摘要：本文針對雙螺桿擠出機(jī)設(shè)備的特點(diǎn),，利用臺達(dá)全套自動化產(chǎn)品,，為客戶實(shí)現(xiàn)同向雙螺桿擠出機(jī)的全自動控制。此系統(tǒng)充分利用臺達(dá)各產(chǎn)品的強(qiáng)項(xiàng),，并用HMI和PLC將這此產(chǎn)品整合,，達(dá)到強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的效果。此套控制系統(tǒng),，構(gòu)架巧妙,，控制精度高，為客戶提供了一個性價比優(yōu)異的控制方案,。
關(guān)鍵字：雙螺桿擠出機(jī),、臺達(dá)、控制精度,。
Abstract: This article mainly introduces the characteristic of co-rotating twin screw extruder.It realizes automaic control of co-rotating twin screw extruder for customers. This system utilizes each Delta’s products’ advantage and integrates them with HMI and PLC. Thus it can acquire a good result.This control system offers a high performance-price ratio control scheme with its good framework and high control precision.
Key words: Co-rotating twin screw extruder, Delta, Control Precision
1 前言
在橡塑機(jī)械領(lǐng)域中,，作為聚合物加工的主要設(shè)備之一，同向雙螺桿擠出機(jī)以其優(yōu)異的分散和分布混合能力,、較窄的停留時間分布,、優(yōu)良的自潔性等特點(diǎn)，廣泛地用于聚合物配混,、排氣及反應(yīng)擠出等領(lǐng)域,。
目前雙螺桿擠出機(jī)控制系統(tǒng)的控制方式主要可分為傳統(tǒng)的繼電器＋溫控表控制模式、PLC控制模式和DCS控制模式,。傳統(tǒng)的繼電器＋溫控器控制模式的優(yōu)勢在于價格便宜,，缺點(diǎn)是電柜尺寸大，線路復(fù)雜,；DCS主要用于大型生產(chǎn)線,，檔次高,，但價格昂貴。而以PLC為控制核心的控制模式是目前擠出機(jī)控制系統(tǒng)的主流,。
在本文中,，作者和大家分享利用臺達(dá)全套自動化產(chǎn)品，開發(fā)的同向雙螺桿擠出機(jī)控制系統(tǒng),，本系統(tǒng)充分利用臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品的高靈活性和擴(kuò)展性,，這些都為PLC在橡塑機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用提供了極大地方便。
2 同向雙螺塑料擠出機(jī)的工作原理
同向雙螺桿塑料擠出機(jī)主要由主驅(qū)動電機(jī),、傳動系統(tǒng),、溫控系統(tǒng)、喂料系統(tǒng),、真空系統(tǒng),、切粒系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)及輔機(jī)系統(tǒng)等部分組成（見圖1）,。

