拉鏈擠出機(jī)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
塑料拉鏈擠出機(jī)廣泛應(yīng)用于塑料的混煉、填充和擠出成型,其主體是螺桿、機(jī)頭以及相配的多段機(jī)筒。為了保證工藝上的需要，各段機(jī)筒均需維持溫度恒定及相互間預(yù)定的溫度梯度。在擠出過程中，機(jī)筒及機(jī)頭承擔(dān)將塑料料粒預(yù)熱、加溫或冷卻以達(dá)到正常操作溫度、滿足工藝要求的任務(wù)。為此，機(jī)筒必須具有加熱和冷卻雙重控制功能。對應(yīng)螺桿長徑比不同，機(jī)簡的段數(shù)不同，每段機(jī)筒的設(shè)定溫度也不同。機(jī)筒及機(jī)頭溫度控制的效果直接影響著擠出速率和擠出制品的質(zhì)量。溫度過低將無法成型或者使擠出制品的物理性能和表觀質(zhì)量差溫度過高則容易產(chǎn)生氣泡、降解甚至焦燒，因此必須對擠出過程的溫度予以控制。機(jī)筒及機(jī)頭溫度控制裝置的可靠性及溫控精度是保證制品品質(zhì)的關(guān)鍵因素。
現(xiàn)狀： 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然己經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同先進(jìn)國家相比仍然有著較大的差距。目前，我國在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀(jì)80年代后期水平，成熟的溫控產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。而適用于較高要求控制場合的智能化、自適應(yīng)溫控儀表，雖然國外己有較多的成熟產(chǎn)品，但由于國外技術(shù)保密及我國開發(fā)工作的滯后，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟。
擠出機(jī)溫度的控制部位一般分為機(jī)筒溫度控制與模頭溫度控制兩大部分，模頭溫度直接影響產(chǎn)品的表面光亮度，機(jī)筒溫度影響產(chǎn)品的內(nèi)在塑化效果，兩者原理一樣，起主要作用的是機(jī)筒溫度控制。國內(nèi)擠出機(jī)溫度控制系統(tǒng)一般采用“溫控儀表+接觸器+電加熱器”的控制方式。早期的國產(chǎn)擠出機(jī)溫控系統(tǒng)采用二位式調(diào)節(jié)儀表，通過簡單地接通繼電器開關(guān)控制加熱圈通斷，以達(dá)到控制料筒溫度的目的，該方案溫控效果很不理想，超調(diào)量大，響應(yīng)時(shí)間長，穩(wěn)態(tài)誤差大(達(dá)±10℃)。后來，采用三位式調(diào)節(jié)儀表，它的控溫精度為±5℃。隨著技術(shù)進(jìn)步出現(xiàn)了使用時(shí)間比例式儀表，由于在溫度逼近設(shè)定點(diǎn)時(shí)采用比例式調(diào)節(jié)，使溫度的上沖下沖得到一定程度的緩和，能使控溫精度達(dá)±3℃。
目前，大部分?jǐn)D出機(jī)溫控儀表都采用PID算法。控制精度有很大的提高，但超調(diào)依然存在，且控制參數(shù)由人工現(xiàn)場整定，對精度要求高的擠出機(jī)溫度控制系統(tǒng)大多采用進(jìn)口溫度控制儀表，調(diào)整很費(fèi)時(shí)間。這些調(diào)節(jié)儀表能夠輸出電壓脈沖，并能以自適應(yīng)數(shù)字PID調(diào)節(jié)方式工作，可以在線整定控制參數(shù)，其最終的控溫精度可控制在±1℃以內(nèi)。由于采用溫控表為主的分離元件控制系統(tǒng)，保養(yǎng)和維修困難，同時(shí)操作上也不方便。目前，國外的塑機(jī)廠商已基本上淘汰了以溫控表為主的分離元件控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而采用集中控制系統(tǒng)，這己成為塑機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢�？删幊炭刂破骶哂锌煽啃愿�、 使用方便、使用范圍廣的特點(diǎn)，將PLC作為塑料機(jī)械控制器的方案己經(jīng)得到業(yè)界的重視。
二、課題研究的主要內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)
1．主要內(nèi)容
