关键词：AI加热/制冷双输出调节器、双螺杆挤出机、
一、双螺杆挤出机功能：
塑料制品在生产生活中无处不在。塑料生产设备多种多样。多数利用热塑性原理工作的塑料生产设备的设备都会用到温度控制器。本文以塑料挤出机为例介绍温控的PID加热制冷双输出控制原理及应用。
但是，双螺杆挤出机转速高速化带来一系列极待解决的问题：如物料在螺杆内停留时间短，容易引起物料混炼塑化不均；过高剪切可能造成物料急骤升温和热分解；可能出现挤出稳定性问题；需要高性能辅机和精密控制系统与之配套；
为了适应高速、高产的需要，该挤出机拥有多处改进。装备了筒式加热器，可在极短时间内完成挤出机的升温工作，最高加热温度可达450℃；冷却流道设计真正实现了逆向流冷却，优化了冷却系统；配置了“弓形夹紧装置”，更换机筒的时间可比传统螺栓连接型更快；塑料制品在生产生活中无处不在。塑料生产设备多种多样。多数利用热塑性原理工作的塑料生产设备的设备都会用到温度控制器。
塑料有其独特的热塑性物理化学特性。在塑料行业的生产过程中，采用两种喂入方式：体积喂入、失重计量喂入。加工温度的控制，是决定产品质量最重要的环节之一。一般有单螺杆和双螺杆之分，主要用来挤制软、硬聚氯乙烯、聚乙烯等热塑性塑料之用，与相应的辅机（包括成型机头）配合，可加工多种塑料制品，如膜、管、棒、板、丝、带电缆绝缘层及中空制品等，亦可用于造粒。
在功能方面，双螺杆挤出机已不再局限于高分子材料的成型和混炼，其用途已拓展到食品、饲料、炸药、建材、包装、纸浆和陶瓷等领域。此外，将混炼造粒与挤出成型工序合二为一的“一步法直接挤出工艺”也非常具有吸引力。双螺杆挤出机设备 图1
以TE系列为例：
本机螺杆采用积木式原理设计，其罗纹形状，筒体结构，长径比，加料装置，换网与切粒方式，电仪控制模式等均可按物料体系与工艺要求优化配置和调整，实行多功能，多用途和特定专用的统一兼顾，具有生产率高，比能耗低的特点。
二、自控功能：
利用温控仪表PID控制算法，保证在复杂生产环境中，精确控制原料生产温度，避免因为温度过高或者过低造成废品率高的现象。一台挤出机中使用多个PID温控器控制加热，并且于每个加热器上，对应配有一组机筒冷却,可采用高效风冷或油循环冷却两种方式。电气拖动采用（一）进口的直流调速器带动名牌直流电机方式或（二）进口的交流变频器带动交流变频电机以输入强大的动力。控制方式一般采用加热/制冷双输出控制与PLC配合电脑全自动控制方式。保证万无一失，对仪表的品质要求很高。
PID控制参数自整定的适用性分析。温控器要具有智能化PID参数自整定功能，并支持加热制冷双输出功能，更适应塑料挤出机的温度控制。有的公司仪表用报警输出来作为冷却输出，而利用警报来做冷却控制，实际已变成突发事件，不在正常的情形之下，塑料设备冷却速度非常的慢，所以超温时利用警报输出来触发风扇加速冷却。如此会造成降温时间及振荡周期变短，将造成振荡情形更加的剧烈，控温不准确。
PID控制参数人工整定的适用性分析。由于挤出机设备出厂值是一般能达到控制要求的，所以于此设备中，以出厂值即可达到所需的要求，反倒是执行自整定会测得不正确参数，造成温度的上下振荡。如果对于有些场合，温度上升需要加快的话，适当人为调整即可。
三、产品应用：
推荐宇电仪表AI-808AGW1L1S；
功能说明：
AI仪表首创性地采用了平台概念，将非常专业化的数字调节仪表转为平台化设计的产品，能实现比以往封闭式设计产品更快的进步及更高的性能/价格比。它包含高通用性的硬件主板（包含I/O接口及模块插座、显示接口插座、A/D转换单元及电源单元），通过安装不同的软件及CPU、输入/输出模块及显示界面，即能适应多种不同功能的过程仪表控制要求，比如温控器、调节器、复杂回路调节器及双回路调节器、多路巡检仪及流量积算仪表等等。功能齐全性能稳定，改变仪表内部参数就可实现多种输入输出功能。
AI－808人工智能调节算法是采用模糊规则进行PID调节的一种新型算法，在误差大时，运用模糊算法调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用改进后的PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。 具有无超调、高精度、参数确定简单、对复杂对象也能获得较好的控制效果等特点。
