可編程計(jì)算機(jī)控制器在塑料擠出機(jī)中的應(yīng)用

茅建賢

（中山大學(xué)軟件學(xué)院，廣東省廣州市 510009）

可編程計(jì)算機(jī)控制器在塑料擠出機(jī)中的應(yīng)用

茅建賢

（中山大學(xué)軟件學(xué)院，廣東省廣州市 510009）

綜述了可編程計(jì)算機(jī)控制器在塑料擠出機(jī)中的應(yīng)用。塑料擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速按加工工藝和條件確定，功率通常采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算；塑料擠出機(jī)在最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速時(shí)保持相同的轉(zhuǎn)矩，可使塑料擠出機(jī)的功效達(dá)到最高；矢量變頻控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)塑料擠出機(jī)的閉環(huán)控制，提高了轉(zhuǎn)速控制的精度，并增加了塑料擠出機(jī)的扭矩。運(yùn)用可編程控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)塑料擠出機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行，擠出機(jī)運(yùn)行平衡、生產(chǎn)效率高且操作簡(jiǎn)便，安全可靠。

塑料 可編程計(jì)算機(jī)控制器 擠出機(jī) 通信 轉(zhuǎn)速

可編程控制器應(yīng)用在塑料擠出機(jī)上由來(lái)已久，但不能高效率地帶動(dòng)擠出機(jī)運(yùn)行，為改善這種弊端，必須在常規(guī)基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新改革，從而更好地適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展[1]。塑料擠出機(jī)的發(fā)展已經(jīng)有近百年的歷史，可加工各類(lèi)聚合物，在塑料加工中處于重要地位，用其加工的塑料品種占所有塑料品種的30%，在塑料生產(chǎn)中廣泛使用。隨著擠出機(jī)的發(fā)展，其加工的聚合物種類(lèi)也越來(lái)越多，塑料制品的形式也日益豐富，擠出機(jī)得到改進(jìn)后，其設(shè)備朝著大型化發(fā)展，且生產(chǎn)效率提高，使塑料的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)智能化。塑料擠出機(jī)的設(shè)計(jì)流程并不復(fù)雜，在使用過(guò)程中不會(huì)有太多流程，而且成本較低。隨著塑料業(yè)的不斷發(fā)展，在加工新型高分子聚合物時(shí)，這種擠出機(jī)就存在一定的局限性。生產(chǎn)中最常用的是單螺桿擠出機(jī)，單螺桿擠出機(jī)在擠出塑料的過(guò)程中主要是運(yùn)用摩擦力，但這會(huì)導(dǎo)致塑料性能下降[2-3]。而且，在塑料加工過(guò)程中，單螺桿擠出機(jī)的排氣效果不好，不適用于那些需要高熱量加工的塑料。本文主要針對(duì)塑料擠出機(jī)的工作特點(diǎn)進(jìn)行深入的分析，探討可編程計(jì)算機(jī)控制器在塑料擠出機(jī)中的應(yīng)用。

1 塑料擠出機(jī)主機(jī)的特點(diǎn)

1.1 塑料擠出機(jī)的工作特點(diǎn)

塑料擠出機(jī)主機(jī)的作用是帶動(dòng)擠出機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使螺桿能滿(mǎn)足轉(zhuǎn)速條件，以規(guī)定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，從而完成塑料的擠出過(guò)程。在擠出過(guò)程中，塑料擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速提高，其功率會(huì)增大；但由于加工的塑料不同，有些塑料在加工過(guò)程中不需要較快的轉(zhuǎn)速，而有些則需要較快的轉(zhuǎn)速。所以，為使塑料擠出機(jī)功效達(dá)到最高，就必須使擠出機(jī)在最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速時(shí)盡量保持相同的轉(zhuǎn)矩。

1.2 塑料擠出機(jī)的功率

塑料擠出機(jī)的功率受很多不確定因素的干擾，目前，還沒(méi)有一個(gè)函數(shù)公式能夠精確地計(jì)算塑料擠出機(jī)的功率。通常采用經(jīng)驗(yàn)公式P=Kbn計(jì)算（其中，P是功率，K是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，b是螺桿直徑，n是螺桿轉(zhuǎn)速）。

