单螺杆挤出机的温度控制.pdf
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N6(Sum152)nGnlber2002塑料科技PLASTICSSCIrIECHNOLOGY37单螺杆挤出机的温度控制纪峻松,刘莉,徐延国(1大连冰山橡塑股份有限公司,辽宁大连116033;2沈阳青林自动化有限公司,辽宁沈阳110032)摘要:
在单螺杆挤出机多级加热及喂料温度的控制中,采用了高智能的RKC型温控仪,并通过一次比例、积分和微分调节(PID)自整定及偏差值修补,实现了精确地温度控制。
关键词:
单螺杆挤出机;温度控制中图分类号:
TQ3205文献标识码:
B近年来,塑料机械工业发展迅速,S卜90、一120等系列单螺杆挤出机经过多年的更新换代,具有结构新颖、转速高、长径比大、物料塑化质量高及整机性能好的优点,既可加工LDPE,又可加工LDPE和ILDPE的混合料。
对于塑料挤出生产来说,其挤出制品的好坏与挤出温度控制的精确性有很大关系。
本文将简单介绍一下一90、s卜120系列塑料挤出机,为保证产品质量而实施的温度控制。
1温控系统的确定11设计原则在单螺杆挤出机的设计、制造过程中,以前往往对温度的控制要求不是很高,筒身的实际温度误差比较大,但随着塑料工业的发展,一些新材料不断涌现,对塑料成型工艺及混炼效果等提出更高的要求,加之单螺杆挤出机的多区段温度控制的特点,因此在设计温控系统时,要求保证温度控制精确,性能稳定,并且在控制对象不一致时也易于控制。
12控制系统的确定传统的PID调节,由于存在计算精确偏差大、稳定性能不理想及操作不便等缺点,特别在对控制对象不一致的情况下,极不易控制。
考虑这一原因,又根据单螺杆挤出机多级温度控制的特点及温控系统的设计原则,最近在新设计的、SJ一120型塑料挤出机中,收稿日期:
2002-0312采用选择设计了新的温度控制系统。
121温度控制采用一次自整定PID调节由于单螺杆挤出机温度场是一个二阶滞后环节,所以温度控制采用一次自整定PID调节,其调节原理简介如下。
(a)比例带调节n调节方程:
P。
=e(t)e(t)=U(k)一Ui(k)式中e(t)输人偏差函数;U(k)输人函数;ui(k)反馈函数;ID系统放大倍数;输出函数。
由方程可知,调节器的输出与偏差e(t)成正比,其e(t)偏差主要取决于K比例系数,比例系数愈大,调节作用愈强,动态特性愈好,但实际过程中,因热惯性很大,ID不易过大,否则会引起自激振荡,控温不稳定。
(b)积分调节调节方程:
1I。
Je(t)dt10积分函数方程中T为积分时间常数,表示积分速度的大小。
积分作用:
调节器输出与偏差存在的时间有关,只要有偏差存在,输出时间不断增长,偏差消除在实际过维普资讯http:
/38纪峻松,等单螺杆挤出机的温度控制程中,被控对象往往不是单一的,控制过程也不是简单的过程。
静态与动态间有着较大的区别。
(c)微分调节Do=To_de(t)式中D。
微分函数;TD微分时间常数。
由微分方程式看,微分作用只能反应偏差输入变化的速度,对于一个固定不变的偏差,微分不起作用。
为了达到更有效的控制,微分作用方程应为:
D。
=Kpe(t)+t)dt+TD式中Ti积分时间常数。
运用比例,积分、微分三种调节,无论从静态,动态还是调节质量均得到了改善。
图1加热、冷却输出功能图122加热冷却控制由图1可知,本挤出机中,筒部温度控制采用加热侧输出和冷却侧输出。
其中OL为重叠带,DB为不感带。
123加热、冷却驱动本温度控制选用了中间继电器驱动加热,由信号输入、中间继电器、铸铝加热器、冷热器、冷却电磁阀及电流指示组成了控制回路,如图2所示J。
图2控制图为四段加热与冷却,其工作原理:
将热电偶的测温传感信号送至温控仪,由温控仪分别将热电偶的电势和冷端电势转换成数字量,两数字量相加,经线性处理后,得出实测温度,一路送显示屏进行温度显示,一路与设定温度相比较,在进行PID运算后,输出加热冷却信号。
“OUTI、OUT2”双输出信号由中间接触器驱动,分别控制加热器和冷却阀,使温度有效、准确、稳定地控制在设定值上。
