横河PLC在硫化机温度控制上的应用

作者：普利司通（沈阳）轮胎有限公司 王禹泽 摘要： 子午线轮胎定型硫化机经过长时间的使用和改造，从中总结出温度控制和温度补偿的重要性，通过横河PLC的引进，实现了硫化过程中温度控制和补偿的高度自动化。 参考文献：YOKOGAWA 说明书 ，PID手册 可编程逻辑控制器（PLC）是八十年代发展起来的新一代工业控制装置，是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物，是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。在现代集散控制系统中，PLC已经成为一种重要的基本控制单元，在工业控制领域中应用前景极其广泛。 轮胎生产的过程中，轮胎在模型内部进行硫化时的压力和温度的变化直接影响轮胎的质量，随着我国轮胎生产企业的不断增加，新建设的高速公路不断地投入使用，现实需要我们不断提高轮胎的质量。这就要求在轮胎进行硫化时，严格按照工艺规定的温度进行控制和监控，并在温度和压力不足时，采取自动延时硫化的方法进行温度和压力的补偿。 1、横河PLC模块简介 横河PLC 是日本YOKOGAWA 公司推出的超小型PLC,以SP38-5N为例，其通讯速率可以达到115200bps，程序容量可以达到120k，基本指令执行时间0.045us，本文选用YOKOGAWA（横河）的温度控制模块F3CR04-1N（PID模块）作详细说明 2、温度控制系统的要求 主要分三部分：○1温度采样部分 ○2温度控制部分 ○3控制输出部分 硫化机的温度控制可以归纳为热板和模套两套温度控制系统，通过触摸屏设定温度控制的各项参数，如温度设定值，P值，I值，D值等。其工作原理基本相同，控制难度主要在温度采样点和温度控制模块的PID调整上，设备运行后，热板和模套的温度要求控制在±1℃范围内， 系统配置图如下： 图1 下面以热板为例分析系统的工作原理： PLC将铂电阻的电阻信号转换为10进制数存放在DM区内，再与PID模块的设定值进行比较，通过PLC的运算，将4-20mA的电流信号输出到电气转换器上，电气转换器再将汽源信号输出到薄膜调节阀进行热板蒸汽进汽量的调节，热板形成的冷凝水通过疏水器进行排放，以此循环过程完成热板温度的控制。电气原理见图1。 PID模块操作非常简捷只要设定4个参数就可以进行温度精确控制： 1、温度设定 2、P值 3、I值 4、D值 PID模块的温度控制精度主要受P、I、D这三个参数影响。其中P代表比例，I代表积分，D代表微分。 比例运算（P） 比例控制是建立与设定值（SV）相关的比例带的一种运算，并根据偏差在比例带求得运算值（控制输出量）。如果当前值（PV）小于比例带，运算值为100%。如果当前值在比例带内，运算值根据偏差比例求得并逐渐减小直到SV和PV匹配（即，直到偏差为0），此时运算值回复到先前值（前馈运算）。比例带表示为整个输入范围的百分比。若出现静差（残余偏差），可用减小比例带方法减小残余偏差。如果比例带太小，反而会出现振荡。 积分运算（I） 将积分与比例运算相结合，随着调节时间延续可减小静差。积分强度用积分时间表示，积分时间相当于积分运算值到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需要的时间，如图3所示。积分时间越小，积分运算的校正时间越强。但如果积分时间值太小，校正作用太强会出现振荡。 微分运算（D） 比例和积分运算都校正控制结果，所以不可避免地会产生响应延时现象。微分运算可弥补这些缺陷。在一个突发的干扰响应中，微分运算提供了一个很大的运算值，以使讯速恢复原始状态。微分运算采用一个正比于偏差变化率（微分系数）的运算值校正控制。微分运算的强度由微分时间表示，微分时间相当于微分运算值达到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需的时间。微分时间值越大，微分运算的校正强度越强。 终上所述，我们将比例值设为18，积分值设为28，微分值设为4，实际应用中PLC程序编写主要分读，写，比较三部分。假设我们将PID模块装在底版的6槽位，D0302为温度设定，D3269为比例设定，D3270为积分设定，D3271为微分设定，M33为常通。PID模块工作时首先执行温度设定指令将D0302的数值写到6槽33通道，然后将P、I、D的值分别写到6槽的42、43、44通道内，模块采样数据被储存在6槽2通道内并可以读出来作为外部设备显示使用，PID模块经过运算同时将4-20mA的电流信号送到电气转换器，并输出风源到薄膜调节阀，再由铂电阻进行温度采样送到PID模块中，经过2-3个动作周期后，温度曲线趋于平稳，温度控制可达到±1℃的标准，见图2。 图2 上述控制方法是基于YOKOGAWA的PID模块，另外，还可以扩展出很多功能，做出温度不够时自动进行延时硫化，触摸屏数据显示和输入等功能。 作者简介：王禹泽（1973－），男，辽宁沈阳人，工程师，从事PLC程序设计和电器工程设计。