1    引言

        立式注塑機料筒溫度是注塑工藝的重要參數,過低和過高的溫度都會影響產品的最終質量,對料筒溫度進行有效地控制是保證塑料制品成型質量的重要環節。

        目前國內的立式注塑機溫度控制系統大多在編程前人工整定好PID參數,在編程時把參數固化在程序中。該方法雖然能夠取得比較好的控制效果,但是存在一些缺點,都難于保持比較好的動態性能,可以把PID參數從程序中分離出來,放置于一獨立內存區中,程序通過讀或寫這個內存區來獲得或修改PID參數。程序在接受到更新參數的命令后,能夠對系統自動建模和根據模型進行參數自整定,最后刷新放置參數的存儲區域。這樣不僅避免了繁瑣的人工整定,而且每臺立式注塑機的PID參數都是在其最合理的模型下整定出來的,每臺立式注塑機都能達到最優的控制效果。即使立式注塑機的零部件替換需要更新控制參數,也只需要操作面板上的設定鍵來重新整定系統參數,簡化了系統的維護工作。

2    系統的硬件組成

        該溫度控制系統是一個閉環系統,主要包括16位單片機SPCE061A,K型熱電偶溫度傳感器、帶冷端補償的信號放大器AD595、AD轉換器AD7710、固態繼電器、電熱絲。

2.1    溫度采集電路

        系統中的5個負責不同溫區的K型熱電偶通過繼電器掛在AD595的輸入口上。平時所有繼電器都位于常開狀態,當要檢測某個熱電偶時,通過相應的繼電器閉合以使需要的熱電偶掛到電路上。能如此處理是因為溫度變化相對于計算機的執行能力而言是很緩慢的過程,工業過程中連續二次采集同一熱電偶的動作有一定的時間間隔,利用這段間隔時間來采集其他的熱電偶。調整好時間間隔后,可以用一路AD分時檢測5路熱電偶,并能取得良好的控制效果。這樣節省了4個高精度AD芯片,節約了成本。熱電偶把溫度信息轉換成模擬電信號,經過電容電阻簡單的整形后,送給AD595進行處理。AD595把K型熱電偶的電信號進行線性化(校正溫度精度可為1、冷端補償(冷端補償范圍為0-50)和信號放大273倍送至AD7710。AD7710把接收到模擬電信號轉換成數字信號后反饋給單片機。至此,料桶的溫度信號采集工作真正完成。

2.2    溫度控制電路

        單片機控制器根據偏差(設定值和采集到的溫度值之差)來調整輸出量(功率輸出的大小),進而控制聯接電熱絲的固態繼電器的通斷時間比,實現對系統溫度的控制。系統中有5個示通路,分別負責5個不同分區的電熱絲的通斷。當IO為0時,ULN2003輸入端電平在0附近,不會驅動固態繼電器閉合,因此電熱絲因短路也不會工作;當IO為1時,ULN2003輸入端為2.5V左右,固態繼電器閉合,電熱絲形成回路而開始對料桶加熱。

3    軟件設計思想

        料筒各段的溫度分別由熱電偶測得,經A/D轉換,將設定的溫度和測得的溫度相減得到溫度的偏差E,存儲到存儲單元;將本次測得的溫度減去前次測得的溫度,得到溫度的偏差變化率EC,存儲到相應的存儲單元;然后根據溫度的偏差和偏差變化率由模糊控制規則來決定輸出電壓量U的大小,編程時,將溫度偏差、偏差變化率和控制輸出對應的溫度偏差分為3段,運用3種不同的量化因子來實現快速穩定的溫度控制。溫度偏差、偏差變化率和控制輸出相應的量化因子分別由Ke,Kec和Ku來表示。Ke越大則系統上升越快,但Ke過大會使系統超調變大;Kec越大則系統反應越慢,但Kec太小會使系統調節時間長,超調變大;ku越大則系統響應越快,但超調也變大,Ku對系統的響應最為靈敏,影響比Ke,Kec大,程序設計流程。

4    結束語

        在立式注塑機上用上述方法對料桶溫度加以控制,各項性能指標均較改造前的傳統PID有顯著提高。每臺立式注塑機都取到了良好的控制效果且系統更加穩定,同時節省了大量用于整定參數和反復調試的人力與時間。由此得出結論:1)該系統有效提高了立式注塑機溫度控制的各項性能,同時使立式注塑機運行更加穩定;2)避免了繁瑣的人工整定,PID參數的工作,節省了大量的人力和財力;3)每臺立式注塑機都有一套最適宜的參數,因此做到了最優化控制。