多回路PID温度控制智能模块在塑料挤出机的应用探讨
一、引言
在塑料制品的生产过程中，温度控制是至关重要的环节。挤出机料筒及机头的温度精确控制不仅关乎产量的稳定性，更直接影响到塑料制品的质量。当前，我国大部分经济型塑料挤出机的温度控制系统主要采用分离仪表控制和PLC集中控制两种方案。然而，这两种方案均存在一定的局限性和不足。分离仪表控制虽然价格低廉，但对各分离单元单独进行控制，无法实施综合控制，导致温度波动较大，影响塑料制品的加工质量。而PLC集中控制虽然能实施综合控制，但实现难度大，且当温区数量增多时（尤其是超过8个温区），难以保证高精度的温度控制。
针对上述问题，我们提出了一种新的解决方案：采用多回路PID温度控制智能模块为核心，匹配低级别PLC构建塑料挤出机的温度控制系统。该系统具有硬件简单、控温精度高、性能稳定等优点，具有较高的实用价值。
二、系统配置及功能
传统的温度控制系统主要采用分离仪表控制和PLC集中控制两种方案。其中，分离仪表控制方案虽然价格低廉，但功能受限，无法实施综合控制；而PLC集中控制方案虽然能实施综合控制，但实现难度大，且当温区数量增多时难以保证高精度的温度控制。
欣晟自控多路温控模块在挤出机上的应用
因此，我们采用了一种多回路PID温度控制智能模块为控制核心构建挤出机的温度控制系统。该系统以深圳市欣晟自控科技有限公司研发的4回路PID温度控制智能模块为核心，匹配低级别PLC构建。该模块每回路均带有独立的加热、冷却开关量输出，因此只需要配置4个模块。各模块可独立的控制对应回路的温度值，CPU只需通过现场总线就可以轻松的控制各回路的启闭及获取各回路的当前温度、设定温度值。因此CPU可采用西门子的低档系列S7-200的CPU-226，系统硬件和软件大大简化，系统的价格大幅下降（仅为原系统价格的三分之一），系统的控制精度、可靠性、稳定性大幅提高。
此外，该模块还具有1500V电气隔离的24VDC输入接口、四路独立隔离的热电偶输入、四组独立隔离的晶体管或继电器开关量输出、支持MODBUS/RTU协议的RS485隔离通讯口等优秀的电气性能。通过与支持MODBUS现场总线协议的上位机连接最大可扩展从机128个，即实现512个温区的控制。值得一提的是该控制模块的PID算法是针对纯滞后、大惯性对象而开发的模糊自适应PID控制算法，非常适合塑料螺杆挤出机、吸塑机、注塑机等机械的多温区精确控制。
三、工作原理与温度控制策略
四回路的PID温度控制智能模块可以看做是四个独立的闭环反馈控制系统。在一个采样周期内，温度传感器（热电偶）将检测到的料筒与机头温度信号PV，与设定值SV进行比较，得到偏差e = SV—PV。结合所给的P、I、D参数和温度控制策略进行PID运算得出控制输出值，经过脉宽调制，最后得到继电器在一个采样周期中的导通时间。通过控制继电器在一个采样周期中的导通时间即可控制加热器的加热时间，或者冷却风机的工作时间，从而达到精确控制温度的目的。四个回路独立工作，互不干扰，具有极高的稳定性和可靠性。
多回路PID温度控制智能模块采用多种温控策略，包括比例调节、微分调节和积分调节。根据不同的温度范围，采用不同的控制方式，以加快响应速度、避免积分饱和、减少超调量和波动。模块还具有自适应功能，可根据实测温度自动整定参数。
四、结论
多回路PID温度控制智能模块是塑料挤出机温度控制的理想方案，具有高性价比、高精度、高稳定性和可扩展性。该模块可降低配置成本，提高控制效果，适用于多温区控制的设备。已成功应用于多家公司的塑料挤出机，控温速度快，温度超调量小，静态误差小。还可应用于注塑机、吸塑机等机械的温度控制，具有广阔的应用前景。
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产品型号
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品类
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封装/尺寸
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通道数
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采样周期
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电源
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工作环境温度
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安装方式
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测量精度
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通讯方式
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热电偶类型
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热电阻类型
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电阻测量
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线性电流电压
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ZTCHC100
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温控模块
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125mm*39mm*95mm
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1
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20MS
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24VDC+/-20%
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0℃~50°C
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DIN导轨安装
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±0.5%输入范围,冷端温度补偿误差范围为±1℃
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RS485,MODBUS-RTU协议
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K,J,E,N,T,R,S,B,W-Re5/26
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Pt100,Cu100,JPt100,Cu50,Ni120,PT1000,NTC
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