在使用过程中AI调节器 结合PID调节、自学习及模糊控制技术，实现了自整定/自适应功能，及、无欠调的精确调节，性能远优于传统PID调节器。控制设备装配 图2
当工艺改变温度生降温程序控制时，可用于按一定时间规律自动改变给定值进行控制的场合。具有50段程序编程功能，可设置任意大小的给定值升、降斜率；具有跳转（目标段只限于前30段）、运行、暂停及停止等可编程/可操作命令，可在程序控制运行中修改程序；具有二路事件输出功能。可通过报警输出控制其他设备联锁动作，进一步提高设备自动化能力；具有停电处理模式、测量值启动功能及准备功能，使程序执行更有效率及更完善。
1）技术功能：1、精确度高通常为±0.2%；2、输入阻抗热电偶等信号＞10MΩ；3、采样周期0.24S ；4、传感器开路显示；5、RS485通讯应用AIBUS通讯协议；
2）输入规格： 支持热电偶、热电阻、电压、标准化电流等多种输入信号；完全满足双螺杆挤出机的应用要求：分度号为K；Pt100二种传感器；
3）输出方式：加热制冷双输出；采用继电器固态继电器时间比例输出；或更换输出模块就可以实现单相晶闸管过零触发输出；三相晶闸管过零触发输出；单相晶闸管移相触发输出；三相晶闸管移相触发输出。
4）通讯功能：AI调节仪可带RS-485通信口，可与PLC通讯，在PLC自由口编写程序，实现与上位机通讯，实现控制系统的完整性，在人机界面或计算机上统一管理控制。控制仪表接线 图3
四、调试过程：
4.1控制要求
基于原材料的物理化学特性，要求控制温度不能超过设定温度正负2摄氏度。温度过低，挤出口出料不畅，造成前端挤出机构负载过大；温度过高，则可能改变原料特性导致成品报废。
4.2 调试方法分析
AI－808PAGW1L1S仪表PID控制原理及调整方式
目前我公司仪表自整定采用的是AI人工智能调节算法是采用模糊规则进行PID调节的一种新型算法，在误差大时，运用模糊算法调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用改进后的PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。具有无超调、高精度、参数确定简单、对复杂对象也能获得较好的控制效果等特点。其整体调节效果比一般PID算法及模糊调节算法均更优越。
自整定是让温控器执行ON/OFF（位式）控制，经2－3次振荡周期后仪表内部微处理器根据位式控制产生的震荡，分析其周期、幅度及波形来自动计算出M5、P、T等控制参数。
系统在不同给定值下整定得出的参数值不完全相同，执行自整定功能前，应先将给定值设置在最常用值或是中间值上，如果系统是保温性能好的电炉，给定值应设置在系统使用的最大值上，再执行启动自整定的操作功能。参数CtI（控制周期）及dF（回差）的设置，对自整定过程也有影响，一般来说，这2个参数的设定值越小，理论上自整定参数准确度越高。但dF值如果过小，则仪表可能因输入波动而在给定值附近引起位式调节的误动作，这样反而可能整定出彻底错误的参数。推荐CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要学习的原因，自整定结束后初次使用，控制效果可能不是最佳，需要使用一段时间（一般与自整定需要的时间相同）后方可获得最佳效果。如果系统是保温性能好的电炉，给定值应设置在系统使用的最大值上，再执行启动自整定的操作功能。参数CtI（控制周期）及dF（回差）的设置，对自整定过程也有影响，一般来说，这2个参数的设定值越小，理论上自整定参数准确度越高。但dF值如果过小，则仪表可能因输入波动而在给定值附近引起位式调节的误动作，这样反而可能整定出彻底错误的参数。推荐CtI=0-2，dF=2.0。此外，基于需要学习的原因，自整定结束后初次使用，控制效果可能不是最佳，需要使用一段时间（一般与自整定需要的时间相同）后方可获得最佳效果。
