基于PID控制算法的热拉伸试验设备.pdf

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1、第24卷第1期2011年1月机电产品开簋与钏新Development＆InnovationofMH‘’hinery&ElectricalProductsV01．24．No．1Jan．．2011文章编号：1002—6673(201I)OI一085-02基于PID控制算法的热拉伸试验设备桑永刚1．李晋芳2(i．苏州T业园Ⅸ城市照明管理有限公司，江苏苏州215000；2．伟刨力电子技术(苏州)有限公司。江苏苏州215000)摘要：在高分子材料的研静J生产实验过程中，需要对材料在特定的温度下面进行拉伸实验。本设计即是针对拉伸材料的特殊需要设计的专用设备

2、。利用PID控制算法控制温度与拉伸速度，在实际的工业得到了广泛的应用。关键词：PID；变频电机；热拉伸中图分类号：TP27文献标识码：Adoi：t0．3969／j．issn．1002—6673．2011．01．0330引言当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括i部分：测量、比较和执行。测量关心的变量与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。这一理论和应用自动控制的关键是．做出正确的测域和比较后．如何才能更好鲍纠正系统flj。在PVA等高分子材料的研制生产实验中。产品需要在特定的温度下加热，并在加热的同时对其进行托伸。从

3、而验证其托伸性能。实验设备对于温度。速度，拄力等要求都较为严格．本设计能在很短的时间内达到预设温度。并能恒定的保持温度，同时托伸材料。具有调温范嗣大，稳定性好，精度高等特点。1系统要求根据实验系统的目的。用户对本设计提出了如下要求：控制拉伸速度：O．3一Ira／rain．可调节；控制拉伸行程：1．Om；拉伸测试托力：lOkg，精度±10％；控制托伸温度：拉伸0-250℃，精度±l℃；定型200陀，精度±3℃。控制方式具备自动、手动和暂停功能。根据系统要求对于本系统提出如下总体方案的设计。本系统利用PID控制来对温度检测和反馈，在同时通过微处理器

4、处理。最后控制变频器马Ⅸ动变频电机运行从而带动丝杠螺世副带动被测材料进行设定距离的拉伸运动。本系统的特点是：设定温度与拉力后，能够自动控制．并狂拉伸T程中能很好的柠制加热室和保温室的温度的恒定。从而满足实验需要要求。收稿日期：2010-12-15作者简介：桑永刚(1977-)。男，本科学历，现任苏州工业因区城市照明管理有限公司部门经理．中级职称。主要研究方向：机电设备控制。j根据用户以上要求。结合精度与稳定性的情况提出如下方案：(D热拉伸动力驱动，考虑到用户实际使用l情况，采用目前市场上性价比较高的变频电机+减速器+变频器可满足速度与精度的要求

5、；②利用编码器监测电f机转速获得拖动行程位置(1m范嗣内的任意‘位置’)；l(勤温度控制选用两个相互独立实时控制性能较好的温度控制器稳定设定温度；④全局控制利用微处理器协调控制各输入输出设备，整体控制方案如图1所示。2硬件选择r1．．一聃一。琴ff柚鲁毫鲁-毫=o。。f=：。．}根据系统的要求及总体设计，对控制箱(如图2)的各部分进行选择。微控制器选掸的AT8机．温度控器选择’rz4M度控制器．度传感器选ptl00加热采定做的加热阻丝．变频器闰2控制箱组成与电机采用安川变频电机系统．为了有较好的人机交互性．显示采用操作面板控制，由数码管．发光二

6、极管及按键组成。系统各部分之间采用串口通讯控制．可靠性高。强大、低价位的AT89S5l单片机可灵活应用于各种控制场合121。(1)TZ4M温度控制器特性介绍：双重PID功能是快速应答型和慢速应答型。快速应答型是具有很快的应答特性。使用于到达目标数值时需最短的时间．慢速应答型是到达目标数值时多少有点慢．使用于需最小的过85．产品与市场·调量。实现高精度：各输入最大值为标准，实现±0．3％的高精度。多输入功能：温度传感器(热电偶，测温阻抗体)和传感变化器(模拟型)等15种多输入功能。辅助输出功能：内装EVENTl，EVENrll2两种辅助输出，具有

7、LBA，SBA．ALARM等9种选择方式。(2)PTl00是铂热电阻特性介绍：ptl00是铂热电阻．它的阻值跟温度的变化成正比。PTl00的阻值与温度变化关系为：当FFl00温度为0。C时它的阻值为100[1．在1000C时它的阻值约为138．511。它的工业原理：当PTl00在00C的时候他的阻值为1001"Z，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。(3)变频电机介绍：安川交流变频调速器主要用于三相异步交流电机。用于控制和调节电机速度。当电机的T作电流频率低于50Hz的时候，会节省电能，因此变频器是国家号召提侣推广的节能产品之一。(4)操作面

8、板：操作面板为了使用户能够更好的使用该设备，具有温度，速度，行程，计时等显示，采用七段数码管显示，并有相应的设置按键．具体面板如图3所示。3控制算法具