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工业自动化 许志胜 等·西门子 S7-1500 的 PID 温度控制在挤出机上的应用
2.3 选型依据及理论计算 温度的精确。这里主要阐述熔体的温度控制。
此套挤出机设备的 PLC 系统选择的是西门子 熔体温度的控制精度，一方面取决于温度采集的
SIMATIC ET200SP 系列，主要考虑到以下几点 ： 精度，即 PID 反馈信号的精度 ；另一方面取决于执行
（1）西门子 PLC 集成有 PID 控制功能的 CPU 有 器的响应时间，响应越快，精度越高 ；第三个最重要
很多种，包括 S7-200 smart，S7-1200，S7-300， 的因素是闭环控制的 PID 参数是否合适。合适的 PID
S7-1500 等 等。S7-200 smart 最多可实现 8 路 PID 能够保证超调小，进入稳态速度快，偏差小 ；前 2 个
控制 ； S7-1200 推荐不超过 16 路 PID 控制 ； S7-300 因素为客观因素，第 3 个因素为主观因素，由调试者
集成的 PID 功能调试复杂，而且 S7-300 会逐渐被 设定 PID 参数，这也是挤出机控制的难点。
S7-1500 替代。此套挤出机的 PID 控制回路已经超过 熔体的温度控制分为 3 个区，机筒区，法兰区，
16 路，综合考虑使用 S7-1500 系列 CPU 比较合适。 模具区。其中，机筒区包括电阻丝加热和风机冷却，
（2）S7-1500 系列 CPU 有很多种，包括标准 法兰区与模具区只有电阻丝加热。
型，紧凑型，分布式等等，从安装空间及节约成本上 机筒区，法兰区，模具区的温度反馈，采用的是
考虑，使用分布式 CPU 最为合适。分布式 CPU 有 2 2 线制 K 型的热电偶进行测量。
种，CPU 1510SP-1 PN 及 CPU 1512SP-1 PN, 考虑 机筒区，法兰区，模具区的加热，使用固态继电
到 PID 控制需要较高的运算速率，以及设备以后的扩 器控制电阻丝的通断。作为执行器，固态继电器较之
展升级，选择 CPU 1512SP-1 PN 比较合适。 普通继电器可靠性更高 , 且无触点、寿命长、速度快。
尤其是可以快速通断的特点，十分适合于 PID 控制的
3 挤出机控制系统功能、指标和关键点 PWM 输出。
3.1 控制系统实现的功能 机筒区的冷却，通过采用交流接触器，控制 3 相
挤出机的控制对象主要有 2 个 : ①驱动螺杆的主 交流 250 W 的风机直吹机筒来实现。作为执行器，交
电机 : 螺杆主电机由 G120 变频器控制，要保证主电 流接触器响应速度慢，不宜采用 PWM 控制，只宜采
机运行时速度平稳 , 从而保证熔体的压力恒定 ; ②机筒 用短时吹冷，如图 5 所示。
区、法兰区、模具区熔体的温度 : 熔体依靠固态继电
器的导通控制电阻丝加热来提高温度。而固态继电器
的导通是由 CPU 的温度 PID 输出控制的。同时机筒
熔体温度还受外部冷却风机的影响。
3.2 设备的性能指标
挤出机的性能指标主要有以下 2 个：
（1）熔体压力 ：根据原料的不同，要求的熔体
压力也不一样，一般范围在 16~30 MPa，精度要求
±1MPa 压力过高会降低生产效率，增加能耗比 ；压力
过小则制品不利于成型。
（2）熔体温度 ：聚烯烃的熔体温度一般不超过
230℃，超过此极限，材料的热降解严重，影响管材
的质量。温度过低，物料塑化不好，成型产品表面粗糙。
熔体温度的控制精度要求 ±5℃。 图 5 挤出机的风机及热电偶
机筒轴线方向上各点温度的分布 ：
4 挤出机 PID 温控控制系统的调试
机筒第一段 ： 80~100℃；
4.1 S7̺1500 中集成的 PID 工艺对象
第二段到第六段 ： 175~200℃；
由图 6，在 S7-1500 的 PID 工艺对象中集成有
机头 ： 190~220℃。
3 种 PID 控 制，PID_Compact、PID_3Step，PID_
3.3 控制关键点及难点
Temp。PID_Compact 工艺对象可实现一个集成优化
挤出机控制的关键点在于主机速度的稳定及熔体
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