擠出機(jī)電氣部分的改造方案與選擇

李晶昌

（廣東上九生物降解塑料有限公司，廣東東莞 528128）

擠出機(jī)改造實(shí)踐中，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，依據(jù)生產(chǎn)工藝要求和被改造設(shè)備的完好程度，零部件精度尚未降低，電氣部分出現(xiàn)故障的概率較多，維修時(shí)間多，對(duì)機(jī)械部分加以修復(fù)，對(duì)電氣部分加以改造，在功能方面加以完善，為穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量提高產(chǎn)品質(zhì)量提高產(chǎn)品產(chǎn)量提供了技術(shù)保障，投資少，見(jiàn)效快，可延長(zhǎng)設(shè)備的使用期，節(jié)省設(shè)備投資成本。下面就從電氣部分的改造，電氣部分元器件的性能與選擇方面予以闡述，在實(shí)際應(yīng)用中予以借鑒和推廣。

1 擠出機(jī)的控制系統(tǒng)

一般分為兩大類(lèi)：一是繼電器接觸器等傳統(tǒng)分離元器件組成的控制系統(tǒng)，常見(jiàn)于舊擠出機(jī)，具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，但線(xiàn)路繁瑣，故障出現(xiàn)率高，維修時(shí)間長(zhǎng)；二是采用可編程控制器PLC和觸摸屏TOUCH等現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)元器件組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC-T，常見(jiàn)于新機(jī)，是現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主流[1]。PLC選擇如歐姆龍CJ2M系列等，觸摸屏選擇如歐姆龍NS10系列、西門(mén)子MP277 系列等。PLC-T 控制系統(tǒng)雖然成本貴一些，但具有許多優(yōu)點(diǎn)：線(xiàn)路簡(jiǎn)潔、結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省控制柜空間、參數(shù)設(shè)置方便、功能更全面、出故障率低、維修方便。

2 主電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制部分

主電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制部分是電氣控制部分的核心。

2.1 主電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式選擇

早期的主電機(jī)大多數(shù)是采用直流電機(jī)，無(wú)論是采用閉環(huán)方式還是開(kāi)環(huán)方式直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，啟動(dòng)運(yùn)行性能都比較平穩(wěn)，調(diào)速性能線(xiàn)性良好，技術(shù)成熟。但由于長(zhǎng)期使用，直流驅(qū)動(dòng)器性能下降，出故障的幾率增大，維修時(shí)間增多，可以考慮更換新的直流驅(qū)動(dòng)器，如歐陸590 系列，ETD790系列等。主電機(jī)的絕緣性能下降、機(jī)械磨損嚴(yán)重，修復(fù)成本較大，可以考慮更換電機(jī)，如上海南洋直流電機(jī)、西安電機(jī)直流電機(jī)、西安泰富西瑪直流電機(jī)等。隨著交流電機(jī)和變頻器技術(shù)的發(fā)展，特別是高性能矢量變頻器的應(yīng)用，交流電機(jī)的啟動(dòng)性能和調(diào)速性能能夠與直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相媲美[2]。交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是未來(lái)發(fā)展的主流，優(yōu)點(diǎn)就是交流電機(jī)的維護(hù)方便，最大的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)能，節(jié)能率達(dá)30%。在進(jìn)行設(shè)備改造實(shí)踐中，考慮更換電機(jī)是也可以考慮更換成交流電機(jī)，如西門(mén)子電機(jī)、ABB 電機(jī)等。對(duì)于變頻器的選擇主要考慮良好的低速負(fù)載特性，如安川變頻器A1000系列等高性能矢量變頻器。

在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)榕淞戏矫婊蛟戏矫娴囊蛩匾鹞沽狭康淖兓蛲蝗辉龃?，進(jìn)而影響到擠出機(jī)扭矩的突然增大，一是影響產(chǎn)品質(zhì)量，二是對(duì)螺桿造成損害，嚴(yán)重者會(huì)斷裂。在這一環(huán)節(jié)采用主電機(jī)扭矩與喂料量自動(dòng)控制：喂料量的變化影響主電機(jī)電流變化，驅(qū)動(dòng)器輸出一個(gè)模擬信號(hào)到PID 控制單元進(jìn)行控制，輸出一個(gè)模擬信號(hào)到喂料電機(jī)變頻器去控制喂料電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制喂料量的目的，最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的輸出，穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量。為了防止在調(diào)節(jié)過(guò)程中喂料量波動(dòng)太大，喂料電機(jī)變頻器設(shè)定最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速，以保證在正常情況下最大喂料量和最小喂料量。為了防止異常情況的發(fā)生，主電機(jī)電流增大到額定電流的100%時(shí)PID控制器輸出一個(gè)報(bào)警信號(hào)，主電機(jī)電流增大到額定電流的110%時(shí)PID控制器輸出一個(gè)信號(hào)停止喂料電機(jī)變頻器，在驅(qū)動(dòng)器過(guò)流延時(shí)內(nèi)將主電機(jī)電流降下來(lái)。采用主電機(jī)喂料量自動(dòng)控制后降低了停機(jī)率，減少了材料的損耗。

