1、系統(tǒng)概述

　　發(fā)達(dá)國家的擠出機(jī)已普遍采用現(xiàn)代電子和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，對(duì)整個(gè)擠出過程的工藝參數(shù)如熔體壓力及溫度、各段機(jī)身溫度、主螺桿和喂料螺桿轉(zhuǎn)速、喂料量，各種原料的配比、電機(jī)的電流電壓等參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，并采用微機(jī)閉環(huán)控制。有的公司已采用網(wǎng)上遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、診斷和控制，對(duì)擠出成型生產(chǎn)線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制。這對(duì)保證工藝條件的穩(wěn)定，提高產(chǎn)品的精度都極為有利。

隨著擠出機(jī)的復(fù)合化，其機(jī)械性能必然更為復(fù)雜，與之相匹配的控制系統(tǒng)也隨之復(fù)雜化，控制精度也更高。因此，如何設(shè)計(jì)出合適的控制系 統(tǒng)才能保證其經(jīng)濟(jì)、安全可靠地運(yùn)行，且不至于在短時(shí)間內(nèi)成為淘汰或過渡產(chǎn)品，是我們工程設(shè)計(jì)人員所必須考慮的問題。在多復(fù)合擠出機(jī)的控制中，總線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)性能穩(wěn)定，不但大大減少了布線量，便于安裝調(diào)試及維修，而且極大地增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性與可靠性，在保證系統(tǒng)先進(jìn)性的同時(shí)，也取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

收縮變形小、尺寸精度高、擠出速度快的精密型擠出機(jī)新型螺桿擠出機(jī)開發(fā)、復(fù)合共擠技術(shù)的不斷成熟，最近幾年，橡膠工業(yè)飛速發(fā)展，帶動(dòng)中國橡 膠擠出技術(shù)的迅速提升。其中子午線輪胎復(fù)合共擠技術(shù)可謂橡膠擠出技術(shù)水平的典型代表。 

2、工藝特點(diǎn)

　　一般根據(jù)所加工聚合物的類型和制品或半成品的形狀，選定擠出機(jī)、機(jī)頭和口模，以及定型和牽引等相應(yīng)的輔助裝置，然后確定擠出工藝條件如螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)頭壓力、物料溫度，以及定型溫度、牽引速度等。在擠出過程中，物料一般都要經(jīng)過塑煉，但定型方法則有所不同。例如，擠出的塑料常需冷卻定型，使其固化，而擠出橡膠的半成品，則尚需進(jìn)一步硫化。采用不同的擠出設(shè)備和工藝，可得到不同的制品。

圖1擠出機(jī)設(shè)備

3、控制系統(tǒng)構(gòu)成

擠出機(jī)已普遍采用現(xiàn)代電子儀表和PLC控制技術(shù)，對(duì)整個(gè)擠出過程的工藝參數(shù)如熔體壓力及溫度、各段機(jī)身溫度、主螺桿和喂料螺桿轉(zhuǎn)速、喂料量，各種原料的配比、電機(jī)的電流電壓等參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，并采用變頻器閉環(huán)控制。采用PLC監(jiān)測(cè)、診斷和控制，對(duì)擠出成型生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)調(diào)速控制。這對(duì)保證工藝條件的穩(wěn)定，提高產(chǎn)品的精度都極為有利。

隨著擠出機(jī)的復(fù)合化，其機(jī)械性能必然更為復(fù)雜，與之相匹配的控制系統(tǒng)也隨之復(fù)雜化，控制精度也更高。因此，如何設(shè)計(jì)出合適的控制系統(tǒng)才能保證其經(jīng)濟(jì)、安全可靠地運(yùn)行，且不至于在短時(shí)間內(nèi)成為淘汰或過渡產(chǎn)品，是我們工程設(shè)計(jì)人員所必須考慮的問題。 

收縮變形小、尺寸精度高、擠出速度快的精密型擠出機(jī)新型螺桿擠出機(jī)開發(fā)、復(fù)合共擠技術(shù)的不斷成熟，最近幾年，橡膠工業(yè)飛速發(fā)展，帶動(dòng)中國橡膠擠出技術(shù)的迅速提升。

擠出機(jī)控制系統(tǒng)的主要作用，是在擠出過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度和熔體壓力等工藝參數(shù)的控制。目前，以儀表控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)為主要選擇。兩者的功能分別為：溫度控制中儀表控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)兩控制，也可以采用智能儀表實(shí)現(xiàn)簡單比率控制，而PLC控制系統(tǒng)可以通過模擬量通信實(shí)現(xiàn)PID（比率-積分-微分控制）控制；前者壓力控制顯示熔體壓力，而后者顯示熔體壓力并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；前者的測(cè)試功能只有顯示功能，而后者可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試單元的串口通信。擠出機(jī)的控制系統(tǒng)主要由電氣、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其主要作用為：      

（1）控制主、輔機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)，滿足工藝要求所需的轉(zhuǎn)速和功率，并保證主、輔機(jī)能協(xié)調(diào)地運(yùn)行。