1.3 塑料擠出機(jī)轉(zhuǎn)速確定

塑料擠出機(jī)要實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，還要確保其轉(zhuǎn)速在合理范圍。為提高塑料加工效率，要調(diào)整塑料擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速，從而使擠出塑料制品的質(zhì)量得以保障。在加工過(guò)程中，確定塑料擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速十分必要，因?yàn)槠渑c塑料擠出機(jī)加工材料的類(lèi)型、生產(chǎn)效率、功率消耗、加工成本密切相關(guān)，塑料擠出機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)按加工工藝和條件來(lái)確定。

2 可編程計(jì)算機(jī)控制器在塑料擠出機(jī)中的應(yīng)用

2.1 可編程計(jì)算機(jī)控制器的主要構(gòu)成

可編程計(jì)算機(jī)控制器一般是與多臺(tái)擠出機(jī)相連從而實(shí)現(xiàn)對(duì)塑料擠出機(jī)的控制[4-6]。以單螺桿擠出機(jī)為例，每臺(tái)擠出機(jī)包括主電機(jī)、牽引機(jī)、上位機(jī)。一般是4臺(tái)擠出機(jī)同時(shí)相連，每臺(tái)直流電機(jī)的電流均不相同，分別是：內(nèi)管擠出機(jī)螺桿以75 kW直流電機(jī)作主電機(jī)，內(nèi)管涂膠擠出機(jī)是55 kW直流電機(jī)，外管擠出機(jī)為45 kW直流電機(jī)，外觀涂膠擠出機(jī)螺管主電機(jī)的直流電機(jī)為55 kW。驅(qū)動(dòng)控制擠出機(jī)的直流電機(jī)及主站處理器中的干擾素口通過(guò)RS—422接口實(shí)現(xiàn)與可編程計(jì)算機(jī)控制器的通信。三相交流機(jī)是牽引機(jī)的主電機(jī)，它也是利用處理器中的干擾素口實(shí)現(xiàn)與可編程計(jì)算機(jī)控制器通信，只是利用的是RS—485接口，它主要以伺服機(jī)為主要驅(qū)動(dòng)力，上位機(jī)是工控機(jī)，利用它可以監(jiān)控全線(xiàn)的設(shè)備。擠出機(jī)的控制需要主站和從站相輔相成，主站選用PCC2005，兩個(gè)從站均為PCC2003，還有其他各種模塊（如溫度輸入模塊、處理器模塊、接口模塊、電源模塊、數(shù)字量輸入和輸出模塊、模擬量輸入和輸出模塊）?？刂破骶钟蚓W(wǎng)總線(xiàn)可實(shí)現(xiàn)工控機(jī)、主站以及兩個(gè)從站間的通信。

2.2 可編程計(jì)算機(jī)控制器的編制程序

利用可編程控制器編制的用戶(hù)程序具有多任務(wù)處理功能，所以對(duì)復(fù)雜性和實(shí)時(shí)性要求較高的設(shè)備很實(shí)用[7-8]。它的編制程序是兩種以上形式混合編制的，常采用的控制系統(tǒng)程序是由PL2000高級(jí)語(yǔ)言和梯形圖混合編制。每個(gè)獨(dú)立程序塊對(duì)應(yīng)不同的功能，根據(jù)實(shí)時(shí)性，設(shè)置優(yōu)先順序，編程環(huán)境具有函數(shù)庫(kù)和功能塊，可減輕編程人員的工作量。在塑料擠出機(jī)的應(yīng)用過(guò)程中，可編程控制器滿(mǎn)足了其實(shí)時(shí)性的要求，控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)使整個(gè)通信程序更加暢通無(wú)阻，根據(jù)實(shí)際操作進(jìn)行參數(shù)修改提高了自動(dòng)化程度。

