1、B 近年来，塑料机 械工业 发展迅速，S 卜 9 0、一1 2 0 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 L D P E，又可加工 L D P E和 I L D P E 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 一9 0、s 卜 1 2 0 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 1 1 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
2、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。1 2 控制系统的确定 传统的 P I D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、S J 一1 2 0型塑料挤 出机中，收稿 日期：2 0 0 2-0 3 1 2 采用选择设计了新的温度控制系统。1 2
3、1 温度控制采用一次 自整定 P I D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 P I D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U i（k）式 中 e（t）输人偏差函数；U（k）输人函数；u i（k）反馈 函数；I D 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，I D 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：
4、1 I。J e（t）d t 1 0 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:/ 3 8 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 D o=T o _d e （t）式 中 D。微分函数；T D 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。=K p e（
5、t）+t）d t+T D 式中 T i 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 1 2 2 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 O L为重叠 带，D B为不感 带。1 2 3 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
6、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 P I D运算后，输 出加热 冷却 信号。“O U T I、O U T 2”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
7、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 P I D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 P I D调节方法不能适 应温 控要求，现采用新型的 P I D控制，消除了传统 P I D存在 的多
8、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 P I D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 3 9 理想的温控 效果，在 对控 制器 P I D一 次 自整定 后，使 P I D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 s V 设定值上。波动给 定在 比设定 值低 2 0处 行【b）图 3 P I D控制过程（3）手动设定操作。在单螺杆挤出机
9、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 P I D，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 P I D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 A U P I D A I T P C出t 参数值5 0 0 *2 0 *0 2 0 0 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
10、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 R K C温控 仪表，通 过一次 P 1 D 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
11、家英 自动控制原理（M 江苏：东南大学出版社，1 9 9 4 1 黄俊 半导体变流技术 M 北京：机械工业出版社，1 9 8 7 Te mp e r a t u r e Co n t r o l o f S i n g l e S c r e w Ex t r u d e r J I J u n-s o n g 。L I U L i ，X U Y a h g u o 2 （1 D a l i a n B i n g s h a n R u b b e r&P l a s t i c s C o L t d ，D a l i a n 1 1 6 0 3 3，C h i n a；2 S h e n
12、 g y a n g Q i n g l i n A u t o ma t i o n C o L t d ，S h e n g y a n g 1 l 0 0 3 2，C h i n a）Ab s t r a c t：To c o nt r o l t he mu l t i s t a g e he at i n g a n d f e e d i n g t e mp e rat u r e o f s i n g l e s c r e w e x t rud e r，h i g h i n t e l l i g e n t t e mp e ra t u r e c o n t r o l l e r RKC Was a d o p t e d，t h e a c c u r a t e t e mp e rat u r e c o n t r o l Was r e a l i z ed b y n o f P I D s e l f-r e g ul a ti o n a nd d e v i a ti o n c o mp e n s a t i o n Ke y wo r d s：Si n g l e s c r e w e x t r u d e r；Te mp e rat u r e c o n t r o l 维普资讯 http:/
