可编程计算机控制器在塑料挤出机中的应用

茅建贤

（中山大学软件学院，广东省广州市 510009）

可编程计算机控制器在塑料挤出机中的应用

茅建贤

（中山大学软件学院，广东省广州市 510009）

综述了可编程计算机控制器在塑料挤出机中的应用。塑料挤出机的转速按加工工艺和条件确定，功率通常采用经验公式计算；塑料挤出机在最低转速和最高转速时保持相同的转矩，可使塑料挤出机的功效达到最高；矢量变频控制技术实现了对塑料挤出机的闭环控制，提高了转速控制的精度，并增加了塑料挤出机的扭矩。运用可编程控制技术可实现塑料挤出机的自动化运行，挤出机运行平衡、生产效率高且操作简便，安全可靠。

塑料 可编程计算机控制器 挤出机 通信 转速

可编程控制器应用在塑料挤出机上由来已久，但不能高效率地带动挤出机运行，为改善这种弊端，必须在常规基础上进行创新改革，从而更好地适应时代的发展[1]。塑料挤出机的发展已经有近百年的历史，可加工各类聚合物，在塑料加工中处于重要地位，用其加工的塑料品种占所有塑料品种的30%，在塑料生产中广泛使用。随着挤出机的发展，其加工的聚合物种类也越来越多，塑料制品的形式也日益丰富，挤出机得到改进后，其设备朝着大型化发展，且生产效率提高，使塑料的生产实现智能化。塑料挤出机的设计流程并不复杂，在使用过程中不会有太多流程，而且成本较低。随着塑料业的不断发展，在加工新型高分子聚合物时，这种挤出机就存在一定的局限性。生产中最常用的是单螺杆挤出机，单螺杆挤出机在挤出塑料的过程中主要是运用摩擦力，但这会导致塑料性能下降[2-3]。而且，在塑料加工过程中，单螺杆挤出机的排气效果不好，不适用于那些需要高热量加工的塑料。本文主要针对塑料挤出机的工作特点进行深入的分析，探讨可编程计算机控制器在塑料挤出机中的应用。

1 塑料挤出机主机的特点

1.1 塑料挤出机的工作特点

塑料挤出机主机的作用是带动挤出机转动，使螺杆能满足转速条件，以规定的转矩和转速旋转，从而完成塑料的挤出过程。在挤出过程中，塑料挤出机的转速提高，其功率会增大；但由于加工的塑料不同，有些塑料在加工过程中不需要较快的转速，而有些则需要较快的转速。所以，为使塑料挤出机功效达到最高，就必须使挤出机在最低转速和最高转速时尽量保持相同的转矩。

1.2 塑料挤出机的功率

塑料挤出机的功率受很多不确定因素的干扰，目前，还没有一个函数公式能够精确地计算塑料挤出机的功率。通常采用经验公式P=Kbn计算（其中，P是功率，K是经验系数，b是螺杆直径，n是螺杆转速）。

1.3 塑料挤出机转速确定

塑料挤出机要实现无级调速，还要确保其转速在合理范围。为提高塑料加工效率，要调整塑料挤出机的螺杆转速，从而使挤出塑料制品的质量得以保障。在加工过程中，确定塑料挤出机的转速十分必要，因为其与塑料挤出机加工材料的类型、生产效率、功率消耗、加工成本密切相关，塑料挤出机转速应按加工工艺和条件来确定。

2 可编程计算机控制器在塑料挤出机中的应用

2.1 可编程计算机控制器的主要构成

可编程计算机控制器一般是与多台挤出机相连从而实现对塑料挤出机的控制[4-6]。以单螺杆挤出机为例，每台挤出机包括主电机、牵引机、上位机。一般是4台挤出机同时相连，每台直流电机的电流均不相同，分别是：内管挤出机螺杆以75 kW直流电机作主电机，内管涂胶挤出机是55 kW直流电机，外管挤出机为45 kW直流电机，外观涂胶挤出机螺管主电机的直流电机为55 kW。驱动控制挤出机的直流电机及主站处理器中的干扰素口通过RS—422接口实现与可编程计算机控制器的通信。三相交流机是牵引机的主电机，它也是利用处理器中的干扰素口实现与可编程计算机控制器通信，只是利用的是RS—485接口，它主要以伺服机为主要驱动力，上位机是工控机，利用它可以监控全线的设备。挤出机的控制需要主站和从站相辅相成，主站选用PCC2005，两个从站均为PCC2003，还有其他各种模块（如温度输入模块、处理器模块、接口模块、电源模块、数字量输入和输出模块、模拟量输入和输出模块）。控制器局域网总线可实现工控机、主站以及两个从站间的通信。

