关键词：温度控制器 成型系统 塑料机械
1 引 言
塑料制品在生产生活中*处不在,对应的塑料生产设备也多种多样,由于塑料的物理化学特性是由加工过程中的“三要素”决定的，即“温度、压力、时间”中的3个参数如配合不当，是难以达到期望的理化性能的，其中温度这个参数是*重要的，因此大多数塑胶制品设备都离不开温度控制器。下面以塑料挤出机为例介绍台达温控的应用. 塑料挤出机有单螺杆式和双螺杆式之分, 主要用于挤制软、硬聚氯乙烯、聚乙烯等热塑性塑料之用，与相应的辅机（包括成型机头）配合，可加工多种塑料制品，如膜、管、棒、板、丝、带电缆绝缘层及中空制品等。塑胶挤出机如图1所示，*台挤出机使用多个DTA温控器控制加热，并且每个加热器上�*杂ε渲昧�*组散热风扇或者水冷装置以调节温度，图2和图3示出了各种各样的台达温度控制器。
图1 塑料挤出机
图2 温度控制器（1） 图3 温度控制器（2）
2 塑料加工的温度控制
基于塑胶原材料特性，要求被控制的温度不能超过设定温度正负2摄氏度，温度过低挤出口出料不畅，造成前端挤出机构负载过大；温度过高则可能改变原料特性导致在制品报废。现场观察表明，如果控制方式选择较为容易操作的ON-OFF方式，会造成大幅度的振荡，如图2所示，控制温度将产生上下至少3度的误差，因此，简单开关控制方式是不可取的。 *般选择PID控制方式，但是要注意，如果使用通常的自整定方式来取得P、I、D值反而会造成精度误差更大，原因是DTA温控器不支持双输出的功能，所以只可单选加热，挤出机上方配备的冷却风扇则是利用DTA的警报输出来触发,作为冷却输出。而DTA 的自整定，必须在自然冷却或者冷却方式相对恒定的环境下进行，而利用警报来做冷却控制,实际已经变成突发事件,超出正常情形，这样会造成降温时间及振荡周期变短，如I值对应为（振荡周期/2），则I值因此会变小，将造成更加剧烈的振荡。
图4 开关控制与PID控制的比较
在参数整定过程中应注意：（1）不使用自整定，手动输入P、I、D值，因为P、I、D三个参数在出厂时已调整为默认值，P=47.6，I=260，D=41，可能造成加热速度较慢，但控制的精度也将相对地提高，只要不是在温度变化急剧的环境中（ 5秒中变化100度），该出厂值是可以达到控制要求的。值得注意的是该设备以出厂设定值即可达到所需工况的要求，反倒是执行自整定往往得到不正确的参数，造成温度的上下振荡。如果加快温度上升的速度，应适当将P值调小。.（2）塑料设备上冷却速度非常慢，所以超温时利用警报输出来触发风扇加速冷却，注意DTA中使用警报径行风扇冷却，须将ALARM范围设定的较大（如，在超出4度时才执行），因为除非异常情形，平时温度是不易超出该范围的，如果ALARM设定过小（比如1度），超出设定值会造成冷却速度太快，也会产生温度振荡。
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3 PID控制与参数调整
控制器的P值其实就是比例控制增益，I值对应积分时间（Ti），D值对应微分时间（Td）。P值指的是比例增益（如图4所示），若是P设定为20，SV（目标温度）设定为150度，在150-20=130度之前，输出将以全输出的方式来执行控制，所以若是将P值调整的太小，将会产生温度加热过高的情形。出厂值P为47.6，若欲达到温度为100度，则在100-47.6=52.4度时即加上比例控制输出量，所以除非加热速度很快，否则不会造成上下振荡的情形。
根据自动控制原理，控制器输出量是P、I和D参数及系统误差e的函数，而e = PV（系统输出值） ? SV（系统设定值），当系统输出值温度等于系统设定温度时，系统误差e值即为零，此时P控制中即*输出量，P*输出量是*法将温度*直保持在设定值的，此时便需利用积分I控制来执行补偿的动作。I值指的是积分量，输出量=P量+I量+D量，但当未进入比例控制时，是不执行I控制的，因这时系统已是全输出状态，I量是*法再增加上去的。
图5 PID控制的输出响应
如图5所示，积分动作触发时机为温度先由上升至反转下降的时候，在加热开始时，原本温度即会产生超调的现象，若是该时刻再增加积分量，那么温度也就超过得更多了。因此当启动积分动作时，Ti值愈小积分量愈大，反之，Ti值愈大则计算的积分量则愈小。因此出厂的I默认值为260，是为避免积分量太大造成加热温度过高。
图6 积分调节的响应
如图7所示，I值的是由（周期时间/2）计算取得的，塑机中的温度下降速度（不启动风扇）是相当缓慢的，所以I值将相当的大，但可利用风扇加速风扇的冷却，此时周期时间将大大缩短，I值相对地也大大地变小了，于是振荡情形会更加剧烈。
图7 积分调节产生的振荡情形
D值指的是微分量，当系统温度产生变化时，将启动D量控制。若在加热系统中，温度快速下降，此时U（输出量）=P量+I量+D量，相反若系统中温度快速上升，此时U（输出量）=P量+I量-D量，因此D量是�*纯刂莆露燃本绫浠保怪鞒隹焖俜从σ约跎俸蜕瓒ㄖ档奈蟛睢值愈大时，反应速度愈快，反之，D值愈小，反应速度愈慢，如图8所示。如果D值设定过大，只要温度*产生变化就作出快速反应，反倒可能造成振荡，若D值设定非常大时，只要温度略有变化系统输出会急剧改变，甚至产生发散现象而*法控制。
图8 微分调节时的系统响应
4 结束语
上述粗略讨论了台达温度控制器在挤出机中的应用，归纳起来在使用中值得注意的有以下方面：使用 DTA中的警报输出作为冷却控制，执行自我整定（Auto Tuning）的动作所测得的PID值是不正确的；在执行自整定的系统中，建议先整定功能，如控制效果不好才以手动调整PID参数；。出厂时的PID参数适用于大部份的系统，系统能稳定运行，但到达设定值的时间略长；OMRON控制中是全输出方式，当温度超过设定值1-2度即启动风扇急速降温，因此温度会振荡，风扇启动频繁，会增加能源消耗；DTA的PID控制中，温度*般在设定值容许范围内变化，风扇几乎不动作，在系统运行中因原料的流动，可控制在正负2-3度的范围内。由于DTB和DTC系列中因提供双输出功能，可直接执行整定功能，或直接以出厂的PID值运行，同样可达到正负2度的精度要求。
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