內(nèi)耗是一種非常需要被消除的存在，它通常會讓我們投入很多能量卻并未被有效的用于真正的做功。就拿最為普遍的溫度控制來說，在很多機器控制中，雖然看上去加熱的目標是達到設(shè)定的目標，且也能保持一定精度，但是，卻常常有看不到的內(nèi)耗隱藏其中。

　　文/貝加萊工業(yè)自動化(中國)有限公司

　　在塑料工業(yè)里，注塑、擠出、吹瓶、吹膜這類熱成型類應用中，能源消耗占據(jù)了高達60%的制品成本。而這些設(shè)備通常又需年累月的生產(chǎn)，因此，在這個環(huán)節(jié)中，若是1%的能耗節(jié)省，對于每個制品廠而言，就是大量的成本可被轉(zhuǎn)為利潤。對于機器制造商而言，若能夠設(shè)計出能耗更低的設(shè)備，則更為市場所青睞。

　　1 溫度控制中的節(jié)能訣竅

　　節(jié)能，一般有三條“路”，其一、工藝節(jié)能，通過工藝過程控制來實現(xiàn)最有效的節(jié)能，其二、設(shè)備節(jié)能，采用更為有效的節(jié)能方法如更高能效比的變頻器、伺服驅(qū)動器、伺服泵技術(shù)，其三、管理節(jié)能，即，更為有效的動力系統(tǒng)管理，如變壓器的溫升、三相均衡、無功功率的管理等。

　　而三種節(jié)能“道路”中，設(shè)備節(jié)能與管理節(jié)能通常易于被實施，而工藝節(jié)能占比較高，而且通常會有很多內(nèi)耗其中不易被有效實現(xiàn)。

圖1 貝加萊溫度控制算法

　　圖1為貝加萊溫度控制(mappTemperature)算法之策略架構(gòu)，即，通過參數(shù)整定，為PID控制器提供濾波、前饋、軌跡多個參數(shù)尋優(yōu)，并輸出控制加熱/冷卻物理對象執(zhí)行-其中有眾多訣竅，蘊藏其中。

　　(1)妙招1：消除不必要的努力

　　人們常說“不要試圖通過戰(zhàn)術(shù)上努力來彌補戰(zhàn)略上的欠缺”，溫度控制策略的設(shè)計對于節(jié)能也很關(guān)鍵。凡是有過駕車經(jīng)驗的人都知道，頻繁的啟停最是耗油。踢球的人也知道，頻繁的變向跑過人最消耗體力。那么，同樣道理，如果控制系統(tǒng)在溫度調(diào)節(jié)的時候，總是看到一點風吹草動，就開始努力干活，那么，就會讓系統(tǒng)不斷處于調(diào)節(jié)中，這就相當于車的頻繁啟?；蛉说念l繁變向加減速，PID的調(diào)節(jié)大家都知道，如此頻繁，就會導致系統(tǒng)因為頻繁調(diào)節(jié)而帶來能耗過大。

　　因此，在溫度控制中，增加Kalman濾波環(huán)節(jié)，使得不合適的輸入測溫度受到的干擾被濾除，降低不必要的調(diào)節(jié)過程，進而節(jié)省能耗。

　　“就這”?其實，要做到這一點，需要具備：①高級算法支持能力——這得益于貝加萊控制器的復雜算法支持能力，②對工藝過程的豐富工程經(jīng)驗積累，了解貝加萊的都知道，貝加萊耕耘塑料行業(yè)超過30余年。

　　(2)妙招2：給溫控加個渦輪增壓器

　　汽車通常發(fā)動機有T系列，即渦輪增壓器，它通過將燃燒腔里的多余熱量回收，又用于燃燒腔內(nèi)的溫度保持，這一簡單設(shè)計即可增強燃油的使用效率大幅提高，同樣道理-溫度控制也可以增加這個類似渦輪增壓的設(shè)計，即，前饋控制，通過前饋，能夠使得PID的調(diào)節(jié)速度不必經(jīng)過長時間的收斂，快速達到設(shè)定溫度，進而獲得能耗的節(jié)省。

　　當然，汽車的渦輪增壓發(fā)動機還是要增加物理的成本，而對于貝加萊的溫度控制而言，這是軟件意義的增壓器——一個前饋算法，仍然運行在Intel X86架構(gòu)的高性能處理器上，無需額外增強處理器能力，不僅充分利用了CPU算力，也提高了溫度控制效率。

　　(3)妙招3：解耦，消除相互的干擾

　　像注塑機、擠出機這些機器，它們還有一個內(nèi)耗來源，就是相互的干擾——因為通常螺桿在擠出過程中，加熱并非只有一個溫區(qū)，少則4個多則10余個。那么，他們之間就會相互干擾，這種干擾就會帶來“內(nèi)耗”，因此，必須要有行之有效的“解耦”控制策略來解決問題。

