麦克罗挤出机温度控制系统浅析

摘　要：分析挤出机生产系统工作原理，介绍温控系统的组成及各部功能，阐述温控器的工作原理及控制算法。

关键词：挤出机、温度控制、温控器、温控原理
1. 概述
　　金锣集团是肉制品生产加工的一家国家级大型企业，为保证产品的原味性.保鲜性.，就要对包装品材料的质量进行严格要求；我公司引进的加拿大麦克罗挤出生产线主要以PVDC为加工原料生产包装火腿肠的肠衣薄膜，此生产线生产过程自动化水平高、稳定性强、有较强的可靠性。能适应严格的质量需求。本章节在大体分析工艺及原理的挤出上提出挤出机各部控制系统的控制方案；主要分析挤出机温度控制系统的组成及控制原理。
2挤出机系统概述
　　首先概括介绍挤出机生产系统的主要结构及各部功能简单分析肠衣膜生产过程中的挤出工艺及原理：
　　2.1挤出机生产线主要以主机和辅助机两大部分组成主机部分构成较为固定，由上料系统、挤压系统、传动系统、加热冷却系统和控制系统五部分组成，辅机部分主要有模头.、水槽、、扭泡器、热合挤压装置和卷取机组成。
　　麦克罗薄膜挤出生产线各组成部分的主要功能是利用上料器把PVDC原料储存在料斗内通过喂料装置匀速地输送给主机，通过主机上的加热装置将原料加热塑化，同时由传动结构带动螺杆将已塑化的物料经过螺杆和料筒的挤压传送给模口至模头，通过模头将溶流态的物料塑造成筒状膜柱，通过水槽分离冷却牵引到扭泡器进行吹泡，经热合挤压装置热合牵引成为宽度一定的薄膜经卷取机卷绕达到需要长度后卸卷存放。
　　2.2挤出机的温度控制系统
　　固态粉状物料被添加到挤出机中在挤出机的加热挤压下，物料被融化；挤出过程的温度决定挤出薄膜的拉伸度及外观质量，随着挤出产量的增加挤出温度和压力波动急剧加大，挤出过程中塑料熔体温度的变化必然引起熔体黏度的变化导致挤出压力和流率的波动。模头中温度波动1摄氏度可引起百分之三的流率波动，使挤出的薄膜在外观质量和内在强度方面都受到影响，因此，非常有必要通过合理的控制手段和方法获得精确的挤出工艺温度。
　　挤出机温度控制部分分为料筒温度控制、模头温度控制、螺杆温度控制和热合挤压温度控制。料筒温度直接影响物料的内在塑化效果而模头温度影响薄膜的表面质量，料筒温度控制起主要作用。
　　料筒温度控制采用五段铸铝加热器加热，此种加热方式具有清洁、易维护、成本低、效率高等显著特点，易施行各段温度的单独控制。
　　与加热相对应的是料筒加热冷却系统，冷却系统的主要作用是对料筒、螺杆在超温时进行强制冷却，保证生产工艺对温度的需求。下料口冷却采用冷却水冷却，目的是为了防止物料因温度高而变黏以至于结块堵塞下料口。料筒采用五段风机冷却，每一段加热器相对应一台冷却风机，从而对料筒每段温度进行闭环控制。模头温度控制也是按五段加热，其中夹环为云母加热丝加热，模头四区为铸铝加热器加热，此区无冷却装置施行单温控制。
　　螺杆加热控制采用模温机流体加热控制方式，流体在模温机按设定温度加热后通过油泵、双温控制器输送到螺杆内部进行加热，螺杆加热系统是辅助料筒加热系统使物料进一步充分塑化达到预期想要的效果，挤压热合加热与螺杆加热类似。
3.温度控制的硬件系统
　　3.1加热驱动器的利用
　　主机与模头的温度控制采用日本理化RKC温控器作为中心控制，由于温控器输出信号不能直接用于AC220V—380V的电路，所以需要在温控器与加热器之间安装加热驱动系统，在此利用固态继电器作为驱动，固态继电器利用大功率三极管功率场效应等半导
体器件的开关特性，来达到接通和断开被控电路的目的。
　　3.2测温点与测温装置的选择
　　温度测量的准确与否对温度控制起着极其重要的作用，准确的测量温度与测量点和测量装置密切相关；挤出机料筒是一块很厚的金属筒，测温点放置在料筒的内壁表面才能真实的反应料筒内的物料温度。
　　由于温度不能直接加以测量，只能借助于温度传感器（热电偶）与被测物体之间进行热交换（电压型或电流型）间接测出物体温度，在本系统中选用电动势大、线性好、稳定性强的K型热电偶。
