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塑料機(jī)械——南大傲拓NA200系列PLC在塑料擠出機(jī)行業(yè)中的應(yīng)用

時(shí)間：2012-12-28 15:09:15來(lái)源：南大傲拓

導(dǎo)語(yǔ)：?本系統(tǒng)采用南大傲拓江蘇科技有限公司的NA200可編程序控制器為控制核心和溫控儀表，來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的采集與自動(dòng)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)11路溫度控制，每一回路均為設(shè)定固定值控制。根據(jù)實(shí)際要求選用相應(yīng)的功能模塊

1.概述

在塑料擠出中，熔融物料溫度控制的效果直接影響了擠出制品的質(zhì)量，例如制品表面的殘余應(yīng)力、收縮率及制品質(zhì)量的穩(wěn)定性。現(xiàn)有一臺(tái)雙螺桿擠出機(jī)，由于較早購(gòu)置，擠出機(jī)的溫控系統(tǒng)采用溫控儀表。其加熱方式為加熱瓦分區(qū)加熱。根據(jù)工藝要求，各區(qū)設(shè)定不同加熱溫度，采用溫控儀表加固態(tài)繼電器的溫控方式。由于溫控電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率較高，此外，溫控表為斷續(xù)控溫方式，因此各加熱區(qū)溫度波動(dòng)較大，塑料制品的加工質(zhì)量難以穩(wěn)定。                                                                       
 
針對(duì)上述情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了以PLC為控制核心的多回路不等溫塑料擠出機(jī)溫度控制系統(tǒng)。經(jīng)試驗(yàn)，該系統(tǒng)控溫精度高，硬件簡(jiǎn)單可靠，塑料制品加工質(zhì)量穩(wěn)定。
 
設(shè)備概況如下：
 
雙螺桿擠出機(jī)，D=120mm，L/D=25，最大產(chǎn)量450Kg/h，11個(gè)加熱段，固體輸送段3個(gè)，熔融段4個(gè)，熔體輸送段3個(gè)，機(jī)頭1個(gè)。采用水冷方式冷卻。
 
2.系統(tǒng)硬件配置
 
本系統(tǒng)采用南大傲拓江蘇科技有限公司的NA200可編程序控制器為控制核心和溫控儀表，來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的采集與自動(dòng)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)11路溫度控制，每一回路均為設(shè)定固定值控制。根據(jù)實(shí)際要求選用相應(yīng)的功能模塊。
 
其中CPU模塊選用CPU201-4002+AIM201-0404+AIM201-0201+A0M201-0402，集成有24個(gè)數(shù)字輸入端、16個(gè)數(shù)字輸出端、12個(gè)模擬輸入端、12個(gè)模擬輸出端，用模量模塊控制調(diào)控模塊實(shí)現(xiàn)不間斷輸出，更好的控制溫度?，F(xiàn)在用plc做的塑料機(jī)械用PID調(diào)控模塊，很大的占用plc內(nèi)存，不能時(shí)時(shí)的反應(yīng)與控制溫度，南大傲拓公司采用時(shí)時(shí)采集控制溫度方法，能更好的控制各溫區(qū)溫度。
 
溫度傳感器選用K型熱電偶，其測(cè)溫圍適中，線性度較好。
 
上位機(jī)用10.4寸工業(yè)觸摸屏與 PLC 組成連接。PLC與上位機(jī)之間可相互通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
 
系統(tǒng)硬件配置如下：
 
圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成
 
 
圖2 溫度變化示意圖
 
3.系統(tǒng)工作原理
 
本系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。在一個(gè)采樣周期內(nèi)，溫度傳感器（熱電偶）將檢測(cè)到的料筒與機(jī)頭溫度信號(hào)，經(jīng)模擬量輸入模塊AIM201-0404，由CPU讀取。CPU將讀取的數(shù)值PV與設(shè)定值SP進(jìn)行比較，得到偏差e = SP—PV。根據(jù)偏差的大小和溫度控制策略進(jìn)行計(jì)算，得到控制輸出，通過(guò)模擬量模塊控制調(diào)控模塊（本模塊是不斷電停止，在啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊忽略為0，而且能及時(shí)啟動(dòng)沒(méi)有延時(shí)，在第一時(shí)間做出反應(yīng)）。通過(guò)控制調(diào)控模塊在一個(gè)采樣周期中的導(dǎo)通時(shí)間即可控制加熱器的加熱時(shí)間，或者冷卻風(fēng)機(jī)的工作時(shí)間，從而達(dá)到控制溫度的目的。
 
