挤出机电气部分的改造方案与选择

李晶昌

（广东上九生物降解塑料有限公司，广东东莞 528128）

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

早期的主电机大多数是采用直流电机，无论是采用闭环方式还是开环方式直流驱动系统，启动运行性能都比较平稳，调速性能线性良好，技术成熟。但由于长期使用，直流驱动器性能下降，出故障的几率增大，维修时间增多，可以考虑更换新的直流驱动器，如欧陆590 系列，ETD790系列等。主电机的绝缘性能下降、机械磨损严重，修复成本较大，可以考虑更换电机，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等。随着交流电机和变频器技术的发展，特别是高性能矢量变频器的应用，交流电机的启动性能和调速性能能够与直流驱动系统相媲美[2]。交流驱动系统是未来发展的主流，优点就是交流电机的维护方便，最大的优点就是节能，节能率达30%。在进行设备改造实践中，考虑更换电机是也可以考虑更换成交流电机，如西门子电机、ABB 电机等。对于变频器的选择主要考虑良好的低速负载特性，如安川变频器A1000系列等高性能矢量变频器。

在生产实践过程中，经常会因为配料方面或原料方面的因素引起喂料量的变化或突然增大，进而影响到挤出机扭矩的突然增大，一是影响产品质量，二是对螺杆造成损害，严重者会断裂。在这一环节采用主电机扭矩与喂料量自动控制：喂料量的变化影响主电机电流变化，驱动器输出一个模拟信号到PID 控制单元进行控制，输出一个模拟信号到喂料电机变频器去控制喂料电机的转速，达到控制喂料量的目的，最终达到一个稳定的输出，稳定了产品质量。为了防止在调节过程中喂料量波动太大，喂料电机变频器设定最高转速与最低转速，以保证在正常情况下最大喂料量和最小喂料量。为了防止异常情况的发生，主电机电流增大到额定电流的100%时PID控制器输出一个报警信号，主电机电流增大到额定电流的110%时PID控制器输出一个信号停止喂料电机变频器，在驱动器过流延时内将主电机电流降下来。采用主电机喂料量自动控制后降低了停机率，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采用的是PID 控制单元控制系统，采用功率调整单元（同时调整工作电压和工作电流）来调整加热器的实际功率大小。其控制精度比较高，但成本很高，体积大，占的空间也大。随着技术的发展，出现了许多新的控制方式，如PLC、DCS、FCS、IPC控制系统等等，其中DCS 和PLC控制系统采用多点输入温度模块，将温度信号接入DCS、PLC，用触摸屏进行参数调节，智能化程度提高了，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，具有自动调整自适应功能，在动态环境下±1℃范围内[3]。温度控制模块如欧姆龙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。

［1］张建民，唐水源，冯淑华.机电一体化系统设计［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［2］龚炳铮.机电一体化技朮应用实例［M］.北京：机械工业出版社，1994.

［3］张军，李楠.浅谈电气控制系统（RCS）的应用和发展［J］.自动化博览，2004，21（6）：66-69.