贝加莱|消除内耗——温控节能中5个妙招- 工业快报

内耗普遍存在

　　内耗是一种非常需要被消除的存在，它通常会让我们投入很多能量却并未被有效的用于真正的做功。就拿最为普遍的温度控制来说，在很多机器控制中，虽然看上去加热的目标是达到设定的目标，且也能保持一定精度，但是，却常常有看不到的内耗隐藏其中。

　　在塑料工业里，注塑、挤出、吹瓶、吹膜这类热成型类应用中，能源消耗占据了高达60%的制品成本。而这些设备通常又需年累月的生产，因此，在这个环节中，若是1%的能耗节省，对于每个制品厂而言，就是大量的成本可被转为利润。对于机器制造商而言，若能够设计出能耗更低的设备，则更为市场所青睐。

温度控制中的节能诀窍

　　节能，三条路，其一、工艺节能，通过工艺过程控制来实现最有效的节能，其二、设备节能，采用更为有效的节能方法如更高能效比的变频器、伺服驱动器、伺服泵技术，其三、管理节能，即，更为有效的动力系统管理，如变压器的温升、三相均衡、无功功率的管理等。

　　而三种节能道路中，设备节能与管理节能通常易于被实施，而工艺节能占比较高，而且通常会有很多内耗其中不易被有效实现。

图1-贝加莱温度控制算法

　　图1为贝加莱温度控制（mappTemperature）算法之策略架构，即，通过参数整定，为PID控制器提供滤波、前馈、轨迹多个参数寻优，并输出控制加热/冷却物理对象执行-其中有众多诀窍，蕴藏其中。

　　妙招1：消除不必要的努力

　　人们常说“不要试图通过战术上努力来弥补战略上的欠缺”，温度控制策略的设计对于节能也很关键。凡是有过驾车经验的人都知道，频繁的启停最是耗油。踢球的人也知道，频繁的变向跑过人最消耗体力。那么，同样道理，如果控制系统在温度调节的时候，总是看到一点风吹草动，就开始努力干活，那么，就会让系统不断处于调节中，这就相当于车的频繁启停或人的频繁变向加减速，PID的调节大家都知道，如此频繁，就会导致系统因为频繁调节而带来能耗过大。

　　因此，在温度控制中，增加Kalman滤波环节，使得不合适的输入测温度受到的干扰被滤除，降低不必要的调节过程，进而节省能耗。

　　“就这”？

　　其实，要做到这一点，需要具备①高级算法支持能力-这得益于贝加莱控制器的复杂算法支持能力，②对工艺过程的丰富工程经验积累，了解贝加莱的都知道，贝加莱耕耘塑料行业超过30余年。

　　妙招2：给温控加个涡轮增压器

　　汽车通常发动机有T系列，即涡轮增压器，它通过将燃烧腔里的多余热量回收，又用于燃烧腔内的温度保持，这一简单设计即可增强燃油的使用效率大幅提高，同样道理-温度控制也可以增加这个类似涡轮增压的设计，即，前馈控制，通过前馈，能够使得PID的调节速度不必经过长时间的收敛，快速达到设定温度，进而获得能耗的节省。

　　当然，汽车的涡轮增压发动机还是要增加物理的成本，而对于贝加莱的温度控制而言，这是软件意义的增压器-一个前馈算法，仍然运行在Intel X86架构的高性能处理器上，无需额外增强处理器能力，不仅充分利用了CPU算力，也提高了温度控制效率。

　　妙招3：解耦-消除相互的干扰

　　像注塑机、挤出机这些机器，它们还有一个内耗来源，就是相互的干扰-因为通常螺杆在挤出过程中，加热并非只有一个温区，少则4个多则10余个。那么，他们之间就会相互干扰，这种干扰就会带来“内耗”，因此，必须要有行之有效的“解耦”控制策略来解决问题。

　　塑料工业被控对象通常包含多个温度的情况，各个温区负载大小不同，加热时间不同，负载同步加热可以让各个负载同时达到设定温度，避免有的温区先到达了设定温度，但相邻温区还在加热中，会对其温度稳定造成影响。

　　妙招4：对冲

　　对于包含加热与冷却系统的温控而言，尽管看上去温控的目标是达到的，但是，由于加热与冷却对冲带来的“内耗”无法被有效控制，而导致了其间的能源消耗无法被有效控制。而贝加莱的温控对此予以策略性实现，即，通过对加热和冷却的变化率影响获得占空比的差异-利用对冲中的价值权衡（加热/冷却成本），进而有效的调节，从而消除这种内耗带来的能源消耗。

　　妙招5：精准控制最节能

　　工艺控制，肯定首先要满足品质的需求，然后要保障节能。就是既要品质，又要节能-这两者之间总是那么看上去不好协调。

　　对于热成型工艺中的温控来说，为了获得更好的能源分配，必须在不同的阶段（如加热、保温、冷却）给予不同的温度来降低不必要的能耗，这种会让设定值发生变化。传统PID容易产生过冲，贝加莱通过温度的轨迹曲线生成，系统会严丝合缝的方式沿着如图2所示的斜坡来加热，精准控制自然获得精准的能源消耗，不多不少最好不过。

能用与好用的温度控制的差异？

　　“能用”和“好用”实际上是两个世界的事情。因为，数字有时候会有一定的遮蔽性，在直观的意义上-要达到所需的温度设定并不难，但是，好用就包含了更多的需求：

　　01 它是否具有良好的适应性？

　　贝加莱温度控制，设计了非常好的自学习方式的参数整定，对滤波、前馈、PID参数，结合物理对象，构成完整的整体。融合了物理与数据驱动，实现温度的智能控制，具有产品的适应性高，温度精度高、无超调、平滑斜坡跟踪能力。

　　02 它是否节能？

　　在本文谈到了五个妙招，都是经由大量的生产实践不断迭代而成，被全球知名的塑料机械制造商验证过的高可用性算法。

　　03 它是否易于使用？

　　通过mappTemperatue，它可以与mappVIEW形成良好的用户友好交互，配置参数及生产场景。

　　04 在出错时候，它是否更易于定位问题？

　　mapp模块包括大量的报警、趋势等，并可以通过可视化方式呈现。系统内嵌的Web Service、OPC UA可以让机器在远程被有效的定位，为机器制造商远程维护与诊断提供高效支撑。

什么是Know-How？

　　Know-How这个东西，最大的特点就是“心有灵犀一点通”，有时候，人们总是在问，什么是机器的智能？其实，机器的智能是人赋予的。即便是机器，也是像人学习的—而这里，就蕴含着工程师的经验积累。