歐姆龍PLC在葉片成型模具多路溫度控制中的應用

　　4.2 流程控制的設計

　　該控制系統(tǒng)的實現(xiàn)通過在歐姆龍工控組態(tài)軟件

　　cx-programmer上進行應用系統(tǒng)開發(fā)來完成。基于組態(tài)軟件開發(fā)的用戶應用系統(tǒng)，其結構由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略5個部分構成。具體成型過程的控制流程示意圖如圖4所示，由圖4可知，通過傳感器測量和溫度采集模塊采集到的各單回路實時溫度值均存入實時數(shù)據(jù)庫，用戶在主控窗口中調出實時數(shù)據(jù)庫即可觀察到各單回路的當前溫度值，從而對溫度異常點做出相應的處理。溫度采集模塊與輸出控制模塊的運行狀態(tài)可以通過設備窗口得知。與此同時，圖4中葉片模具成型過程的每一個階段里，溫升與恒溫保持等流程均以相應的控制策略存儲在應用系統(tǒng)中，即在每一階段運行相應的控制策略以實現(xiàn)預期的成型流程。用戶通過用戶窗口可以得知當前成型過程所處階段的系統(tǒng)狀態(tài)，當用戶窗口出現(xiàn)圖4中所示的報警信息時，用戶可以根據(jù)所顯示的報警信息手動進行各通道的加熱升溫、冷卻降溫、恒溫保持、啟動和停止等一系列動作。最終使每一個階段的成型過程滿足工藝要求。用戶應用系統(tǒng)5個部分具體的結構組成如下。

　　系統(tǒng)框架在主控窗口中構建。實時數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)核心，用于管理所有的實時數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)中共建立了140個數(shù)據(jù)對象，包括4個系統(tǒng)內建數(shù)據(jù)對象、最多支持68個單回路，共136個溫度控制點的實時溫度數(shù)據(jù)和加熱冷卻的溫度控制閥值、開關型的控制參數(shù)以及組對象等。這些數(shù)據(jù)對象根據(jù)其實現(xiàn)功能的不同分別被賦予不同的屬性。

　　設備窗口中定義了數(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個通道分別與溫度控制點實時溫度數(shù)據(jù)連接，輸出控制模塊的16通道與加熱及冷卻的開關型控制參數(shù)相連接。

　　用戶窗口用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)與流程的可視化。主界面顯示當前的溫度值、設定的模具型腔恒溫控制精度，模具型面溫度偏差以及當前的控制狀態(tài)；設計了曲線顯示窗口分別顯示每個溫度控制點和組對象的實時曲線和歷史曲線；溫度控制點設置和溫度運行控制窗口通過hmi的實時顯示后可以供操作員手動進行各通道的加熱升溫、冷卻降溫、恒溫保持、啟動和停止等一系列動作。每個單回路在工控組態(tài)軟件中的控制邏輯組態(tài)圖見圖5。

　　4.3 控制策略與精度分析

　　由于對所有單回路都要實時保持著準確的測量、pid控制和良好的人機對話接口，所以必需要有一套合理的控制算法。對于圖4中所示的控制流程通過定義相應的運行策略來實現(xiàn)。對于每一路的電阻絲加熱或冷卻進行單獨控制的時間循環(huán)通過設計如下的循環(huán)策略并編寫腳本程序實現(xiàn)，當控制點初始溫度小于所處階段的加熱閥值時，啟動加熱；當實測溫度值達到該階段的加熱閥值時，相應的固態(tài)繼電器斷開，停止加熱。模具的保溫主要通過運行報警策略控制電阻加熱絲的開關得以實現(xiàn)。

　　與此同時，由于pid只能輸出mv值，即0~100%的模擬量信號，在控制系統(tǒng)中使用了cj1g-cpu45h-p模塊型plc的tpo指令作為占空比計算工具，即可將對應的mv值轉換為開關量的開關on/off狀態(tài)，從而實現(xiàn)了對執(zhí)行機構的控制。

　　對于實時溫度測量傳感器而言，本溫控系統(tǒng)采用的e52-p10ae型pt100精確度屬于b級，它的測量溫度誤差δt=±（0.3+5×10-3t），因此其測溫誤差足以滿足±0.7℃的溫度測量誤差要求。同時由于系統(tǒng)設計的中斷控制程序能夠保證對所有單回路進行控制操作的實時性，所以可以滿足葉片模具成型過程中各分區(qū)型腔內對溫度±2℃的靜態(tài)偏差要求以及模具型面溫升過程中不大于4℃的動態(tài)偏差要求。

　　占空比系數(shù)是根據(jù)測量值與設定值的偏差大小、加熱速率確定的，偏差越大，占空比越大，加熱時間就越長［5］。待下次的測量值出現(xiàn)，重新調節(jié)占空比，直到達到恒溫階段，這個時候系統(tǒng)的加熱/冷卻達到平衡。若恒溫過程中出現(xiàn)干擾時，如環(huán)境突然的變化破壞了恒溫階段平衡，此時系統(tǒng)會自動地調節(jié)占空比，使之重新達到平衡。

4 結束語

　　本文將歐姆龍plc應用于風電葉片成型模具多路溫度控制當中，所設計的控制系統(tǒng)結構穩(wěn)定，成本低廉，安全可靠。以歐姆龍模塊型plc及相應外圍元件構成硬件環(huán)境，以pid為基本控制算法的支持軟件，對多路溫度的測量、流程控制與控制算法進行了有效的設計，保證了測量、控制的實時性，不會因為路數(shù)過多而影響控制精度?？梢杂行Ы鉀Q溫升與恒溫過程中各區(qū)之間溫度不均勻的問題。分析結果表明，cj1g-cpu45h-p模塊型plc可以滿足對葉片成型模具多路溫度的控制要求，在相關領域具有良好的應用前景。