圖1 同向雙螺桿塑料擠出機(jī)構(gòu)成圖

原料從料斗經(jīng)喂料系統(tǒng)進(jìn)入塑料擠出機(jī),，物料通過溫控系統(tǒng)加熱后以合適的溫度在擠出機(jī)中熔融混煉，由真空系統(tǒng)去除廢氣,，混煉后的熔體以一定的壓力通過造粒模板被擠出,，經(jīng)冷卻、切粒輸送至料倉,。此設(shè)備中,，主驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速、喂料機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速均可根據(jù)生產(chǎn)能力調(diào)節(jié)控制,。
3 選型配置：
3.1 調(diào)速部分
此設(shè)備的主驅(qū)動電機(jī)為三相交流異步電機(jī),，電機(jī)功率為11KW，變頻器采用臺達(dá)VFD-B系列高機(jī)能,，矢量控制型變頻器110B43A,，此變頻器適合帶動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，起動轉(zhuǎn)矩大,，在150%額定電流的過負(fù)載情況下,，可以連續(xù)工作1分鐘，此性能在擠出機(jī)啟動時（此時設(shè)備的阻力最大）十分重要,。
喂料電機(jī)采用臺達(dá)迷你型M型變頻器,，此型號變頻器體積小巧，還具備簡易矢量功能 ,，并可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的靜音運(yùn)行,。
臺達(dá)變頻器都內(nèi)建RS485接口，通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS,。
主電機(jī)變頻器和喂料電機(jī)變頻器的頻率給定是由PLC通過RS485接口給定,，操作時可在B05S100觸摸屏上任意修改轉(zhuǎn)速,，實(shí)現(xiàn)主機(jī)、喂料電機(jī)的精確速度給定,；同時PLC通過MODBUS通訊讀取變頻器的工作頻率和電流,，了解設(shè)備的工作情況，并在觸摸屏上進(jìn)行顯示,，當(dāng)PLC讀取變頻器的輸出電流達(dá)到設(shè)定報警電流值并持續(xù)一定時間時,，PLC會停止主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，提示操作人員查找故障原因,。
3.2 溫控部分
擠出機(jī)工作時，如果擠出溫度過低,，會使出料口不暢,，造成擠出機(jī)構(gòu)負(fù)載過大；如果擠出溫度過高,，則可能改變原料特性,，導(dǎo)致成品報廢；因此擠出溫度控制決定著塑料擠出機(jī)的性能,。擠出機(jī)的加熱裝置采用的是電加熱,，而冷卻采用水冷，通過控制排管中水循環(huán)帶走熱量,，因此要求溫控表具有雙輸出功能,。
根據(jù)以上要求，我們采用DTE模塊化溫控器,，6個溫控區(qū)分別進(jìn)行精確溫度控制,，控制模式為PID，加熱/冷卻雙向控制,，并可自整定,，溫度控制精度可達(dá)±1℃，這樣可確保同向雙螺桿擠出機(jī)的正常運(yùn)行,。加熱的輸出選擇的是電壓脈沖輸出,，用來驅(qū)動SSR，冷卻的輸出選擇為繼電器輸出 ,，直接帶動電磁閥,。
另外，此設(shè)備還要在機(jī)頭處檢測熔體壓力和溫度,，熔體壓力變速器過來的信號為0-10V,對應(yīng)0-25MPA,，熔體溫度過來的信號為分度號為K的熱電偶信號。如果要將檢測熔體壓力,，傳統(tǒng)的方法是使用PLC的模擬量模塊,，但是為1-2路信號選1個4路模塊在成本上來說有點(diǎn)高,，而由于臺達(dá)DTE溫控器有擴(kuò)展DTC溫控器的能力，因此我們選擇2臺DTC2000R作為DTE的擴(kuò)展,，DTC和DTE共用電源線和通過線,，并且DTC既可接溫度傳感器信號,又可接標(biāo)準(zhǔn)的0-10V和4-20Ma信號，這樣既減少了接線,，又使節(jié)約的客戶的成本,，體現(xiàn)了臺達(dá)產(chǎn)品配套時的靈活性和高經(jīng)濟(jì)性。
3.3 主控PLC和觸摸屏
觸摸屏根據(jù)客戶要求,，選擇臺達(dá)5.6寸B系統(tǒng)觸摸屏B05S100,，此觸摸屏利用其多通訊口的優(yōu)勢，COM1口與PLC相聯(lián),，設(shè)置設(shè)備的工作參數(shù),，COM2口通過RS485與DTE溫控表相聯(lián)，顯示與設(shè)置DTE的當(dāng)前值與目標(biāo)值,。
PLC選擇的是臺達(dá)小型高性能EH2系列PLC,，DVP48EH00R2, 是控制的核心。開關(guān)電源選擇的也是臺達(dá)工業(yè)平板電源PMC-024V100W1AA,，此產(chǎn)品為全鋁外殼,，輸出能力強(qiáng)。
3.4 最終配置：
（1）PLC: DVP48EH00R2*1
（2）人機(jī)界面： DOP-B05S100
（3）變頻器: VFD0110B43A+VFD015M43B
（4）開關(guān)電源：PMC-024V100W1AA
（5）溫控器：DTE10T*1+DTE20T*1+DTE20V*2+DTE20R*2+DTC200R*2
4 系統(tǒng)架構(gòu)
系統(tǒng)框架如圖2所示,。


圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

其中,，臺達(dá)模塊化的DTE溫控器用來控制溫度，B05S100觸摸屏利用其多通訊口的優(yōu)勢,，COM1口與PLC相聯(lián),，設(shè)置設(shè)備的工作參數(shù)，COM2口通過RS485與DTE溫控表相聯(lián),，顯示與設(shè)置DTE的當(dāng)前值與目標(biāo)值,，PLC用來控制整機(jī)的邏輯，VFD-B變頻器用來給主驅(qū)動電機(jī)調(diào)速,，VFD-M迷你型變頻器用來給喂料電機(jī)調(diào)調(diào)速,，PLC通過內(nèi)建的RS485口與兩臺變頻器通訊，設(shè)定變頻器的工作頻率,，讀取工作時的轉(zhuǎn)速與電流,。
5 上位機(jī)畫面功能
5.1溫度參數(shù)設(shè)置畫面
溫度的設(shè)定與顯示畫面如圖3所示，此功能是觸摸屏直接通過屏的RS485口與DTE和DTC通訊,。


圖3 溫度參數(shù)設(shè)置畫面

5.2正常開機(jī)流程畫面
此設(shè)備的工藝流程是,，首先，溫控器先控制執(zhí)行元件讓機(jī)器升溫到正常工作溫度，然后打開油泵,，油泵打開后才能開主機(jī),，主機(jī)啟動后，喂料電機(jī)才可啟動,。其它電機(jī)如水泵,，真空泵，切粒等電機(jī)在需要時啟動,。如果沒有異常,，機(jī)器就這樣正常運(yùn)行下去。
在臺達(dá)B05S100屏上設(shè)置主機(jī)及喂料電機(jī)的頻率,，還包括主機(jī)運(yùn)行時的報警電流準(zhǔn)位,，如圖4所示：


圖4 正常開機(jī)流程畫面
5.3 觸摸屏宏程序說明
觸摸屏啟動時，會先執(zhí)行INITIAL宏程序（如下）,，將DTE, DTC溫控器的工作模式及傳感器類型與范圍做個設(shè)定,，之后，DTE自動進(jìn)行溫度控制,。

并且工作中，熔體的壓力與溫度由DTC2000R檢測,，檢測值由觸摸屏通過BACKGROUND宏將溫度與壓力寫入PLC的D200,D210寄存器,，

5.4 保護(hù)及報警處理
此控制系統(tǒng)具備保護(hù)功能及整機(jī)工藝聯(lián)鎖控制。當(dāng)出現(xiàn)過電流,、過載及熔體壓力過高等異常情況時,，自動停機(jī)，保護(hù)設(shè)備,。
在PLC程序中,，PLC判斷熔體壓力及主機(jī)電流是否超限，如果超限并且持續(xù)時間超過一定時間,，報警停機(jī),，并在觸摸屏上顯示。
當(dāng)外部設(shè)備發(fā)生故障時,，如空開跳閘,，同樣可通過HMI報警，方便故障診斷和維修,。以下是設(shè)置和顯示的畫面,，見圖5。

圖5 系統(tǒng)報警畫面
5.5 狀態(tài)顯示
正常生產(chǎn)時,，操作人員可通過狀態(tài)畫面,，能實(shí)時了解當(dāng)前機(jī)器的工作情況，方便工藝參數(shù)的調(diào)整，見圖6,。在溫度控制方面,，觸摸屏程序還提供了溫度曲線查看及溫控器輸出百分比柱狀圖查看，方便客戶對產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控,，見圖7和圖8,。

圖6 狀態(tài)顯示畫面

圖7 溫度曲線圖

圖8 溫控器輸出百分比柱狀圖
5.6 PLC與變頻器通訊程序
由于臺達(dá)PLC內(nèi)建MODBUS便利通訊指令，因此在程序中使用十分方便,，編程時最重要的就是保證在同一時刻,，只有1條通訊指令執(zhí)行，并且當(dāng)通訊完成后,，立刻觸發(fā)下1筆通訊,，保證通訊速度。見圖9.

圖9 PLC與變頻器通訊程序
6 結(jié)束語
此設(shè)備調(diào)試完成后,，得到了客戶的好評,。臺達(dá)自動化產(chǎn)品在同向雙螺桿擠出機(jī)上成功的應(yīng)用表明，通過成套使用臺達(dá)產(chǎn)品,，可使設(shè)備的控制架構(gòu)最優(yōu)化,，成本最省化，使客戶的利益最大化,。運(yùn)行實(shí)踐表明,，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，安全可靠,，性價比高,，值得業(yè)界同行借鑒和推廣。
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