挤出机电气控制部分改造方案与选择

挤出机电气控制部分改造方案与选择

李敬皓

山东东方管业有限公司

摘要：挤出机在塑料行业中占有核心地位。对与挤出机的修复与改造实践，首先要根据整机的具体实际情况（如机械磨损程度、电气部分老化程度、故障的出现率、修复改造的成本、以及对加工对象生产工艺方面）综合考虑，确定合适的方案，选择合适的电气元器件，符合生产工艺要求，使生产的产品质量稳定，提高生产产量，增加生产经济效率。对挤出机加以改造和完善，恢复并提高生产性能，可以延长设备的使用期，节省设备投资成本，相对来说提高了经济效益。

关键词：挤出机；电气部分的改造；方案；选择

挤出机改造实践中，结合生产实际情况，依据生产工艺要求和被改造设备的完好程度，零部件精度尚未降低，电气部分出现故障的概率较多，维修时间多，对机械部分加以修复，对电气部分加以改造，在功能方面加以完善，为稳定产品质量提高产品质量提高产品产量提供了技术保障，投资少，见效快，可延长设备的使用期，节省设备投资成本。下面就从电气部分的改造，电气部分元器件的性能与选择方面予以阐述，在实际应用中予以借鉴和推广。

1挤出机的控制系统

一般分为两大类：一是继电器接触器等传统分离元器件组成的控制系统，常见于旧挤出机，具有成本低的优点，但线路繁琐，故障出现率高，维修时间长；二是采用可编程控制器PLC和触摸屏TOUCH等现代先进技术元器件组成的自动控制系统，简称PLC-T，常见于新机，是现代自动化控制系统的主流[1]。PLC选择如欧姆龙CJ2M系列等，触摸屏选择如欧姆龙NS10系列、西门子MP277系列等。PLC-T控制系统虽然成本贵一些，但具有许多优点：线路简洁、结构紧凑、节省控制柜空间、参数设置方便、功能更全面、出故障率低、维修方便。

2主电机驱动控制部分

主电机驱动控制部分是电气控制部分的核心。

2.1主电机驱动方式选择

在早期，多数主电机采用直流电机，不管是闭环还是开环的直流驱动系统，其启动运行性能均较为平稳，调速性能呈良好的线性，技术也很成熟。然而，经过长期使用，直流驱动器的性能会下滑，出现故障的可能性变大，维修所需时间增多，此时可以考虑换上新的直流驱动器，像欧陆 590 系列、ETD790 系列等等。主电机的绝缘性能降低，机械磨损严重，修复的成本较大，那么可以考虑更换电机，例如上海南洋直流电机、西安电机直流电机、西安泰富西玛直流电机之类的。伴随交流电机和变频器技术的进步，尤其是高性能矢量变频器的运用，交流电机的启动性能和调速性能能够达到直流驱动系统的水平。交流驱动系统是未来的发展趋向，其优点在于交流电机维护简便，最大的优势是节能，节能率可达 30%。在进行设备改造的实践中，打算更换电机时也能够考虑换成交流电机，诸如西门子电机、ABB 电机等。对于变频器的选取，主要需考虑其是否具有良好的低速负载特性，比如安川变频器 A1000 系列等高性能矢量变频器。

在生产实践期间，常常由于配料或者原料方面的缘由致使喂料量发生变化，甚至突然增大，这会导致挤出机扭矩猛然增加。一方面会对产品质量产生影响，另一方面会给螺杆带来损害，情况严重时螺杆还会断裂。在此环节中运用主电机扭矩与喂料量的自动控制：喂料量的改变会影响主电机的电流变化，驱动器会输出一个模拟信号至 PID 控制单元加以控制，接着输出一个模拟信号给喂料电机变频器，用于调控喂料电机的转速，从而实现对喂料量的控制，最终达成稳定的输出，使产品质量得以稳定。为避免在调节进程中喂料量波动幅度过大，给喂料电机变频器设定了最高转速与最低转速，以此保障正常情况下的最大喂料量和最小喂料量。为防止异常状况的出现，当主电机电流增大至额定电流的 100%时，PID 控制器会输出一个报警信号；当主电机电流增大到额定电流的 110%时，PID 控制器会输出一个信号让喂料电机变频器停止工作，在驱动器过流延时的范围内将主电机电流降低。采用主电机喂料量自动控制之后，降低了停机率，减少了材料的损耗。

2.2采用启动顺序保护，由PLC程序设定

加热并温度达到设定值1小时后，才可以启动主电机。辅机系统启动后才能驱动主机系统。启动辅机包括吹干机、切粒机等；主机系统包括油泵、冷却风机、主电机、喂料机。

2.3停机顺序

停机顺序为：喂料机——主电机——油泵——风机——切粒机——吹干机——加热。

2.4异常自动停机顺序

停机优先级别：喂料机——主电机——油泵——冷风机。

2.5保护措施

（1）机械方面，尽量保持原来的力矩剪切销或力矩耦合器装置。如达到力矩的100%起保护作用报警指示。力矩达到115%时剪切销剪切或耦合器脱离已保护主电机，保护减速箱，保护螺杆。（2）熔体压力保护。熔体压力高到一定值时报警指示，熔体压力再高到一定值停主机，以保护螺杆。（3）油温保护。可以间接反映油量，油泵工作状态，油温高到一定值报警指示。（4）防护罩保护。防护罩没有到位不能启动，防护传动部分意外伤人，并报警指示。

3加热控制系统方面

3.1加热控制系统

大多数双螺杆挤出机的加热部分所运用的是 PID 控制单元控制系统，通过功率调整单元（同步对工作电压和工作电流进行调整）来对加热器的实际功率大小予以调控。其控制精度颇高，然而成本高昂，体积庞大，所占据的空间也较大。伴随技术的不断进步，涌现出了众多新的控制方式，像是 PLC、DCS、FCS、IPC 控制系统等等。其中，DCS 和 PLC 控制系统运用多点输入温度模块，把温度信号接入 DCS、PLC，借助触摸屏来进行参数的调节，智能化水平得到了提升，适用于现代自动化控制。采用 PLC 及 DCS 温度控制模块控制系统，驱动固态继电器，具备自动调整自适应的功能，在动态环境下处于±1℃的范围之内。温度控制模块例如欧姆龙 E5ZN 系列等。

3.2加热器的选用

挤出机的加热器常用的有两种，一种是铸铝加热器，一种是铸铜加热器。铸铝的热传导率比铸铜高，加热快散热也快，温度稳定效果不理想，适用于对温度控制要求不高的场合，但成本低。铸铜加热器热传导率比铸铝低，温度稳定效果好，适用于对温度控制精度要求较高的场合，热损耗少，但成本高。

3.3冷却控制系统选择

挤出机常用风冷和水冷两种冷却方式。风冷方式是采用风机吹风冷却机身，适用于加工对象对温度控制精度要求不高的工艺。水冷方式是采用电磁阀供水冷却机身，适用于加工对象对温度控制精度要求较高的工艺。

4结束语

本文详细阐述了对挤出机电气部分的改造和完善，优化其生产性能的方案以及对电气元器件的选择在实践中取得了成功，不仅节省了对设备资金的投入，而且还提高了产品质量稳定性、提高了生产产量，取得了良好的经济效益，对于其他设备改造也有借鉴价值和指导意义。

参考文献：

［1］张建华.机电一体化系统设计［M］.北京：高等教育出版社，2021.

［2］李楠.机电一体化技朮应用实例［M］.北京：机械工业出版社，2022.

［3］ 张军.浅谈电气控制系统（RCS）的应用和发展［J］.自动化博览，2023，21（6）：66-69.