擠出機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）

擠出機改造實踐中，結合生產實際情況，依據生產工藝要求和被改造設備的完好程度，零部件精度尚未降低，電氣部分出現故障的概率較多，維修時間多，對機械部分加以修復，對電氣部分加以改造，在功能方面加以完善，為穩定產品質量提高產品質量提高產品產量提供了技術保障，投資少，見效快，可延長設備的使用期，節省設備投資成本。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，在實際應用中予以借鑒和推廣。

1 擠出機的控制系統

一般分為兩大類：一是繼電器接觸器等傳統分離元器件組成的控制系統，常見于舊擠出機，具有成本低的優點，但線路繁瑣，故障出現率高，維修時間長；二是采用可編程控制器PLC和觸摸屏TOUCH等現代先進技術元器件組成的自動控制系統，簡稱PLC-T，常見于新機，是現代自動化控制系統的主流[1]。PLC選擇如歐姆龍CJ2M系列等，觸摸屏選擇如歐姆龍NS10系列、西門子MP277 系列等。PLC-T 控制系統雖然成本貴一些，但具有許多優點：線路簡潔、結構緊湊、節省控制柜空間、參數設置方便、功能更全面、出故障率低、維修方便。

2 主電機驅動控制部分

主電機驅動控制部分是電氣控制部分的核心。

2.1 主電機驅動方式選擇

早期的主電機大多數是采用直流電機，無論是采用閉環方式還是開環方式直流驅動系統，啟動運行性能都比較平穩，調速性能線性良好，技術成熟。但由于長期使用，直流驅動器性能下降，出故障的幾率增大，維修時間增多，可以考慮更換新的直流驅動器，如歐陸590 系列，ETD790系列等。主電機的絕緣性能下降、機械磨損嚴重，修復成本較大，可以考慮更換電機，如上海南洋直流電機、西安電機直流電機、西安泰富西瑪直流電機等。隨著交流電機和變頻器技術的發展，特別是高性能矢量變頻器的應用，交流電機的啟動性能和調速性能能夠與直流驅動系統相媲美[2]。交流驅動系統是未來發展的主流，優點就是交流電機的維護方便，最大的優點就是節能，節能率達30%。在進行設備改造實踐中，考慮更換電機是也可以考慮更換成交流電機，如西門子電機、ABB 電機等。對于變頻器的選擇主要考慮良好的低速負載特性，如安川變頻器A1000系列等高性能矢量變頻器。

在生產實踐過程中，經常會因為配料方面或原料方面的因素引起喂料量的變化或突然增大，進而影響到擠出機扭矩的突然增大，一是影響產品質量，二是對螺桿造成損害，嚴重者會斷裂。在這一環節采用主電機扭矩與喂料量自動控制：喂料量的變化影響主電機電流變化，驅動器輸出一個模擬信號到PID 控制單元進行控制，輸出一個模擬信號到喂料電機變頻器去控制喂料電機的轉速，達到控制喂料量的目的，最終達到一個穩定的輸出，穩定了產品質量。為了防止在調節過程中喂料量波動太大，喂料電機變頻器設定最高轉速與最低轉速，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生，主電機電流增大到額定電流的100%時PID控制器輸出一個報警信號，主電機電流增大到額定電流的110%時PID控制器輸出一個信號停止喂料電機變頻器，在驅動器過流延時內將主電機電流降下來。采用主電機喂料量自動控制后降低了停機率，減少了材料的損耗。

2.2 采用啟動順序保護，由PLC程序設定

加熱并溫度達到設定值1 小時后，才可以啟動主電機。輔機系統啟動后才能驅動主機系統。啟動輔機包括吹干機、切粒機等；主機系統包括油泵、冷卻風機、主電機、喂料機。

2.3 停機順序

停機順序為：喂料機——主電機——油泵——風機——切粒機——吹干機——加熱。

2.4 異常自動停機順序

停機優先級別：喂料機——主電機——油泵——冷風機。

2.5 保護措施

（1）機械方面，盡量保持原來的力矩剪切銷或力矩耦合器裝置。如達到力矩的100%起保護作用報警指示。力矩達到115%時剪切銷剪切或耦合器脫離已保護主電機，保護減速箱，保護螺桿。

（2）熔體壓力保護。熔體壓力高到一定值時報警指示，熔體壓力再高到一定值停主機，以保護螺桿。

（3）油溫保護?？梢蚤g接反映油量，油泵工作狀態，油溫高到一定值報警指示。

（4）防護罩保護。防護罩沒有到位不能啟動，防護傳動部分意外傷人，并報警指示。

3 加熱控制系統方面

3.1 加熱控制系統

大多數雙螺桿擠出機的加熱部分采用的是PID 控制單元控制系統，采用功率調整單元（同時調整工作電壓和工作電流）來調整加熱器的實際功率大小。其控制精度比較高，但成本很高，體積大，占的空間也大。隨著技術的發展，出現了許多新的控制方式，如PLC、DCS、FCS、IPC控制系統等等，其中DCS 和PLC控制系統采用多點輸入溫度模塊，將溫度信號接入DCS、PLC，用觸摸屏進行參數調節，智能化程度提高了，適用于現代自動化控制。采用PLC及DCS 溫度控制模塊控制系統，驅動固態繼電器，具有自動調整自適應功能，在動態環境下±1℃范圍內[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。鑄鋁的熱傳導率比鑄銅高，加熱快散熱也快，溫度穩定效果不理想，適用于對溫度控制要求不高的場合，但成本低。鑄銅加熱器熱傳導率比鑄鋁低，溫度穩定效果好，適用于對溫度控制精度要求較高的場合，熱損耗少，但成本高。

3.3 冷卻控制系統選擇

擠出機常用風冷和水冷兩種冷卻方式。風冷方式是采用風機吹風冷卻機身，適用于加工對象對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身，適用于加工對象對溫度控制精度要求較高的工藝。

4 結束語

本文詳細闡述了對擠出機電氣部分的改造和完善，優化其生產性能的方案以及對電氣元器件的選擇在實踐中取得了成功，不僅節省了對設備資金的投入，而且還提高了產品質量穩定性、提高了生產產量，取得了良好的經濟效益，對于其他設備改造也有借鑒價值和指導意義。

［1］張建民，唐水源，馮淑華.機電一體化系統設計［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［2］龔炳錚.機電一體化技朮應用實例［M］.北京：機械工業出版社，1994.

［3］張軍，李楠.淺談電氣控制系統（RCS）的應用和發展［J］.自動化博覽，2004，21（6）：66-69.