静差跟踪，用来消除静差的存在，提高系统的准确度，积分时间常数Tl控制积分作用的强弱，Tl越小，积分作用越强，反之。

微分作用，用来提高闭环系统的稳定性和动态响应的速度。它可以显示出偏差信号的变化速率，并在偏差信号值发生大规模变动时，对系统信号进行及时的修正，从而加快其运行速度，减短调节时间。

1.2模糊PID控制方法

PID控制率控制方法存在一定的局限性，例控制量u仅仅靠误差信号的比例、积分和微分的简单相加来常数。模糊PID控制的思想是把模糊控制和传统PID控制器结合起来。它用模糊规则对其推理，查对模糊矩阵表，对其调整。极性与大小是参数调整的组成部分，识别机构需要拥有大量的系统信息，还需确定模糊自定义PID控制空间广阔。总结工程技术人员的技术与实践经验，采取适当的模糊规则表，拥有相应的比例系数Kp、积分系数Kl和微分系数Kd，这是模糊控制设计的核心任务。高档的模糊PID控制器都把自身和传统技术相结合，让系统满足工程的快速响应和无静差需求条件。

模糊控制有一些独特的特点：不用了解被控对象精确的数学模型、它能全面地反映出人类智慧思维、很容易让人们接受并且其构造简单、鲁棒性好等。当然它也有缺点：稳态精度欠佳。所以，我们要对其进行改进，使模糊PID控制器的智能化能很好地跟随对象变化，提升整个系统的动态品品质。

2.挤出机温度控制系统硬件的设计

我们可以从对料筒、螺杆等方面采取措施对挤出机温度结构进行改进，来实现较好的传热效果；还可以选用高档的温度测量仪与温度控制方案；或去除系统额外的热量通过工艺上的技巧。下面简单介绍一下如何进行温度测量并设计合理的测量方案。

首先分析基础及温度的测量，我们无法直接测量温度，所以只能靠温度传感器或可以到热的物体与其进行热交换，再通过测量温度传感器或其它物体的温度来获知被测物体的温度。然后分析温度控制器的选择，现在，温度控制器利用工业控制计算机、专用温控仪器和PLC等技术，用PLC编制的挤出机控制器的特点是可靠性高、抗干扰性强；功能完善、组合灵活；编程简单；便于安装和维修。还有选取加热执行器得的要求，现在挤出机上大多安装的是电加热，电加热可分成电阻加热与电感加热两种。两者相比，电感加热具有受热均匀、温度梯度小、加热时间段等特点，它加热性能高、损耗热量小，比电阻加热节约30%的电能。最后选择冷却方式，在挤出机工作时会摩擦生热，导致所产出的热量多余所需热量，这将使所塑物温度过高，最终影响其塑化效果。所以，要适当把握加热时间，避免多余热量影响塑化效果这种现象的发生。在紧要时刻，还要对其进行冷却。可设计一个单独的风机，在热量超额时，启动电扇对其进行冷却。

3.PCL软件设计及实现

3.1 PCL设计的控制原理

尽管模糊PID控制是一种新的理论，但其所用方法仍是一般的方法。

工作原理：首先PLC接受所测原件的检测信号，并将它转化为数字信号，该过程是在内部实行的A/D转化。它是PCL把所接受的信号扩大取得的。还有，设定值也是在内部转化成相应的数字信号。最后计算偏差，并把数据模糊化。建立一个数值域的模糊集和隶属函数，其中PCL再将其进行转化，这就是模糊化的实质。

3.2模糊PID控制的PCL实现

数值计算实现，这里的运算包括偏差变化和偏差的计算、查询表格所需存储地主的计算。看上去这和PLC的改进和顺序控制等功能相矛盾，其实PLC的运算功能很容易实现。

例如：加法指令+（400）带符号 无CY BIN加法运算。只要注意执行指令时，把ER标志放于OFF位置；若加法的运算结果是0000Hex，=标志是ON；若加法运算有进位，那么进位（CY）标志是ON；若正数与负数相加的结果是负数，OF标志是ON；若负数加正数的结果是正数，那UF标志是ON；若加法运算结果最高位是1，那N标志是ON。

类似的运算还有：加法指令 +B（404）无CY BCD加法运算、减法指令 -（410） 带符号 无CY BIN减法运算、乘法运算 *（420）带符号 BIN乘法运算、除法指令/（430）带符号BIN除法运算还有清除进位CLC（041）。

4.结语

单螺杆塑料挤出机在挤出生产的过程中每个阶段的温控精度都会影响到产品的成型效果，所以温度自动控制是影响挤出产品质量的一个重要的因素。本文对于单螺杆塑料挤出机温控系统的控制原理以及软硬件的设计使用进行了简明扼要的分析，

参考文献：

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[2]李公生，渠基元，张志，于敏晶.具有自调节复位功能的挤出机温度控制系统[J].数字石油和化工.2009（07）

[3]文科星.智能PID算法的研究及其在温度控制中的应用[D].东华大学 2009.