欧姆龙PLC在叶片成型模具多路温度控制中的应用(2)

该多路温度控制系统的主要控制元件选型清单见表2。所配备的控制装置最多支持68个单回路的温度控制。

4.2 流程控制的设计

该控制系统的实现通过在欧姆龙工控组态软件cx-programmer上进行应用系统开发来完成。基于组态软件开发的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略5个部分构成。具体成型过程的控制流程示意图如图4所示，由图4可知，通过传感器测量和温度采集模块采集到的各单回路实时温度值均存入实时数据库，用户在主控窗口中调出实时数据库即可观察到各单回路的当前温度值，从而对温度异常点做出相应的处理。温度采集模块与输出控制模块的运行状态可以通过设备窗口得知。与此同时，图4中叶片模具成型过程的每一个阶段里，温升与恒温保持等流程均以相应的控制策略存储在应用系统中，即在每一阶段运行相应的控制策略以实现预期的成型流程。用户通过用户窗口可以得知当前成型过程所处阶段的系统状态，当用户窗口出现图4中所示的报警信息时，用户可以根据所显示的报警信息手动进行各通道的加热升温、冷却降温、恒温保持、启动和停止等一系列动作。最终使每一个阶段的成型过程满足工艺要求。用户应用系统5个部分具体的结构组成如下。

系统框架在主控窗口中构建。实时数据库是系统核心，用于管理所有的实时数据。该系统中共建立了140个数据对象，包括4个系统内建数据对象、最多支持68个单回路，共136个温度控制点的实时温度数据和加热冷却的温度控制阀值、开关型的控制参数以及组对象等。这些数据对象根据其实现功能的不同分别被赋予不同的属性。

设备窗口中定义了数据采集模块cj1w-ad04u和输出控制模块cj1w-od211，数据采集模块的4个通道分别与温度控制点实时温度数据连接，输出控制模块的16通道与加热及冷却的开关型控制参数相连接。

用户窗口用于实现数据与流程的可视化。主界面显示当前的温度值、设定的模具型腔恒温控制精度，模具型面温度偏差以及当前的控制状态；设计了曲线显示窗口分别显示每个温度控制点和组对象的实时曲线和历史曲线；温度控制点设置和温度运行控制窗口通过HMI的实时显示后可以供操作员手动进行各通道的加热升温、冷却降温、恒温保持、启动和停止等一系列动作。每个单回路在工控组态软件中的控制逻辑组态图见图5。

4.3 控制策略与精度分析

由于对所有单回路都要实时保持着准确的测量、pid控制和良好的人机对话接口，所以必需要有一套合理的控制算法。对于图4中所示的控制流程通过定义相应的运行策略来实现。对于每一路的电阻丝加热或冷却进行单独控制的时间循环通过设计如下的循环策略并编写脚本程序实现，当控制点初始温度小于所处阶段的加热阀值时，启动加热；当实测温度值达到该阶段的加热阀值时，相应的固态继电器断开，停止加热。模具的保温主要通过运行报警策略控制电阻加热丝的开关得以实现。

与此同时，由于pid只能输出mv值，即0~100%的模拟量信号，在控制系统中使用了cj1g-cpu45h-p模块型PLC的tpo指令作为占空比计算工具，即可将对应的mv值转换为开关量的开关on/off状态，从而实现了对执行机构的控制。

对于实时温度测量传感器而言，本温控系统采用的e52-p10ae型pt100精确度属于b级，它的测量温度误差Δt=±（0.3+5×10-3t），因此其测温误差足以满足±0.7℃的温度测量误差要求。同时由于系统设计的中断控制程序能够保证对所有单回路进行控制操作的实时性，所以可以满足叶片模具成型过程中各分区型腔内对温度±2℃的静态偏差要求以及模具型面温升过程中不大于4℃的动态偏差要求。

占空比系数是根据测量值与设定值的偏差大小、加热速率确定的，偏差越大，占空比越大，加热时间就越长。待下次的测量值出现，重新调节占空比，直到达到恒温阶段，这个时候系统的加热/冷却达到平衡。若恒温过程中出现干扰时，如环境突然的变化破坏了恒温阶段平衡，此时系统会自动地调节占空比，使之重新达到平衡。

4 结束语

本文将欧姆龙plc应用于风电叶片成型模具多路温度控制当中，所设计的控制系统结构稳定，成本低廉，安全可靠。以欧姆龙模块型plc及相应外围元件构成硬件环境，以pid为基本控制算法的支持软件，对多路温度的测量、流程控制与控制算法进行了有效的设计，保证了测量、控制的实时性，不会因为路数过多而影响控制精度。可以有效解决温升与恒温过程中各区之间温度不均匀的问题。分析结果表明，cj1g-cpu45h-p模块型plc可以满足对叶片成型模具多路温度的控制要求，在相关领域具有良好的应用前景。