（2）控制主、輔機(jī)的溫度、壓力、流量和制品的質(zhì)量。

（3）實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)組的自動(dòng)控制。

（4）進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

　　該擠出機(jī)是通過FX2N系列可編程序控制器及GT1045-QSBD 人機(jī)界面為中心的電路系統(tǒng)來控制擠出機(jī)的全部電機(jī)和溫度設(shè)定工作，輸入有自停開關(guān)，熱繼電器、傳感器及編碼器等，采用PLC控制各電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和工藝參數(shù)。觸摸屏用于設(shè)定和顯示擠出運(yùn)轉(zhuǎn)速度，壓力，各區(qū)溫度控制，通過PLC將開關(guān)信號(hào)等送至變頻器，控制變頻器的啟停。變頻器和電動(dòng)機(jī)等報(bào)警信號(hào)送至觸摸屏顯示故障類別等。PLC和觸摸屏之間采用235通訊，上述工藝參數(shù)和操作信號(hào)通過235通訊送至PLC，經(jīng)數(shù)據(jù)處理分析計(jì)算后，由PLC 通過485通訊信號(hào)，以控制相應(yīng)變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

圖2擠出機(jī)控制系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)主要電氣元件清單

3.1、變頻器 FR-A740-90K-CHT    1臺(tái)

3.2、編碼器 E6B2-CWZ6C/1000  1臺(tái)

3.3、FX可編程控制器 FX2N-32MT-001 1臺(tái)

3.4、FX通訊卡 FX2N-485-BD    1臺(tái)

3.5、觸摸屏 GT1045-QSBD   1臺(tái) 

4 系統(tǒng)調(diào)試

1臺(tái)FX2N可編程控制器和1臺(tái)人機(jī)界面組成，兩臺(tái)GT1045-QSBD人機(jī)界面控制電機(jī)的調(diào)速控制，溫度，壓力等的工作情況。

FR-E740-90K-CHT有編碼器反饋，精確控制電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，只要有故障動(dòng)作就停止工作，同時(shí)GT1045-QSBD人機(jī)界面跳轉(zhuǎn)到故障顯示畫面，在畫面上可以看到擠出機(jī)的相應(yīng)部位的故障原因，故障部分有詳細(xì)的文字說明。人機(jī)界面為用戶提供4組畫面，分別為“開機(jī)介紹”、“參數(shù)設(shè)定”、“手動(dòng)調(diào)整”、“運(yùn)行狀態(tài)”。

圖3觸摸屏畫面

　　變頻的速度為可調(diào)，通過編碼器的反饋信號(hào)控制進(jìn)給變頻的速度。從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，達(dá)到速度精確控制。

變頻的速度以及補(bǔ)償速度由用戶通過觸摸屏進(jìn)行輸入，PLC接到觸摸屏輸入的數(shù)據(jù)后，經(jīng)過運(yùn)算處理，通過通訊模塊傳送給變頻器。溫度控制是通過儀表控制，PLC通過和儀表進(jìn)行485通訊，在觸摸屏可以看到溫度，設(shè)定溫度.  4.2.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行 （1）變頻器的運(yùn)行頻率，在觸摸屏上設(shè)置，通過通訊方式傳輸給PLC，再通過通訊模塊傳送給變頻器。 （2）變頻器的啟動(dòng)、停止、速度切換等指令，由操作人員在工業(yè)式觸摸屏上發(fā)出，并由PLC的輸出端將此開關(guān)量信號(hào)傳送到變頻器的對(duì)應(yīng)輸入端。 （3）變頻器接到以上指令后，按指令要求開始運(yùn)行。在運(yùn)行中，與電機(jī)同軸連接的編碼器將實(shí)際檢測(cè)到的脈沖反饋給PLC，由PLC進(jìn)行運(yùn)算處理。 （4）變頻如發(fā)生故障報(bào)警，其開集電極輸出點(diǎn)將信號(hào)送至PLC輸入點(diǎn)。變頻系統(tǒng)立即停止運(yùn)行，且觸摸屏立即顯示出故障類別及排除方法，其響應(yīng)速度甚快。

4.2.3變頻參數(shù)部分設(shè)置

PLC、人機(jī)界面和變頻器都正常工作后，編制PLC程序進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，PLC系統(tǒng)通過GX-Developer軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程，圖4是程序設(shè)計(jì)部分梯形圖略：

??圖4擠出機(jī)程序通訊部分  ?? 

??圖5擠出機(jī)程序通訊部分??

??圖6擠出機(jī)程序通訊部分??

圖7擠出機(jī)程序通訊部分

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在調(diào)試過程中，會(huì)遇到很多問題，而且很多問題不太好處理，需要按部就班，一步一步來，如果出現(xiàn)報(bào)警，則查看相關(guān)書籍。

5、系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

5.1、該擠出機(jī)采用PLC和人機(jī)界面來組成的整個(gè)控制系統(tǒng)，大大提高了擠出機(jī)生產(chǎn)穩(wěn)定可靠性，不易受干擾，故障率低；

5.2、操作更加方便，對(duì)于速度控制更加精確，調(diào)整方便；

5.3、提高了擠出機(jī)效率、簡化操作、減低消耗、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

6、總結(jié)

　　該擠出機(jī)采用三菱可編程序控制器為核心控制，再結(jié)合變頻閉環(huán)控制，觸摸屏調(diào)試，解決現(xiàn)有的電位器調(diào)速，操作不方便，穩(wěn)定性差、使整個(gè)電控系統(tǒng)的控制水平有了很大的提高，反映了當(dāng)今國內(nèi)擠出機(jī)電氣控制的發(fā)展方向。三菱的FA產(chǎn)品通過大家多年的使用，性價(jià)比好，得到了越來越多客戶的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn):

（1）三菱通用變頻器FR-E700使用手冊(cè)（應(yīng)用篇）

（2）FX2N系列微型可編程控制器編程指令（基本應(yīng)用指令說明書）

（3）GT-Designer2 畫面設(shè)計(jì)手冊(cè)