AI仪表的自整定功能具备较高的准确度，可满足超过90%用户的使用要求，但由于自动控制对象的复杂性，对于一些特殊应用场合，自整定出的参数可能并不是最佳值，所以也可能需要人工调整MPT参数。
人工调整时，注意观察系统响应曲线，如果是短周期振荡（与自整定或位式调节时振荡周期相当或略长），可减小P（优先），加大M 5及t；如果是长周期振荡（数倍于位式调节时振荡周期），可加大M 5（优先），加大P，t；如果无振荡而是静差太大，可减小M 5（优先），加大P；如果最后能稳定控制但时间太长，可减小t（优先），加大P，减小M 5。调试时还可用逐试法，即将MPT参数之一增加或减少30~50%，如果控制效果变好，则继续增加或减少该参数，否则往反方向调整，直到效果满足要求。一般可先修改M 5，如果无法满足要求再依次修改P、t和ctI参数，直到满足要求为止。
4.3积分常数：M 5参数PID调节的积分时间起相同的作用，参数原理定义
M5 、P、t、CtI等参数为AI人工智能调节算法的控制参数，对位式调节方式（CtrL=0时），这些参数不起作用。M 5 定义为输出值变化为5％时，控制对象基本稳定后测量值的差值。5表示输出值变化量为5%，同一系统的M 5参数一般会随测量值有所变化，应取工作点附近为准。例如某电炉温度控制，工作点为700℃，为找出最佳M 5值，假定输出保持为50％时，电炉温度最后稳定在700℃左右，而55％输出时，电炉温度最后稳定在750℃左右。则：M 5＝750-700＝50.0（℃）。M 5值越小，系统积分作用越强。M 5值越大，积分作用越弱（积分时间增加）。
4.4比例带参数：速率参数原理定义
P与每秒内仪表输出变化100％时测量值对应变化的大小成反比，当CtrL=1或3时，其数值定义如下：
P＝1000÷每秒测量值升高值（测量值单位是0.1℃或1个定义单位）
如仪表以100％功率加热并假定没有散热时，电炉每秒升1℃，则：
P＝1000÷10＝100
P值类似PID调节器的比例带，但变化相反。P值越大，比例、微分作用成正比增强，而P值越小，比例、微分作用相应减弱。P参数与积分作用无关。
当CtrL=4时：P参数设置将增大10倍，以上的例子中应设置P=1000。
4.5 微分常数：滞后时间参数t原理定义
对于工业控制而言，被控系统的滞后效应是影响控制效果的主要因素，系统滞后时间越大，要获得理想的控制效果就越困难，滞后时间参数t是AI人工智能算法相对标准PID算法而引进的新的重要参数，AI系列仪表能根据t参数来进行一些模糊规则运算，以便能较完善地解决超调现象及振荡现象，同时使控制响应速度最佳。
t定义为假定没有散热，电炉以某功率开始升温，当其升温速率达到最大值63.5％时所需的时间。AI系列仪表中t参数值单位是秒。
t参数的正确设定值与PID调节中微分时间相等。
如果设置t≤CtI时，系统的微分作用被取消。
4.6参数设置
温控器输出方式与周期选择
输出方式选加热制冷双输出，主输出控制对象一般选固态继电器SSR；辅助选无触点开关WI模块控制电磁阀或风扇。塑机中的温度下降速度是相当缓慢的，降温要采用制冷控制,输出下限DIL－100；输出上限DLH100
输出周期CtI参数值可在(0.5~125)×0.5秒（0表示输出周期为0.25秒）之间设置，它反映仪表运算调节的快慢。采用SSR、可控硅或电流输出时一般建议设置为0.5~3秒。输出尽量采用无触点输出W1模块，当输出采用继电器开关输出L4时或是采用加热/冷却双输出控制系统中，短的控制周期会缩短机械开关的寿命或导致冷/热输出频繁转换启动，周期太长则使控制精度降低，因此一般在15-40秒之间，建议CtI设置为系统滞后时间的1/4~1/10左右，但数值最大不应超过60秒（CtI=120）。
AI-808PAGW1L2L2S调节器参数 表图4
五、结束语：
1双螺杆挤出机中，必须采用加热制冷双输出控制，此时执行自整定功能At的动作，控制才能得到保证。
2 在执行自整定的系统中，建议先执行整定功能，除非控制效果不足，才考虑手动调整M5、P、T的方式。
