作者：貝加萊技術(shù)傳播經(jīng)理 宋華振
在一個充滿前沿概念的時代，溫控仿佛是一個古老的話題，聽上也是如此樸實(shí)無華—作為讀者的您也許會覺得談?wù)撨@個話題是否過于普通？然而，就實(shí)而論，這卻并非易事。能用與好用是兩種不同的產(chǎn)品設(shè)計態(tài)度，在今天，高質(zhì)量發(fā)展的要義就是追求為用戶提供“好用”的系統(tǒng)，而不停留于過去“能用就行”的粗放時代。
溫控，普遍應(yīng)用于機(jī)器的控制，在注塑、擠出、吹瓶、吹膜這類加熱成型的制造領(lǐng)域而言至關(guān)重要，同時、像單晶拉制、擴(kuò)散、PECVD等光伏生產(chǎn)設(shè)備中，同樣大量的應(yīng)用。隨著機(jī)器速度越來越高的要求，且材料的多樣性、產(chǎn)品的復(fù)雜性都使得溫度控制也變得不那么簡單，同時，溫控水平也關(guān)乎能源消耗-與制造企業(yè)的成本緊密相關(guān)。
優(yōu)秀的溫控關(guān)乎品質(zhì)與效率
->高品質(zhì)的產(chǎn)品：溫控精度對于品質(zhì)會有較大的影響，注塑成型里的翹曲、噴射、收縮痕等都是由于溫控不佳造成的缺陷，擠出中的焦燒、吹瓶中的硬頸、底部花狀瓣發(fā)白等都由于這種溫控的原因造成，對于消費(fèi)者來說，當(dāng)然看不到這些-因?yàn)楸仨氈荒芸吹胶细癞a(chǎn)品。但是，生產(chǎn)現(xiàn)場的人最清楚，這會造成大量的不良品帶來的成本上升。
->生產(chǎn)效率問題：盡管溫度控制屬于大延遲系統(tǒng)，但是，對于注塑、擠出這類大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用而言，如果生產(chǎn)節(jié)拍過低，產(chǎn)能效率就無法發(fā)揮，而溫度又是該類型設(shè)備的關(guān)鍵工藝參數(shù)，塑料行業(yè)的溫度控制還需要具有高速響應(yīng)能力-以應(yīng)對快速的生產(chǎn)節(jié)拍需求。
->機(jī)器的靈活性：由于塑料加工的材料變化多樣性，產(chǎn)品厚度、規(guī)格的變化，使得其參數(shù)應(yīng)該較強(qiáng)的自適應(yīng)，并且可以實(shí)現(xiàn)對不同的加熱方式的自整定，以獲得生產(chǎn)的靈活性。
->成本，節(jié)能是關(guān)鍵，對于塑料制品加工來說，都是屬于加熱成型，如何降低能耗，這里就有非常多的技能。
傳統(tǒng)溫控存在的問題
很多傳統(tǒng)的溫度控制方案基本上都是在“能用”這個水平上，而對于“好用”的溫度控制是貝加萊一直追求的。在熱成型加工中，經(jīng)常需要根據(jù)工藝需求來設(shè)定變化的溫度和軌跡，而能用的溫控，其控制過程往往存在溫度的大過沖，這會導(dǎo)致超過目標(biāo)溫度過多，系統(tǒng)超溫。而另一方面，低阻尼會導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩劇烈，一直在目標(biāo)溫度上下波動，會導(dǎo)致加熱過程的調(diào)節(jié)時間變長并且不穩(wěn)定，這兩種常見的情況都是注塑、擠出等熱成型加工所需要避免的。
mappTemperature控制
mappTemperature是屬于貝加萊mappControl中閉環(huán)控制模塊之一，基于貝加萊在塑料、印刷、包裝、光伏工業(yè)多年的積累，積淀豐富應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)而開發(fā)的專業(yè)軟件組件，它有較強(qiáng)的適應(yīng)力。
圖1-mapp的溫度控制模塊結(jié)構(gòu)
在mappTemperature中設(shè)計了幾個環(huán)節(jié)來使得其變得“好用”，能夠帶來效率、穩(wěn)定性、品質(zhì)、能耗、易用性方面的提升。它通過構(gòu)建物理對象模型，并經(jīng)由參數(shù)整定算法，為PID控制器、前饋、濾波、溫度設(shè)定軌跡來提供最優(yōu)參數(shù)的獲取，并控制信號輸出來確保對象的響應(yīng)以達(dá)到最終設(shè)定的目標(biāo)。
1.設(shè)定溫度軌跡生成的策略
對于塑料工業(yè)的溫控來說，為了獲得更好的能源分配，必須在不同的階段（如加熱、保溫、冷卻）給予不同的溫度來降低不必要的能耗，這種會讓設(shè)定值發(fā)生變化，傳統(tǒng)PID容易產(chǎn)生過沖，貝加萊通過溫度的軌跡曲線生成，系統(tǒng)會沿著如圖2所示的斜坡來加熱，以獲得穩(wěn)定的輸出。
圖2-同步加熱斜坡
這種實(shí)時斜坡跟隨能力，使得系統(tǒng)獲得無超調(diào)的卓越性能，保障所需的工藝控制精度，確保品質(zhì)。