(1)控制系統(tǒng)的選擇 在對國內(nèi)外擠絲機(jī)采用不同的控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，本控制系統(tǒng)采用PLC。作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，以觸摸屏作為人機(jī)交互。采用PLC 作為控制核心,不僅使系統(tǒng)的維護(hù)工作變得簡單輕松，而且也便于系統(tǒng)的修改。由于工業(yè)的要求需要對控制系統(tǒng)作一定的修改，只需要對系統(tǒng)軟件作修改，而系統(tǒng)硬件只需作少量修改，或者不作修改，這為工藝的調(diào)整提供了極大的方便。
(2)溫度精度的控制設(shè)計(jì) 溫度控制一向是過程控制的難點(diǎn)，本系統(tǒng)根據(jù)PID控制理論，采用PID對加熱腔進(jìn)行溫度控制,使溫度在設(shè)置溫度的波動范圍為±3℃，以實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制。
(3)實(shí)驗(yàn)調(diào)試在生產(chǎn)的過程中需要對加熱腔體的溫度設(shè)置進(jìn)行調(diào)試，以使溫度滿足塑料顆粒的熔融和順利擠出，而又不會造成塑料的變性或者炭化。 模頭的溫度和模頭的制造尤其重要，它的好壞直接影響絲的表面光滑質(zhì)量，這也是溫度調(diào)試過程中必須重點(diǎn)考慮的一個(gè)方面。
2．預(yù)期目標(biāo)
(1)溫度控制 溫度控制在塑料擠出加工過程中非常重要，溫度控制的是否合適，直接影響物料在整個(gè)加工過程的流變狀態(tài)，影響產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。為了保證擠出過程的順利進(jìn)行，根據(jù)工藝要求機(jī)簡各段均需維持溫度恒定及相互間具有預(yù)定的溫度梯度。通常，機(jī)簡各段均應(yīng)配備帶有加熱和冷卻裝置的控制系統(tǒng)，由于各段塑料所需溫度不同，擠出機(jī)筒的溫度應(yīng)采用獨(dú)立分段控制。
(2)便于生產(chǎn)的調(diào)整 在生產(chǎn)中，要根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整絲的配方和直徑，可以針對這些問題隨時(shí)進(jìn)行修改。
(3)滿足生產(chǎn)自動化控制 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要使操作盡可能簡單，在設(shè)備的操作面板上僅設(shè)有開始、停止和緊停按鈕。上給出觸摸屏需要設(shè)置和顯示的重要數(shù)據(jù)，供操作人員在生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行參考和實(shí)時(shí)修改。
三、課題研究的方法及措施
1．研究方法 首先要對溫度制系統(tǒng)的原理和PLC進(jìn)行了解，這需要查閱一定的資料，清楚該系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能以及如何實(shí)現(xiàn)這些功能，PLC的原理和其所能實(shí)現(xiàn)的功能。因?yàn)楸敬窝芯客瓿傻闹饕菍囟瓤刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過PLC控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較，來實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。在這個(gè)過程中，需要查閱相關(guān)信息資料。需要編寫完整梯形圖的設(shè)計(jì)，并通過調(diào)試達(dá)到預(yù)期的效果。
2．研究措施
(1）收集查閱溫度控制的相關(guān)資料，對PLC的應(yīng)用設(shè)計(jì)情況進(jìn)行了熟悉了解；了解不同工業(yè)控制系統(tǒng)，比較現(xiàn)有的相關(guān)方案，確定本課題研究和實(shí)現(xiàn)方案，然后對方案中的各單元進(jìn)行了必要的分析和研究。
(2）對所研究的通溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的了解，并了解各個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)的工作原理
(3）考慮控制系統(tǒng)額可靠性，需要采取一些措施，保證控制系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定的工作。
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