3 塑料擠出機(jī)的自動(dòng)化控制和應(yīng)用

塑料擠出機(jī)在使用的過(guò)程中一般采用變頻控制，在運(yùn)用變頻控制的時(shí)候，應(yīng)注意擠出壓力和螺桿轉(zhuǎn)速。有些塑料擠出機(jī)的壓力是恒定的，塑料擠出機(jī)在剛開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，要對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)壓力達(dá)到要求的時(shí)候，就要切換到壓力控制模塊，切換過(guò)程中要確保無(wú)沖擊性，這時(shí)就要采用變頻控制，從而能夠提高控制的準(zhǔn)確性。轉(zhuǎn)速的大小與塑料擠出機(jī)的生產(chǎn)效率有很大關(guān)系，但影響塑料擠出機(jī)轉(zhuǎn)速的因素有很多，螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)頭阻力都會(huì)對(duì)塑料擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生重要影響。因此，在機(jī)頭壓力基本不變的情況下，就要控制螺桿轉(zhuǎn)速，螺桿轉(zhuǎn)速無(wú)突變是很必要的，一般使用編碼器控制塑料擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速。

目前，變頻控制技術(shù)發(fā)展越來(lái)越快，而且能夠在不同環(huán)境中使用。通常采用矢量變頻控制法設(shè)計(jì)塑料擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速[9-10]。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速范圍，轉(zhuǎn)速設(shè)定范圍的變化幅度在±50 r/min，而且矢量變頻控制能夠保持較高的精度，在負(fù)載的整個(gè)范圍中，其精度能夠控制在0.5%以?xún)?nèi)，矢量變頻控制具有多功能的用戶(hù)接口，能夠接入多種自動(dòng)化系統(tǒng)中，而且其軟件系統(tǒng)的功能比較完善，從而能夠運(yùn)用多元化的驅(qū)動(dòng)軟件來(lái)解決問(wèn)題。

運(yùn)用矢量變頻控制對(duì)塑料擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，在低頻的時(shí)候，可改善高扭矩的輸出。塑料擠出機(jī)的電機(jī)在帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，能夠使轉(zhuǎn)速保持平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速。在傳統(tǒng)的變頻技術(shù)中，要分析負(fù)載的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，須對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)。如果轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)不合理，設(shè)計(jì)值過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致低頻階段的磁場(chǎng)過(guò)大，使電機(jī)發(fā)生故障，塑料擠出機(jī)不能正常運(yùn)行。矢量變頻控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)塑料擠出機(jī)的閉環(huán)控制，變頻器首先實(shí)現(xiàn)了對(duì)塑料擠出機(jī)電機(jī)的控制，運(yùn)用電機(jī)后端的程序制導(dǎo)編碼，從而能夠分析出電機(jī)轉(zhuǎn)速，然后對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，提高了轉(zhuǎn)速控制的精度，同時(shí)也能夠使轉(zhuǎn)矩得到一定的提升。

4 結(jié)語(yǔ)

可編程計(jì)算機(jī)控制器的應(yīng)用使塑料擠出機(jī)的控制功能和準(zhǔn)確度有了較大提升。在塑料擠出機(jī)的應(yīng)用過(guò)程中，控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)使整個(gè)通信程序更加暢通無(wú)阻，根據(jù)實(shí)際操作修改參數(shù)提高了自動(dòng)化程度?？偠灾\(yùn)用可編程計(jì)算機(jī)控制器可以使塑料擠壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，且操作簡(jiǎn)便，安全可靠。

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Application status of programmable computer controller in the plastic extruder

Mao Jianxian
（College of software， Zhongshan University， Guangzhou 510009， China）

The author in this paper summarized the application of programmable computer controller in the plastic extruder. The rotate speed of the plastic extruder was determined by the processing technology and conditions， and the power was calculated by experiential equation. The efficiency of the plastic extruder reached the highest when the torque was kept constant at the lowest and highest speeds. The closed-loop control for the plastic extruder was realized， the control accuracy of the rotate speed and the torque of the plastic extruder were increased by using the variable frequency technology of vector control. The automatic operation of the plastic extruder could be realized by utilizing the programmable control technology and the extruder ran smoothly with high production efficiency. The extruder had the characters of easy operation，safety and reliability

plastics； programmable computer controller； extruder； communication； rotate speed

TQ 320.5

A

1002-1396（2015）05-0093

2015-05-16；

2015-07-20。

茅建賢，男，1992年生，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)檐浖こ?。?lián)系電話(huà)： 18814052758；E-mail：297864128@qq@com。