拉链挤出机的电气控制系统设计【文献综述】

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1、毕业论文文献综述电气工程及自动化拉链挤出机的电气控制系统设计摘要：针对在塑料挤出过程中温度控制的重要性，介绍了分离温度调节仪表或基于PLC的闭环反馈控制系统两种控制方法，以及一种新型的PID温度控制系统。关键词：单螺杆；挤出机；PLC；PID1前言塑料挤出机广泛应用于塑料的混炼、填充和挤出成型，其主体是螺杆、机头以及相配的多段机筒。为了保证工艺上的需要，各段机筒均需维持温度恒定及相互间预定的温度梯度.在挤出过程中，机筒及机头承担将塑料料粒预热、加温或冷却以达到正常操作温度、满足工艺要求的任务。为此，机筒必须具

2、有加热和冷却双重控制功能。对应螺杆长径比不同，机简的段数不同，每段机筒的设定温度也不同。机筒及机头温度控制的效果直接影响着挤出速率和挤出制品的质量。由挤出理论可知,温度过低将无法成型或者使挤出制品的物理性能和表观质量差温度过高则容易产生气泡、降解甚至焦烧，因此必须对挤出过程的温度予以控制。机筒及机头温度控制装置的可靠性及温控精度是保证制品品质的关键因素之一。2控制系统简介基于PLC的闭环反馈控制系统是目前比较精确的控制系统。基于PLC的温度控制系统测量、调节温度的一般过程是:温度传感器(热电偶或热电阻)检测到

3、料筒和机头的温度模拟量信号后送入PLC的模拟量输入模块或温度调节模块，PLC从模块中读取温度实测值与温度设定值进行比较得到偏差。按照PLC内部相应的控制策略或算法,求得相应的控制量去控制固态继电器的通断时间以调节电加热器的加热功率和冷却风机的冷却时间,从而实现对料筒和机头温度的测量和控制。采用这种控制方案显然成本较高,同时如果现场的I/O信号众多,模拟量信号调节回路数目较多，PLC内部控制策略、算法再较为复杂的话，无疑会加重PLC的运行负担,降低其运行效率。国内挤出机温度控制系统一般采用“温控仪表+接触器+电

4、加热器”的控制方式。早期的国产挤出机温控系统采用二位式调节仪表，通过简单地接通继电器开关控制加热圈通断，以达到控制料筒温度的目的，该方案温控效果很不理想，超调量大，响应时间长，稳态误差大(达±10℃)。后来，采用三位式调节仪表，它的控温精度为±5℃。随着技术进步出现了使用时间比例式仪表，由于在温度逼近设定点时采用比例式调节，使温度的上冲下冲得到一定程度的缓和，能使控温精度达±3℃。目前，大部分挤出机温控仪表都采用PID算法。控制精度有很大的提高，精度达±1℃,但超调依然存在，且控制参数由人工现场整定，对精度要

5、求高的挤出机温度控制系统大多采用进口温度控制仪表，调整很费时间。这些调节仪表能够输出电压脉冲，并能以自适应数字PID调节方式工作，可以在线整定控制参数，其最终的控温精度可控制在±1℃以内[7]。PID控制是过程控制中应用最广泛、最基本的一种控制方法。虽然控制理论和控制技术日趋完善和成熟，但目前大多数工业过程仍采用PID控制，其原因是这种控制方法并不要求精确的受控对象的数学模型，简单易行、稳定性好、可靠性高，并能满足大多数工业过程控制的要求。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

6、关键。该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PID算法进行修正，求得相应的控制量u，去控制固态继态器的通断时间,调节电加热器的加热功率，从而实现对料筒和机头温度的控制。传统的PID控制调节规律的算式为：即输出=比例项+积分项+微分项+输出的初始值，式中，M(t)是控制器的输出，误差信号=-，是回路输出的初始值，是PID回路的增益，和分别

7、是积分时间常数和微分时间常数。比例环节是成比例的反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差;微分环节能反映偏差信号的变化趋势，按照偏差的变化趋势来控制，改善控制对象的品质，增强系统的稳定性；积分环节主要用于消除误静差,提高系统的无差度，它对误差进行积分，对系统控制有一定的滞后作用，积分作用过强，会造成系统超调增大，甚至引起振荡。本系统中，为了防止积分饱和，将积分环节分离出来，当偏差减少至一定范围内,才加入积分环节。因此，当偏差

8、e(t)

9、较大时，为避免系统超调，不加入积分

10、环节;当

11、e(t)

12、较小时，积分环节有效，随

13、e(t)

14、的减少而增大，以消除系统的稳态误差。同时，为保证温度控制能迅速达到额定值，而不出现大的超调量，采取的措施是:在温度从室温到离额定温度还差50℃的自由升温过程中，固态继电器一直是导通的，以加速升温;当温度偏差小于50℃而大于715%设定温度时，进行PID控制；当温度偏差不到715%设定温度时，采用PID调节，以减小超调量，提高控温精度。3总结分析