摘 要:塑料有其獨(dú)特的物理化學(xué)特性，在塑料生產(chǎn)過程中，加工溫度是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。文中討論臺(tái)達(dá)溫度控控器在塑料加工生產(chǎn)過程中的具體應(yīng)用，以保證在復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中精確地控制原料生產(chǎn)溫度，避免溫度過高或者過低造成廢品率高的現(xiàn)象。 關(guān)鍵詞：溫度控制器 成型系統(tǒng) 塑料機(jī)械 1 引 言 塑料制品在生產(chǎn)生活中無處不在,對(duì)應(yīng)的塑料生產(chǎn)設(shè)備也多種多樣,由于塑料的物理化學(xué)特性是由加工過程中的“三要素”決定的，即“溫度、壓力、時(shí)間”中的3個(gè)參數(shù)如配合不當(dāng)，是難以達(dá)到期望的理化性能的，其中溫度這個(gè)參數(shù)是最重要的，因此大多數(shù)塑膠制品設(shè)備都離不開溫度控制器。下面以塑料擠出機(jī)為例介紹臺(tái)達(dá)溫控的應(yīng)用. 塑料擠出機(jī)有單螺桿式和雙螺桿式之分, 主要用于擠制軟、硬聚氯乙烯、聚乙烯等熱塑性塑料之用，與相應(yīng)的輔機(jī)（包括成型機(jī)頭）配合，可加工多種塑料制品，如膜、管、棒、板、絲、帶電纜絕緣層及中空制品等。塑膠擠出機(jī)如圖1所示，一臺(tái)擠出機(jī)使用多個(gè)DTA溫控器控制加熱，并且每個(gè)加熱器上都對(duì)應(yīng)配置了一組散熱風(fēng)扇或者水冷裝置以調(diào)節(jié)溫度，圖2和圖3示出了各種各樣的臺(tái)達(dá)溫度控制器。 [align=center] 圖1 塑料擠出機(jī) 圖2 溫度控制器（1） 圖3 溫度控制器（2）[/align] 2 塑料加工的溫度控制 基于塑膠原材料特性，要求被控制的溫度不能超過設(shè)定溫度正負(fù)2攝氏度，溫度過低擠出口出料不暢，造成前端擠出機(jī)構(gòu)負(fù)載過大；溫度過高則可能改變?cè)咸匦詫?dǎo)致在制品報(bào)廢?，F(xiàn)場(chǎng)觀察表明，如果控制方式選擇較為容易操作的ON-OFF方式，會(huì)造成大幅度的振蕩，如圖2所示，控制溫度將產(chǎn)生上下至少3度的誤差，因此，簡(jiǎn)單開關(guān)控制方式是不可取的。 一般選擇PID控制方式，但是要注意，如果使用通常的自整定方式來取得P、I、D值反而會(huì)造成精度誤差更大，原因是DTA溫控器不支持雙輸出的功能，所以只可單選加熱，擠出機(jī)上方配備的冷卻風(fēng)扇則是利用DTA的警報(bào)輸出來觸發(fā),作為冷卻輸出。而DTA 的自整定，必須在自然冷卻或者冷卻方式相對(duì)恒定的環(huán)境下進(jìn)行，而利用警報(bào)來做冷卻控制,實(shí)際已經(jīng)變成突發(fā)事件,超出正常情形，這樣會(huì)造成降溫時(shí)間及振蕩周期變短，如I值對(duì)應(yīng)為（振蕩周期/2），則I值因此會(huì)變小，將造成更加劇烈的振蕩。 [align=center] 圖4 開關(guān)控制與PID控制的比較[/align] 在參數(shù)整定過程中應(yīng)注意：（1）不使用自整定，手動(dòng)輸入P、I、D值，因?yàn)镻、I、D三個(gè)參數(shù)在出廠時(shí)已調(diào)整為默認(rèn)值，P=47.6，I=260，D=41，可能造成加熱速度較慢，但控制的精度也將相對(duì)地提高，只要不是在溫度變化急劇的環(huán)境中（ 5秒中變化100度），該出廠值是可以達(dá)到控制要求的。值得注意的是該設(shè)備以出廠設(shè)定值即可達(dá)到所需工況的要求，反倒是執(zhí)行自整定往往得到不正確的參數(shù)，造成溫度的上下振蕩。如果加快溫度上升的速度，應(yīng)適當(dāng)將P值調(diào)小。.（2）塑料設(shè)備上冷卻速度非常慢，所以超溫時(shí)利用警報(bào)輸出來觸發(fā)風(fēng)扇加速冷卻，注意DTA中使用警報(bào)徑行風(fēng)扇冷卻，須將ALARM范圍設(shè)定的較大（如，在超出4度時(shí)才執(zhí)行），因?yàn)槌钱惓Ｇ樾?，平時(shí)溫度是不易超出該范圍的，如果ALARM設(shè)定過?。ū热?度），超出設(shè)定值會(huì)造成冷卻速度太快，也會(huì)產(chǎn)生溫度振蕩。 3 PID控制與參數(shù)調(diào)整 控制器的P值其實(shí)就是比例控制增益，I值對(duì)應(yīng)積分時(shí)間（Ti），D值對(duì)應(yīng)微分時(shí)間（Td）。P值指的是比例增益（如圖4所示），若是P設(shè)定為20，SV（目標(biāo)溫度）設(shè)定為150度，在150-20=130度之前，輸出將以全輸出的方式來執(zhí)行控制，所以若是將P值調(diào)整的太小，將會(huì)產(chǎn)生溫度加熱過高的情形。