　　3.3 RKC温控器对温度控制的基本过程
　　本系统选用RKC—FB400温控器，具有控制精度高、范围广等特性，控制方法为加热和冷却两种模式，起核心控制算法是PID控制（即P比例、I积分、D微分控制）温控器根据热电偶发回来的信号读取实际温度，然后把这个实际温度值与设定值进行比较，产生一个温度偏差，调节的方向朝着温度偏差减少的方向进行，然后温控器输出一个开关量驱动固态继电器进行加热或驱动接触器进行风机冷却。
　　3.3.1PID的控制原理
　　当通过热电偶采集的被测温度偏离所希望的给定值时，PID控制可根据测量信号与给定值的偏差进行比例（P）、积分（I）、微分（D）运算，从而输出某个适当的控制信号给执行机构，促使测量值恢复到给定值，达到自动控制的效果。
　　比例运算是指输出控制量与偏差的比例关系。比例参数P设定值越大，控制的灵敏度越低，设定值越小，控制的灵敏度越高，例如比例参数P设定为4%，表示测量值偏离给定值4%时，输出控制量变化100%。积分运算的目的是消除偏差。只要偏差存在，积分作用将控制量向使偏差消除的方向移动。积分时间是表示积分作用强度的单位。设定的积分时间越短，积分作用越强。例如积分时间设定为240秒时，表示对固定的偏差，积分作用的输出量达到和比例作用相同的输出量需要240秒。比例作用和积分作用是对控制结果的修正动作，响应较慢。微分作用是为了消除其缺点而补充的。微分作用根据偏差产生的速度对输出量进行修正，使控制过程尽快恢复到原来的控制状态，微分时间是表示微分作用强度的单位，仪表设定的微分时间越长，则以微分作用进行的修正越强。
　　PID模块操作非常简捷只要设定4个参数就可以进行温度精确控制：
　　1、温度设定
　　2、P值
　　3、I值
　　4、D值
　　PID模块的温度控制精度主要受P、I、D这三个参数影响。其中P代表比例，I代表积分，D代表微分。
　　比例运算（P）
　　比例控制是建立与设定值（SV）相关的一种运算，并根据偏差在求得运算值（控制输出量）。如果当前值（PV）小，运算值为100%。如果当前值在比例带内，运算值根据偏差比例求得并逐渐减小直到SV和PV匹配（即，直到偏差为0），此时运 算值回复到先前值（前馈运算）。若出现静差（残余偏差），可用减小P方法减小残余偏差。如果P太小，反而会出现振荡。
　　积分运算（I）
　　将积分与比例运算相结合，随着调节时间延续可减小静差。积分强度用积分时间表示，积分时间相当于积分运算值到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需要的时间。积分时间越小，积分运算的校正时间越强。但如果积分时间值太小，校正作用太强会出现振荡。
　　微分运算（D）
　　比例和积分运算都校正控制结果，所以不可避免地会产生响应延时现象。微分运算可弥补这些缺陷。在一个突发的干扰响应中，微分运算提供了一个很大的运算值，以恢复原始状态。微分运算采用一个正比于偏差变化率（微分系数）的运算值校正控制。微分运算的强度由微分时间表示，微分时间相当于微分运算值达到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需的时间。微分时间值越大，微分运算的校正强度越强。
　　3.3.2RKC—FB400温控器的基本接线
　　端子①　　L　　AC220V　　相线
　　②　　N　　　　　　　　　　零线
　　⑨⑩　　第二冷却输出
　　⑾⑿　　第一加热输出
　　22、23、24　　热电偶或PT100温度传感器接点
　　25、26、27　　RS485联网通讯接口　　其功能是温控器、人机界面和PLC之间进行相互通讯，通过人机界面、PLC也能对温度进行综合控制。 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/yydzjs/233096.html