2.2 可编程计算机控制器的编制程序

利用可编程控制器编制的用户程序具有多任务处理功能，所以对复杂性和实时性要求较高的设备很实用[7-8]。它的编制程序是两种以上形式混合编制的，常采用的控制系统程序是由PL2000高级语言和梯形图混合编制。每个独立程序块对应不同的功能，根据实时性，设置优先顺序，编程环境具有函数库和功能块，可减轻编程人员的工作量。在塑料挤出机的应用过程中，可编程控制器满足了其实时性的要求，控制器局域网总线使整个通信程序更加畅通无阻，根据实际操作进行参数修改提高了自动化程度。

3 塑料挤出机的自动化控制和应用

塑料挤出机在使用的过程中一般采用变频控制，在运用变频控制的时候，应注意挤出压力和螺杆转速。有些塑料挤出机的压力是恒定的，塑料挤出机在刚开始运转的时候，要对转速进行调节。当压力达到要求的时候，就要切换到压力控制模块，切换过程中要确保无冲击性，这时就要采用变频控制，从而能够提高控制的准确性。转速的大小与塑料挤出机的生产效率有很大关系，但影响塑料挤出机转速的因素有很多，螺杆转速、机头阻力都会对塑料挤出机的转速产生重要影响。因此，在机头压力基本不变的情况下，就要控制螺杆转速，螺杆转速无突变是很必要的，一般使用编码器控制塑料挤出机的转速。

目前，变频控制技术发展越来越快，而且能够在不同环境中使用。通常采用矢量变频控制法设计塑料挤出机的转速[9-10]。该方法的优点在于其能够设计转速范围，转速设定范围的变化幅度在±50 r/min，而且矢量变频控制能够保持较高的精度，在负载的整个范围中，其精度能够控制在0.5%以内，矢量变频控制具有多功能的用户接口，能够接入多种自动化系统中，而且其软件系统的功能比较完善，从而能够运用多元化的驱动软件来解决问题。

运用矢量变频控制对塑料挤出机的转速进行控制，在低频的时候，可改善高扭矩的输出。塑料挤出机的电机在带动螺杆转动的过程中，能够使转速保持平稳，实现恒转矩的调速。在传统的变频技术中，要分析负载的启动转矩，须对转矩进行预先设计。如果转矩设计不合理，设计值过高，会导致低频阶段的磁场过大，使电机发生故障，塑料挤出机不能正常运行。矢量变频控制实现了对塑料挤出机的闭环控制，变频器首先实现了对塑料挤出机电机的控制，运用电机后端的程序制导编码，从而能够分析出电机转速，然后对电机转速实现闭环控制，提高了转速控制的精度，同时也能够使转矩得到一定的提升。

4 结语

可编程计算机控制器的应用使塑料挤出机的控制功能和准确度有了较大提升。在塑料挤出机的应用过程中，控制器局域网总线使整个通信程序更加畅通无阻，根据实际操作修改参数提高了自动化程度。总而言之，运用可编程计算机控制器可以使塑料挤压机稳定运行，且操作简便，安全可靠。

[1] 李扬，程磊. 塑料挤出机的主从控制系统设计[J]. 制造业自动化，2014，36（6）:110-114.

[2] 杜德鑫. 关于单螺杆塑料挤出机的节能分析和设计[J]. 机械设计与制造工程，2013，42（7）:59-62.

[3] 李卫民，卢广亮，黄健. 开槽式塑料挤出机的设计与研究[J]. 五邑大学学报：自然科学版，2014，28（4）:62-66.

[4] 周立求. 可编程计算机控制器及其在塑料挤出机中的应用[J]. 自动化仪表，2004，25（9）:37-38.

[5] 周贵斌，周贵迎. 基于单片机的PID温控系统在塑料挤出机中的应用[J]. 上海塑料，2004（4）:24-27.

[6] 张帅，郑宽磊. 可编程计算机控制器在水电站LCU中的应用[J]. 自动化与仪表，2006（5）:65-68.

[7] 隋涛，李岩，吴海波. 变频器在塑料挤出机上的应用[J]. 变频器世界，2006（4）:107-108.

[8] 刘亚乔. 可编程计算机控制器（PCC）及其在塑料挤出机中的应用[J]. 中小企业管理与科技，2008（7）:255.

[9] 曹虹，肖维荣. 可编程计算机控制器及其在楼宇消防自动化中的应用[J]. 微型机与应用，1997（5）:35-37.

[10] 俞鸿斌， 金波， 舒柏和. 智能PID温控系统在塑料挤出机中的应用[J]. 轻工机械，2007，25（5）:56-60.

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。

茅建贤，男，1992年生，在读硕士研究生，主要研究方向为软件工程。联系电话： 18814052758；E-mail：297864128@qq@com。