　　塑料工業(yè)被控對象通常包含多個溫度的情況，各個溫區(qū)負載大小不同，加熱時間不同，負載同步加熱可以讓各個負載同時達到設(shè)定溫度，避免有的溫區(qū)先到達了設(shè)定溫度，但相鄰溫區(qū)還在加熱中，會對其溫度穩(wěn)定造成影響。

　　(4)妙招4：對 沖

　　對于包含加熱與冷卻系統(tǒng)的溫控而言，盡管看上去溫控的目標是達到的，但是，由于加熱與冷卻對沖帶來的“內(nèi)耗”無法被有效控制，而導致了其間的能源消耗無法被有效控制。而貝加萊的溫控對此予以策略性實現(xiàn)，即，通過對加熱和冷卻的變化率影響獲得占空比的差異-利用對沖中的價值權(quán)衡(加熱/冷卻成本)，進而有效的調(diào)節(jié)，從而消除這種內(nèi)耗帶來的能源消耗。

　　(5)妙招5：精準控制最節(jié)能

　　工藝控制，肯定首先要滿足品質(zhì)的需求，然后要保障節(jié)能。就是既要品質(zhì)，又要節(jié)能——這兩者之間總是那么看上去不好協(xié)調(diào)。

圖2 通過溫度的軌跡曲線生成，系統(tǒng)會嚴絲合縫地沿著所示的斜坡加熱，精準控制能源消耗

　　對于熱成型工藝中的溫控來說，為了獲得更好的能源分配，必須在不同的階段(如加熱、保溫、冷卻)給予不同的溫度來降低不必要的能耗，這種會讓設(shè)定值發(fā)生變化。傳統(tǒng)PID容易產(chǎn)生過沖，貝加萊通過溫度的軌跡曲線生成，系統(tǒng)會按照嚴絲合縫的方式沿著如圖2所示的斜坡來加熱，精準控制自然獲得精準的能源消耗，不多也不少是最好不過。

　　2 能用與好用的溫度控制的差異?

　　“能用”和“好用”實際上是兩個世界的事情。因為，數(shù)字有時候會有一定的遮蔽性，在直觀的意義上，要達到所需的溫度設(shè)定并不難，但是，好用就包含了更多的需求：

　　(1)它是否具有良好的適應性?

　　貝加萊溫度控制，設(shè)計了非常好的自學習方式的參數(shù)整定，對濾波、前饋、PID參數(shù)，結(jié)合物理對象，構(gòu)成完整的整體。融合了物理與數(shù)據(jù)驅(qū)動，實現(xiàn)溫度的智能控制，具有產(chǎn)品的適應性高，溫度精度高、無超調(diào)、平滑斜坡跟蹤能力。

　　(2)它是否節(jié)能?

　　在本文談到了五個妙招，都是經(jīng)由大量的生產(chǎn)實踐不斷迭代而成，被全球知名的塑料機械制造商驗證過的高可用性算法。

　　(3)它是否易于使用?

　　通過mappTemperatue，它可以與mappVIEW形成良好的用戶友好交互，配置參數(shù)及生產(chǎn)場景。

　　(4)在出錯時候，它是否更易于定位問題?

　　mapp模塊包括大量的報警、趨勢等，并可以通過可視化方式呈現(xiàn)。系統(tǒng)內(nèi)嵌的Web Service、OPC UA可以讓機器在遠程被有效的定位，為機器制造商遠程維護與診斷提供高效支撐。

　　3 什么是Know-How?

　　Know-How這個東西，最大的特點就是“心有靈犀一點通”，有時候，人們總是在問，什么是機器的智能?其實，機器的智能是人賦予的。即便是機器，也是像人學習的—而這里，就蘊含著工程師的經(jīng)驗積累。

　　很多時候，人們似乎更喜歡所謂的“高科技”、認為越是前沿的東西就越先進，但是，制造業(yè)更需要的是靜下心來不斷打磨產(chǎn)品的工匠精神。他們總是在現(xiàn)場，與機器打交道、與各種材料、各種千奇百怪的客戶需求打交道，不斷的測試，進而形成了他們對于機器的理解，對于工藝的理解，成為一個專家。

　　這些專家，在貝加萊不但能解決問題，還能把這種經(jīng)驗通過建模的方式，形成應對各種變化的模型，進而通過軟件的模塊化封裝成為可被廣泛客戶應用的模塊——所謂工業(yè)軟件，正來自于此，來自于這些在一線的工程師他們的辛勤、他們的智慧、他們?yōu)楫a(chǎn)業(yè)的付出。