 
4.溫度控制策略
 
在進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)調(diào)解時(shí)，比例調(diào)節(jié)反映系統(tǒng)偏差的大小，只要有偏差存在，比例調(diào)解就會(huì)產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。微調(diào)節(jié)根據(jù)偏差的變化趨勢(shì)來(lái)產(chǎn)生控制作用，它可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。
 
由于物在料擠出機(jī)的不同區(qū)段狀態(tài)不同，所設(shè)定的溫度也不同，因此不同的區(qū)段控制精度也不同。
 
在固體輸送段，物料為固態(tài)顆粒，物料與機(jī)筒之間的作用力是摩擦力。在摩擦力作用下，電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，物料被擠壓成固體塞。物料溫度升高，軟化，該段的設(shè)定溫度低于物料的熔融溫度，溫度控制精度較低。
 
在熔融段，與機(jī)筒內(nèi)壁接觸處的物料達(dá)到熔融溫度區(qū)域，物料開始熔融。物料逐漸由固態(tài)熔融為液態(tài)。該階段物料需要吸收大量的熱，同時(shí)又要防止物料溫度過(guò)高分解，因此該段溫度控制精度較高。
 
在熔體輸送段，該段又被稱為均化段。在這一段一是要保證物料成分均勻混合，同時(shí)也要保證物料溫度均勻分布。該段的溫度控制結(jié)果決定了最終的溫度控制結(jié)果，因此這一段的溫度控制精度最高。
 
 
5.PLC編程
 
本系統(tǒng)采用NA200編程軟件，選用梯形圖編制溫度控制程序。由于本溫控系統(tǒng)中每一回路采用的控制策略及所完成的功能均相同，因此采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)溫度控制程序。程序運(yùn)行時(shí)，主程序調(diào)用相應(yīng)的子程序進(jìn)行計(jì)算，得出各加熱段相應(yīng)的輸出量。
 
PLC與上位機(jī)的通信主要通過(guò)讀取和改變 PLC的232來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括實(shí)際溫度數(shù)據(jù)塊、設(shè)定溫度數(shù)據(jù)塊、加熱調(diào)控模塊信息數(shù)據(jù)塊、冷卻調(diào)控模塊信息數(shù)據(jù)塊、各中間繼電器報(bào)警信息數(shù)據(jù)塊等。
 
6.畫面組態(tài)　
 
6.1主屏功能與實(shí)現(xiàn)
 
主屏主要顯示各加熱區(qū)實(shí)際溫度，加熱器及冷風(fēng)機(jī)的開閉狀態(tài)等，通過(guò)圖形編輯器和相應(yīng)的標(biāo)簽管理來(lái)實(shí)現(xiàn)。
 
 

6.2溫度趨勢(shì)圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

溫度趨勢(shì)圖主要顯示各加熱區(qū)的歷史溫度和當(dāng)前溫度，通過(guò)觸摸屏將時(shí)間取樣數(shù)據(jù)和事件記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)。

7.結(jié)束語(yǔ)

本論文創(chuàng)新點(diǎn)：根據(jù)擠出理論，分析擠出機(jī)各段的溫度分布情況，根據(jù)各加熱段所處的不同位置，采用不同的溫度控制精度來(lái)設(shè)計(jì)智能PID溫度控制系統(tǒng)，降低了控制難度。用PLC做控制核心，實(shí)現(xiàn)溫度控制的要求。經(jīng)試驗(yàn)，在新的溫控系統(tǒng)控制下，擠出機(jī)工作平穩(wěn)，取得良好的控制效果，溫度超調(diào)量小于3℃，靜態(tài)誤差小于±1℃。

 

 
 

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