台达自动化产品在同向双螺杆挤出机上的应用
Application of Delta Automation Products in Co-rotating Twin Screw Extruder

摘要：本文针对双螺杆挤出机设备的特点，利用台达全套自动化产品，为客户实现同向双螺杆挤出机的全自动控制。此系统充分利用台达各产品的强项，并用HMI和PLC将这此产品整合，达到强强联合的效果。此套控制系统，构架巧妙，控制精度高，为客户提供了一个性价比优异的控制方案。
关键字：双螺杆挤出机、台达、控制精度。
Abstract: This article mainly introduces the characteristic of co-rotating twin screw extruder.It realizes automaic control of co-rotating twin screw extruder for customers. This system utilizes each Delta’s products’ advantage and integrates them with HMI and PLC. Thus it can acquire a good result.This control system offers a high performance-price ratio control scheme with its good framework and high control precision.
Key words: Co-rotating twin screw extruder, Delta, Control Precision
1 前言
      在橡塑机械领域中，作为聚合物加工的主要设备之一，同向双螺杆挤出机以其优异的分散和分布混合能力、较窄的停留时间分布、优良的自洁性等特点，广泛地用于聚合物配混、排气及反应挤出等领域。
      目前双螺杆挤出机控制系统的控制方式主要可分为传统的继电器＋温控表控制模式、PLC控制模式和DCS控制模式。传统的继电器＋温控器控制模式的优势在于价格便宜，缺点是电柜尺寸大，线路复杂；DCS主要用于大型生产线，档次高，但价格昂贵。而以PLC为控制核心的控制模式是目前挤出机控制系统的主流。
      在本文中，作者和大家分享利用台达全套自动化产品，开发的同向双螺杆挤出机控制系统，本系统充分利用台达机电产品的高灵活性和扩展性，这些都为PLC在橡塑机械领域的应用提供了极大地方便。
2 同向双螺塑料挤出机的工作原理
      同向双螺杆塑料挤出机主要由主驱动电机、传动系统、温控系统、喂料系统、真空系统、切粒系统、输送系统及辅机系统等部分组成（见图1）。

 
      原料从料斗经喂料系统进入塑料挤出机，物料通过温控系统加热后以合适的温度在挤出机中熔融混炼，由真空系统去除废气，混炼后的熔体以一定的压力通过造粒模板被挤出，经冷却、切粒输送至料仓。此设备中，主驱动电机转速、喂料机转速的转速均可根据生产能力调节控制。
3 选型配置：
3.1 调速部分
      此设备的主驱动电机为三相交流异步电机，电机功率为11KW，变频器采用台达VFD-B系列高机能，矢量控制型变频器110B43A，此变频器适合带动恒转矩负载，起动转矩大，在150%额定电流的过负载情况下，可以连续工作1分钟，此性能在挤出机启动时（此时设备的阻力最大）十分重要。
喂料电机采用台达迷你型M型变频器，此型号变频器体积小巧，还具备简易矢量功能 ，并可实现电机的静音运行。
     台达变频器都内建RS485接口，通讯协议为标准的MODBUS。
      主电机变频器和喂料电机变频器的频率给定是由PLC通过RS485接口给定，操作时可在B05S100触摸屏上任意修改转速，实现主机、喂料电机的精确速度给定；同时PLC通过MODBUS通讯读取变频器的工作频率和电流，了解设备的工作情况，并在触摸屏上进行显示，当PLC读取变频器的输出电流达到设定报警电流值并持续一定时间时，PLC会停止主机运转，提示操作人员查找故障原因。
3.2 温控部分
      挤出机工作时，如果挤出温度过低，会使出料口不畅，造成挤出机构负载过大；如果挤出温度过高，则可能改变原料特性，导致成品报废；因此挤出温度控制决定着塑料挤出机的性能。挤出机的加热装置采用的是电加热，而冷却采用水冷，通过控制排管中水循环带走热量，因此要求温控表具有双输出功能。
      根据以上要求，我们采用DTE模块化温控器，6个温控区分别进行精确温度控制，控制模式为PID，加热/冷却双向控制，并可自整定，温度控制精度可达±1℃，这样可确保同向双螺杆挤出机的正常运行。加热的输出选择的是电压脉冲输出，用来驱动SSR，冷却的输出选择为继电器输出 ，直接带动电磁阀。
      另外，此设备还要在机头处检测熔体压力和温度，熔体压力变速器过来的信号为0-10V,对应0-25MPA，熔体温度过来的信号为分度号为K的热电偶信号。如果要将检测熔体压力，传统的方法是使用PLC的模拟量模块，但是为1-2路信号选1个4路模块在成本上来说有点高，而由于台达DTE温控器有扩展DTC温控器的能力，因此我们选择2台DTC2000R作为DTE的扩展，DTC和DTE共用电源线和通过线，并且DTC既可接温度传感器信号,又可接标准的0-10V和4-20Ma信号，这样既减少了接线，又使节约的客户的成本，体现了台达产品配套时的灵活性和高经济性。
3.3 主控PLC和触摸屏
      触摸屏根据客户要求，选择台达5.6寸B系统触摸屏B05S100，此触摸屏利用其多通讯口的优势，COM1口与PLC相联，设置设备的工作参数，COM2口通过RS485与DTE温控表相联，显示与设置DTE的当前值与目标值。
      PLC选择的是台达小型高性能EH2系列PLC，DVP48EH00R2, 是控制的核心。开关电源选择的也是台达工业平板电源PMC-024V100W1AA，此产品为全铝外壳，输出能力强。