同时,加热器在执行加热时,通过电流互感器,由电流表显示,可很方便的观察各段机简体的加热执行情况。
2控制装置及控制工艺通过上述分析,确定控制系统以后,应选择适当的控制仪表装置。
(I)在单螺杆挤出机的挤塑成型及调整过程中,对温度控制的精确性、稳定性及可操作性要求越来越高。
由于在单螺杆挤出机中,加热段机简体间是相互连接在一起的,且都为数段机简体同时加热控制,铸铝电热元件在升温过程中,升温速度快,热惯性大,且物料的吸热性能也不尽相同。
以往应用的传统PID调节,温度控制的精确性、稳定性、可操作性等方面未能达到理想效果,特别在动态控制过程中,效果更为不佳,从而影响了单螺杆挤出机塑化效果。
由于温差偏大,造成物料物理性能的降低,要解决这一问题必须对工艺进行改进。
离豳离图2控制回路
(2)工艺调整。
传统的PID调节方法不能适应温控要求,现采用新型的PID控制,消除了传统PID存在的多方面问题及影响,可适应不同的工艺要求。
对不同的控制对象,可采用灵活的控制方法。
在实施温度控制时,通过一次自整定方式可有效地把PID控制作用调整在最佳状态,其控制过程如图3所示。
由控制曲线图可知,要得到各段机筒体加热区域维普资讯http:
/纪峻松,等单螺杆挤出机的温度控制39理想的温控效果,在对控制器PID一次自整定后,使PID得到最优值,系统给出了被控对象在不同温度段的波动及整定过程,最终使温度稳定在sV设定值上。
波动给定在比设定值低20处行【b)图3PID控制过程(3)手动设定操作。
在单螺杆挤出机中,一般都为多段加热与冷却,不同的物料配方有不同的温度要求。
各加热段之间温度设定也不尽相同,在冷却过程中,由于冷却液流量的不一致,使得在实行温控中仅通过一次自动演算的PID,其结果是不会完善的。
在对不同的控制对象,不同的区域进行温度控制中,必须通过手动再给定,调整PID参数至实际的控制要求,使各区段温度控制在理想的稳定的设定范围内,见表1。
表1手动设定操作参数符号AUPIDAITPC出t参数值500*20*0200注:
*为实际控制过程中根据需要进行参数修正,修正值一般不会与自整定后的参数值相差太多在主控系统中(主电机),采用英国欧陆直流调整系统,保证了运行的可靠性及稳定性。
在温度控制系统中,采用了进口的RKC温控仪表,通过一次P1D自整定输出,由继电器驱动加热器及冷却阀,达到精确温控目的。
根据用户提出的不同工艺要求,设计时选用的温度控制策略也不尽相同,适用范围更为广泛。
3结论以上介绍了单螺杆挤出机温度控制系统的设计与实践,在实际应用中取得了明显的效果,稳定的温度控制使所挤物料物理特性更好,特别对线型高密度聚乙烯的物料效果更明显,得到了广大客户的认可及好评,从而使制品企业增加了经济效益。
参考文献:
1黄家英自动控制原理(M江苏:
东南大学出版社,19941黄俊半导体变流技术M北京:
机械工业出版社,1987TemperatureControlofSingleScrewExtruderJIJun-song。
LIULi,XUYahguo2(1DalianBingshanRubber&PlasticsCoLtd,Dalian116033,China;2ShengyangQinglinAutomationCoLtd,Shengyang1l0032,China)Abstract:
Tocontrolthemultistageheatingandfeedingtemperatureofsinglescrewextruder,highintelligenttemperaturecontrollerRKCWasadopted,theaccuratetemperaturecontrolWasrealizedbynofPIDself-regulationanddeviationcompensationKeywords:
Singlescrewextruder;Temperaturecontrol维普资讯http:
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