塑料機械——南大傲拓NA200系列PLC在塑料擠出機

　　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量，例如制品表面的殘余應力、收縮率及制品質量的穩定性。現有一臺雙螺桿擠出機，由于較早購置，擠出機的溫控系統采用溫控儀表。其加熱方式為加熱瓦分區加熱。根據工藝要求，各區設定不同加熱溫度，采用溫控儀表加固態繼電器的溫控方式。由于溫控電路結構復雜，故障率較高，此外，溫控表為斷續控溫方式，因此各加熱區溫度波動較大，塑料制品的加工質量難以穩定。

　　針對上述情況，我們設計了以PLC為控制核心的多回路不等溫塑料擠出機溫度控制系統。經試驗，該系統控溫精度高，硬件簡單可靠，塑料制品加工質量穩定。

　　設備概況如下：

　　雙螺桿擠出機，D=120mm，L/D=25，最大產量450Kg/h，11個加熱段，固體輸送段3個，熔融段4個，熔體輸送段3個，機頭1個。采用水冷方式冷卻。

　　2.系統硬件配置

　　本系統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，來實現溫度的采集與自動調節。系統要求實現11路溫度控制，每一回路均為設定固定值控制。根據實際要求選用相應的功能模塊。

　　其中CPU模塊選用CPU201-4002+AIM201-0404+AIM201-0201+A0M201-0402，集成有24個數字輸入端、16個數字輸出端、12個模擬輸入端、12個模擬輸出端，用模量模塊控制調控模塊實現不間斷輸出，更好的控制溫度。現在用plc做的塑料機械用PID調控模塊，很大的占用plc內存，不能時時的反應與控制溫度，南大傲拓公司采用時時采集控制溫度方法，能更好的控制各溫區溫度。

　　溫度傳感器選用K型熱電偶，其測溫圍適中，線性度較好。

　　上位機用10.4寸工業觸摸屏與 PLC 組成連接。PLC與上位機之間可相互通信，實現對溫度的實時監控。

　　　　3.系統工作原理

　　本系統是一個閉環反饋控制系統。在一個采樣周期內，溫度傳感器(熱電偶)將檢測到的料筒與機頭溫度信號，經模擬量輸入模塊AIM201-0404，由CPU讀取。CPU將讀取的數值PV與設定值SP進行比較，得到偏差e = SP—PV。根據偏差的大小和溫度控制策略進行計算，得到控制輸出，通過模擬量模塊控制調控模塊(本模塊是不斷電停止，在啟動時對電網的沖擊忽略為0，而且能及時啟動沒有延時，在第一時間做出反應)。通過控制調控模塊在一個采樣周期中的導通時間即可控制加熱器的加熱時間，或者冷卻風機的工作時間，從而達到控制溫度的目的。

　　4.溫度控制策略

　　在進行溫度調節調解時，比例調節反映系統偏差的大小，只要有偏差存在，比例調解就會產生控制作用，以減少偏差。微調節根據偏差的變化趨勢來產生控制作用，它可以改善系統的動態響應速度。

　　由于物在料擠出機的不同區段狀態不同，所設定的溫度也不同，因此不同的區段控制精度也不同。

　　在固體輸送段，物料為固態顆粒，物料與機筒之間的作用力是摩擦力。在摩擦力作用下，電機的機械能轉化為熱能，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，與機筒內壁接觸處的物料達到熔融溫度區域，物料開始熔融。物料逐漸由固態熔融為液態。該階段物料需要吸收大量的熱，同時又要防止物料溫度過高分解，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，同時也要保證物料溫度均勻分布。該段的溫度控制結果決定了最終的溫度控制結果，因此這一段的溫度控制精度最高。5.PLC編程

　　本系統采用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，因此采用結構化程序設計方法設計溫度控制程序。程序運行時，主程序調用相應的子程序進行計算，得出各加熱段相應的輸出量。

　　PLC與上位機的通信主要通過讀取和改變 PLC的232來實現，包括實際溫度數據塊、設定溫度數據塊、加熱調控模塊信息數據塊、冷卻調控模塊信息數據塊、各中間繼電器報警信息數據塊等。

　　6.畫面組態

　　6.1主屏功能與實現

　　主屏主要顯示各加熱區實際溫度，加熱器及冷風機的開閉狀態等，通過圖形編輯器和相應的標簽管理來實現。

　　6.2溫度趨勢圖的設計與實現

　　溫度趨勢圖主要顯示各加熱區的歷史溫度和當前溫度，通過觸摸屏將時間取樣數據和事件記錄在數據庫。

　　7.結束語

　　本論文創新點：根據擠出理論，分析擠出機各段的溫度分布情況，根據各加熱段所處的不同位置，采用不同的溫度控制精度來設計智能PID溫度控制系統，降低了控制難度。用PLC做控制核心，實現溫度控制的要求。經試驗，在新的溫控系統控制下，擠出機工作平穩，取得良好的控制效果，溫度超調量小于3℃，靜態誤差小于±1℃。