歐姆龍PLC在葉片成型模具多路溫度控制中的應(yīng)用

　　4.2 流程控制的設(shè)計(jì)

　　該控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)通過(guò)在歐姆龍工控組態(tài)軟件

　　cx-programmer上進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)來(lái)完成。基于組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略5個(gè)部分構(gòu)成。具體成型過(guò)程的控制流程示意圖如圖4所示，由圖4可知，通過(guò)傳感器測(cè)量和溫度采集模塊采集到的各單回路實(shí)時(shí)溫度值均存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶在主控窗口中調(diào)出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)即可觀察到各單回路的當(dāng)前溫度值，從而對(duì)溫度異常點(diǎn)做出相應(yīng)的處理。溫度采集模塊與輸出控制模塊的運(yùn)行狀態(tài)可以通過(guò)設(shè)備窗口得知。與此同時(shí)，圖4中葉片模具成型過(guò)程的每一個(gè)階段里，溫升與恒溫保持等流程均以相應(yīng)的控制策略存儲(chǔ)在應(yīng)用系統(tǒng)中，即在每一階段運(yùn)行相應(yīng)的控制策略以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的成型流程。用戶通過(guò)用戶窗口可以得知當(dāng)前成型過(guò)程所處階段的系統(tǒng)狀態(tài)，當(dāng)用戶窗口出現(xiàn)圖4中所示的報(bào)警信息時(shí)，用戶可以根據(jù)所顯示的報(bào)警信息手動(dòng)進(jìn)行各通道的加熱升溫、冷卻降溫、恒溫保持、啟動(dòng)和停止等一系列動(dòng)作。最終使每一個(gè)階段的成型過(guò)程滿足工藝要求。用戶應(yīng)用系統(tǒng)5個(gè)部分具體的結(jié)構(gòu)組成如下。

　　系統(tǒng)框架在主控窗口中構(gòu)建。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是系統(tǒng)核心，用于管理所有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)中共建立了140個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，包括4個(gè)系統(tǒng)內(nèi)建數(shù)據(jù)對(duì)象、最多支持68個(gè)單回路，共136個(gè)溫度控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)和加熱冷卻的溫度控制閥值、開(kāi)關(guān)型的控制參數(shù)以及組對(duì)象等。這些數(shù)據(jù)對(duì)象根據(jù)其實(shí)現(xiàn)功能的不同分別被賦予不同的屬性。

　　設(shè)備窗口中定義了數(shù)據(jù)采集模塊cj1w-ad04u和輸出控制模塊cj1w-od211，數(shù)據(jù)采集模塊的4個(gè)通道分別與溫度控制點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)連接，輸出控制模塊的16通道與加熱及冷卻的開(kāi)關(guān)型控制參數(shù)相連接。

　　用戶窗口用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與流程的可視化。主界面顯示當(dāng)前的溫度值、設(shè)定的模具型腔恒溫控制精度，模具型面溫度偏差以及當(dāng)前的控制狀態(tài);設(shè)計(jì)了曲線顯示窗口分別顯示每個(gè)溫度控制點(diǎn)和組對(duì)象的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線;溫度控制點(diǎn)設(shè)置和溫度運(yùn)行控制窗口通過(guò)hmi的實(shí)時(shí)顯示后可以供操作員手動(dòng)進(jìn)行各通道的加熱升溫、冷卻降溫、恒溫保持、啟動(dòng)和停止等一系列動(dòng)作。每個(gè)單回路在工控組態(tài)軟件中的控制邏輯組態(tài)圖見(jiàn)圖5。

　　4.3 控制策略與精度分析

　　由于對(duì)所有單回路都要實(shí)時(shí)保持著準(zhǔn)確的測(cè)量、pid控制和良好的人機(jī)對(duì)話接口，所以必需要有一套合理的控制算法。對(duì)于圖4中所示的控制流程通過(guò)定義相應(yīng)的運(yùn)行策略來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于每一路的電阻絲加熱或冷卻進(jìn)行單獨(dú)控制的時(shí)間循環(huán)通過(guò)設(shè)計(jì)如下的循環(huán)策略并編寫腳本程序?qū)崿F(xiàn)，當(dāng)控制點(diǎn)初始溫度小于所處階段的加熱閥值時(shí)，啟動(dòng)加熱;當(dāng)實(shí)測(cè)溫度值達(dá)到該階段的加熱閥值時(shí)，相應(yīng)的固態(tài)繼電器斷開(kāi)，停止加熱。模具的保溫主要通過(guò)運(yùn)行報(bào)警策略控制電阻加熱絲的開(kāi)關(guān)得以實(shí)現(xiàn)。

　　與此同時(shí)，由于pid只能輸出mv值，即0~100%的模擬量信號(hào)，在控制系統(tǒng)中使用了cj1g-cpu45h-p模塊型plc的tpo指令作為占空比計(jì)算工具，即可將對(duì)應(yīng)的mv值轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)量的開(kāi)關(guān)on/off狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。

　　對(duì)于實(shí)時(shí)溫度測(cè)量傳感器而言，本溫控系統(tǒng)采用的e52-p10ae型pt100精確度屬于b級(jí)，它的測(cè)量溫度誤差δt=±(0.3+5×10-3t)，因此其測(cè)溫誤差足以滿足±0.7℃的溫度測(cè)量誤差要求。同時(shí)由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中斷控制程序能夠保證對(duì)所有單回路進(jìn)行控制操作的實(shí)時(shí)性，所以可以滿足葉片模具成型過(guò)程中各分區(qū)型腔內(nèi)對(duì)溫度±2℃的靜態(tài)偏差要求以及模具型面溫升過(guò)程中不大于4℃的動(dòng)態(tài)偏差要求。

　　占空比系數(shù)是根據(jù)測(cè)量值與設(shè)定值的偏差大小、加熱速率確定的，偏差越大，占空比越大，加熱時(shí)間就越長(zhǎng)[5]。待下次的測(cè)量值出現(xiàn)，重新調(diào)節(jié)占空比，直到達(dá)到恒溫階段，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)的加熱/冷卻達(dá)到平衡。若恒溫過(guò)程中出現(xiàn)干擾時(shí)，如環(huán)境突然的變化破壞了恒溫階段平衡，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地調(diào)節(jié)占空比，使之重新達(dá)到平衡。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文將歐姆龍plc應(yīng)用于風(fēng)電葉片成型模具多路溫度控制當(dāng)中，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，成本低廉，安全可靠。以歐姆龍模塊型plc及相應(yīng)外圍元件構(gòu)成硬件環(huán)境，以pid為基本控制算法的支持軟件，對(duì)多路溫度的測(cè)量、流程控制與控制算法進(jìn)行了有效的設(shè)計(jì)，保證了測(cè)量、控制的實(shí)時(shí)性，不會(huì)因?yàn)槁窋?shù)過(guò)多而影響控制精度。可以有效解決溫升與恒溫過(guò)程中各區(qū)之間溫度不均勻的問(wèn)題。分析結(jié)果表明，cj1g-cpu45h-p模塊型plc可以滿足對(duì)葉片成型模具多路溫度的控制要求，在相關(guān)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。