2.前饋控制-關(guān)乎效率
由于PID控制會有超調(diào)，引入了溫度限幅但又會使得系統(tǒng)輸出控制能力得到壓縮，因此，需要增加前饋環(huán)節(jié)來提升響應(yīng)能力。對于貝加萊溫度控制而言，引入前饋控制，并在設(shè)定溫度發(fā)生變化時，前饋輸出可迅速疊加PID輸出，提升前期響應(yīng)速度。但是對于前饋控制而言，有效的模型識別可以獲得更精準(zhǔn)的前饋所需的參數(shù)，對于前饋環(huán)節(jié)，貝加萊可以通過mappTemperature的自整定來獲得。
3.卡爾曼濾波
對于溫度的反饋而言，通常包含了干擾，這些干擾會造成PID頻繁調(diào)節(jié)，而通過卡爾曼濾波可以有效降低其調(diào)節(jié)的頻次，即，不要對所有的干擾太過敏感。
圖3-貝加萊高精度高速溫控
mappTemperature的整定也包含對Kalman濾波參數(shù)的識別獲取，以更有效的評估反饋信號的有效性，平衡穩(wěn)定性與快速響應(yīng)的矛盾。
4.易用性問題
工程師為機(jī)器配置不同的溫度控制模塊，無論是單通道、 多通道、不同的工藝類型下，其應(yīng)該有便捷的開發(fā)過程，盡量減少編程，而采用配置的方式來實(shí)現(xiàn)，在Automation Studio中的溫度控制即可實(shí)現(xiàn)這樣的快速開發(fā)，并與HMI有良好的交互接口，使得快速以直觀方式呈現(xiàn)。
mappTemperature與其它mapp模塊一樣可以根據(jù)應(yīng)用配置、連接到不同的控制系統(tǒng)中，與配方管理模塊（mappRecipe）、報警（mappAlarm）、mappVIEW的曲線顯示形成邊界的軟件連接。
圖4-mapp溫控畫面設(shè)計
并且，mappTemperature有非常高的靈活度，讓工程師來配置相關(guān)的參數(shù)，包括加熱冷卻、熱電偶類型、溫區(qū)組別、保護(hù)溫區(qū)、控制器參數(shù)資識別、加熱電流可測量、顯示界面的可配置。
節(jié)能有技術(shù)
對于包含加熱與冷卻系統(tǒng)的溫控而言，盡管看上去溫控的目標(biāo)是達(dá)到的，但是，由于加熱與冷卻對沖帶來的“內(nèi)耗”無法被有效控制，而導(dǎo)致了其間的能源消耗無法被有效控制，而貝加萊的溫控對此予以策略性實(shí)現(xiàn)，即，通過對加熱和冷卻的變化率影響獲得占空比的差異，進(jìn)而有效的調(diào)節(jié)，從而消除這種內(nèi)耗帶來的能源消耗。
->分段加熱-軟啟動能力
mappTemperature中有一種預(yù)編程的功能，稱為軟啟動，它可以一鍵式實(shí)現(xiàn)機(jī)器組件的平穩(wěn)加熱，從而最大程度地減少加熱元件的疲勞度 。均勻加熱可減少機(jī)械應(yīng)力，并且有利于機(jī)器中的液體殘留物進(jìn)行受控蒸發(fā)。
由于軟啟動功能避免了以最大功率操作和加熱元件，因此獲得了節(jié)能效果。
->負(fù)載同步加熱
塑料工業(yè)被控對象通常包含多個溫度的情況，各個溫區(qū)負(fù)載大小不同，加熱時間不同，負(fù)載同步加熱可以讓各個負(fù)載同時達(dá)到設(shè)定溫度，避免有的溫區(qū)先到達(dá)了設(shè)定溫度，但相鄰溫區(qū)還在加熱中，會對其溫度穩(wěn)定造成影響。
->無憂切換
有加熱和冷卻的系統(tǒng)，加熱和冷卻同時工作存在“內(nèi)耗”，在一些系統(tǒng)中，雖然看上去你達(dá)到了溫控目標(biāo)，但是，你可能并沒想到這個目標(biāo)是較高內(nèi)耗達(dá)成的，貝加萊的溫度控制同樣有巧妙的策略來消除這種內(nèi)耗，細(xì)節(jié)往往在看不到的地方。
工程師的智慧必不可少
很多時候，人們似乎更喜歡所謂的“高科技”、認(rèn)為越是前沿的東西就越先進(jìn)，但是，制造業(yè)更需要的是靜下心來不斷打磨產(chǎn)品的工匠精神。他們總是在現(xiàn)場，與機(jī)器打交道、與各種材料、各種千奇百怪的客戶需求打交道，不斷的測試，進(jìn)而形成了他們對于機(jī)器的理解，對于工藝的理解，成為一個專家。
專家，在貝加萊不但能解決問題，還能把這種經(jīng)驗(yàn)通過建模的方式，形成應(yīng)對各種變化的模型，進(jìn)而通過軟件的模塊化封裝成為可被廣泛客戶應(yīng)用的模塊—所謂工業(yè)軟件，正來自于此，來自于這些在一線的工程師，他們的辛勤、他們的智慧、他們?yōu)楫a(chǎn)業(yè)的付出。
貝加萊的模塊何止于一個溫度控制，這一切來自于廣泛的行業(yè)一線經(jīng)驗(yàn)積淀、專業(yè)的軟件工程封裝、客戶中心的服務(wù)精神。
溫控-從來都不簡單！不簡單的是工程師的智慧！