出廠值P為47.6，若欲達(dá)到溫度為100度，則在100-47.6=52.4度時(shí)即加上比例控制輸出量，所以除非加熱速度很快，否則不會(huì)造成上下振蕩的情形。 根據(jù)自動(dòng)控制原理，控制器輸出量是P、I和D參數(shù)及系統(tǒng)誤差e的函數(shù)，而e = PV（系統(tǒng)輸出值） – SV（系統(tǒng)設(shè)定值），當(dāng)系統(tǒng)輸出值溫度等于系統(tǒng)設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)誤差e值即為零，此時(shí)P控制中即無輸出量，P無輸出量是無法將溫度一直保持在設(shè)定值的，此時(shí)便需利用積分I控制來執(zhí)行補(bǔ)償?shù)膭?dòng)作。I值指的是積分量，輸出量=P量+I量+D量，但當(dāng)未進(jìn)入比例控制時(shí)，是不執(zhí)行I控制的，因這時(shí)系統(tǒng)已是全輸出狀態(tài)，I量是無法再增加上去的。 [align=center] 圖5 PID控制的輸出響應(yīng)[/align] 如圖5所示，積分動(dòng)作觸發(fā)時(shí)機(jī)為溫度先由上升至反轉(zhuǎn)下降的時(shí)候，在加熱開始時(shí)，原本溫度即會(huì)產(chǎn)生超調(diào)的現(xiàn)象，若是該時(shí)刻再增加積分量，那么溫度也就超過得更多了。因此當(dāng)啟動(dòng)積分動(dòng)作時(shí)，Ti值愈小積分量愈大，反之，Ti值愈大則計(jì)算的積分量則愈小。因此出廠的I默認(rèn)值為260，是為避免積分量太大造成加熱溫度過高。 [align=center] 圖6 積分調(diào)節(jié)的響應(yīng)[/align] 如圖7所示，I值的是由（周期時(shí)間/2）計(jì)算取得的，塑機(jī)中的溫度下降速度（不啟動(dòng)風(fēng)扇）是相當(dāng)緩慢的，所以I值將相當(dāng)?shù)拇螅衫蔑L(fēng)扇加速風(fēng)扇的冷卻，此時(shí)周期時(shí)間將大大縮短，I值相對(duì)地也大大地變小了，于是振蕩情形會(huì)更加劇烈。 [align=center] 圖7 積分調(diào)節(jié)產(chǎn)生的振蕩情形[/align] D值指的是微分量，當(dāng)系統(tǒng)溫度產(chǎn)生變化時(shí)，將啟動(dòng)D量控制。若在加熱系統(tǒng)中，溫度快速下降，此時(shí)U（輸出量）=P量+I量+D量，相反若系統(tǒng)中溫度快速上升，此時(shí)U（輸出量）=P量+I量-D量，因此D量是用來控制溫度急劇變化時(shí)，使之作出快速反應(yīng)以減少和設(shè)定值的誤差。D值愈大時(shí)，反應(yīng)速度愈快，反之，D值愈小，反應(yīng)速度愈慢，如圖8所示。如果D值設(shè)定過大，只要溫度一產(chǎn)生變化就作出快速反應(yīng)，反倒可能造成振蕩，若D值設(shè)定非常大時(shí)，只要溫度略有變化系統(tǒng)輸出會(huì)急劇改變，甚至產(chǎn)生發(fā)散現(xiàn)象而無法控制。 [align=center] 圖8 微分調(diào)節(jié)時(shí)的系統(tǒng)響應(yīng)[/align] 4 結(jié)束語 上述粗略討論了臺(tái)達(dá)溫度控制器在擠出機(jī)中的應(yīng)用，歸納起來在使用中值得注意的有以下方面：使用 DTA中的警報(bào)輸出作為冷卻控制，執(zhí)行自我整定（Auto Tuning）的動(dòng)作所測(cè)得的PID值是不正確的；在執(zhí)行自整定的系統(tǒng)中，建議先整定功能，如控制效果不好才以手動(dòng)調(diào)整PID參數(shù)；。出廠時(shí)的PID參數(shù)適用于大部份的系統(tǒng)，系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，但到達(dá)設(shè)定值的時(shí)間略長(zhǎng)；OMRON控制中是全輸出方式，當(dāng)溫度超過設(shè)定值1-2度即啟動(dòng)風(fēng)扇急速降溫，因此溫度會(huì)振蕩，風(fēng)扇啟動(dòng)頻繁，會(huì)增加能源消耗；DTA的PID控制中，溫度一般在設(shè)定值容許范圍內(nèi)變化，風(fēng)扇幾乎不動(dòng)作，在系統(tǒng)運(yùn)行中因原料的流動(dòng)，可控制在正負(fù)2-3度的范圍內(nèi)。由于DTB和DTC系列中因提供雙輸出功能，可直接執(zhí)行整定功能，或直接以出廠的PID值運(yùn)行，同樣可達(dá)到正負(fù)2度的精度要求。