2.2 采用啟動(dòng)順序保護(hù)，由PLC程序設(shè)定

加熱并溫度達(dá)到設(shè)定值1 小時(shí)后，才可以啟動(dòng)主電機(jī)。輔機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)后才能驅(qū)動(dòng)主機(jī)系統(tǒng)。啟動(dòng)輔機(jī)包括吹干機(jī)、切粒機(jī)等；主機(jī)系統(tǒng)包括油泵、冷卻風(fēng)機(jī)、主電機(jī)、喂料機(jī)。

2.3 停機(jī)順序

停機(jī)順序?yàn)椋何沽蠙C(jī)——主電機(jī)——油泵——風(fēng)機(jī)——切粒機(jī)——吹干機(jī)——加熱。

2.4 異常自動(dòng)停機(jī)順序

停機(jī)優(yōu)先級(jí)別：喂料機(jī)——主電機(jī)——油泵——冷風(fēng)機(jī)。

2.5 保護(hù)措施

（1）機(jī)械方面，盡量保持原來(lái)的力矩剪切銷(xiāo)或力矩耦合器裝置。如達(dá)到力矩的100%起保護(hù)作用報(bào)警指示。力矩達(dá)到115%時(shí)剪切銷(xiāo)剪切或耦合器脫離已保護(hù)主電機(jī)，保護(hù)減速箱，保護(hù)螺桿。

（2）熔體壓力保護(hù)。熔體壓力高到一定值時(shí)報(bào)警指示，熔體壓力再高到一定值停主機(jī)，以保護(hù)螺桿。

（3）油溫保護(hù)?？梢蚤g接反映油量，油泵工作狀態(tài)，油溫高到一定值報(bào)警指示。

（4）防護(hù)罩保護(hù)。防護(hù)罩沒(méi)有到位不能啟動(dòng)，防護(hù)傳動(dòng)部分意外傷人，并報(bào)警指示。

3 加熱控制系統(tǒng)方面

3.1 加熱控制系統(tǒng)

大多數(shù)雙螺桿擠出機(jī)的加熱部分采用的是PID 控制單元控制系統(tǒng)，采用功率調(diào)整單元（同時(shí)調(diào)整工作電壓和工作電流）來(lái)調(diào)整加熱器的實(shí)際功率大小。其控制精度比較高，但成本很高，體積大，占的空間也大。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的控制方式，如PLC、DCS、FCS、IPC控制系統(tǒng)等等，其中DCS 和PLC控制系統(tǒng)采用多點(diǎn)輸入溫度模塊，將溫度信號(hào)接入DCS、PLC，用觸摸屏進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，智能化程度提高了，適用于現(xiàn)代自動(dòng)化控制。采用PLC及DCS 溫度控制模塊控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器，具有自動(dòng)調(diào)整自適應(yīng)功能，在動(dòng)態(tài)環(huán)境下±1℃范圍內(nèi)[3]。溫度控制模塊如歐姆龍E5ZN系列等。

3.2 加熱器的選用

擠出機(jī)的加熱器常用的有兩種，一種是鑄鋁加熱器，一種是鑄銅加熱器。鑄鋁的熱傳導(dǎo)率比鑄銅高，加熱快散熱也快，溫度穩(wěn)定效果不理想，適用于對(duì)溫度控制要求不高的場(chǎng)合，但成本低。鑄銅加熱器熱傳導(dǎo)率比鑄鋁低，溫度穩(wěn)定效果好，適用于對(duì)溫度控制精度要求較高的場(chǎng)合，熱損耗少，但成本高。

3.3 冷卻控制系統(tǒng)選擇

擠出機(jī)常用風(fēng)冷和水冷兩種冷卻方式。風(fēng)冷方式是采用風(fēng)機(jī)吹風(fēng)冷卻機(jī)身，適用于加工對(duì)象對(duì)溫度控制精度要求不高的工藝。水冷方式是采用電磁閥供水冷卻機(jī)身，適用于加工對(duì)象對(duì)溫度控制精度要求較高的工藝。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了對(duì)擠出機(jī)電氣部分的改造和完善，優(yōu)化其生產(chǎn)性能的方案以及對(duì)電氣元器件的選擇在實(shí)踐中取得了成功，不僅節(jié)省了對(duì)設(shè)備資金的投入，而且還提高了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、提高了生產(chǎn)產(chǎn)量，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于其他設(shè)備改造也有借鑒價(jià)值和指導(dǎo)意義。

［1］張建民，唐水源，馮淑華.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［2］龔炳錚.機(jī)電一體化技朮應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

［3］張軍，李楠.淺談電氣控制系統(tǒng)（RCS）的應(yīng)用和發(fā)展［J］.自動(dòng)化博覽，2004，21（6）：66-69.