台达自动化产品在同向双螺杆挤出机上的应用.doc

台达自动化产品在同向双螺杆挤出机上的应用前言：本文针对双螺杆挤出机设备的特点，如温度控制精度要求高，电机负载是恒转矩特性，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。一、背景介绍：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。二、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）。 真空系统接口温控系统喂料构机传动机构主驱动电机图1、同向双螺杆塑料挤出机构成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。三、选型配置：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。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，（如下图），因此要求温控表具有双输出功能。电加热管冷却水电磁阀图2，加热冷却元件根据以上要求，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、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。4、最终配置如下：1. PLC: DVP48EH00R2*12. 人机界面： DOP-B05S1003. 变频器: VFD0110B43A+VFD015M43B4. 开关电源：PMC-024V100W1AA5. 温控器：DTE10T*1+DTE20T*1+DTE20V*2+DTE20R*2+DTC200R*26. 其它电气配件5、系统架构图 图3：系统架构图其中，台达模块化的DTE温控器用来控制温度，B05S100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用来控制整机的逻辑，VFD-B变频器用来给主驱动电机调速，VFD-M迷你型变频器用来给喂料电机调调速，PLC通过内建的RS485口与两台变频器通讯，设定变频器的工作频率，读取工作时的转速与电流。图4：电气布局图四、 工艺与操作过程设备的操作与参数的设置都是由触摸屏完成，台达触摸屏：DOP-B05S100,设备操作全靠它了!下面就介绍触摸屏的相关画面。 1温度参数设置温度的设定与显示画面如下，此功能是触摸屏直接通过屏的RS485口与DTE和DTC通讯，如果参数需要调整，点击参数设置按钮进入以下画面，进行温控器参数的调整与自整定。2、正常开机流程此设备的工艺流程是，首先，温控器先控制执行元件让机器升温到正常工作温度，然后打开油泵，油泵打开后才能开主机，主机启动后，喂料电机才可启动。其它电机如水泵，真空泵，切粒等电机在需要时启动。如果没有异常，机器就这样正常运行下去。在台达B05S100屏上设置主机及喂料电机的频率，还包括主机运行时的报警电流准位，如下图所示： 3、触摸屏宏程序说明触摸屏启动时，会先执行INITIAL宏程序（如下），将DTE, DTC温控器的工作模式及传感器类型与范围做个设定，之后，DTE自动进行温度控制。Page 10 of 10#开启自动站号设定$400 = (2#1TEMP_CTRL-10F8)IF $400 != 1 THEN GOTO LABEL 1GOTO LABEL 2LABEL 1(2#1TEMP_CTRL-10F8) = 1#输出1为加热LABEL 2$200 = 0(2#1TEMP_CTRL-10A8) = $200(2#1TEMP_CTRL-10A9) = $200(2#1TEMP_CTRL-10AA) = $200(2#1TEMP_CTRL-10AB) = $200(2#1TEMP_CTRL-10AC) = $200(2#1TEMP_CTRL-10AD) = $200(2#1TEMP_CTRL-10AE) = $200(2#1TEMP_CTRL-10AF) = $200#输出2为冷却$210 = 1(2#1TEMP_CTRL-10B0) = $210(2#1TEMP_CTRL-10B1) = $210(2#1TEMP_CTRL-10B2) = $210(2#1TEMP_CTRL-10B3) = $210(2#1TEMP_CTRL-10B4) = $210(2#1TEMP_CTRL-10B5) = $210(2#1TEMP_CTRL-10B6) = $210(2#1TEMP_CTRL-10B7) = $210#控制方式为PID$220 = 0(2#1TEMP_CTRL-10B8) = $220(2#1TEMP_CTRL-10B9) = $220(2#1TEMP_CTRL-10BA) = $220(2#1TEMP_CTRL-10BB) = $220(2#1TEMP_CTRL-10BC) = $220(2#1TEMP_CTRL-10BD) = $220(2#1TEMP_CTRL-10BE) = $220(2#1TEMP_CTRL-10BF) = $220#DTC设定输入类型0-10V,熔压对应0-2500（0-25MPA）熔温分度号是K型。(2#2TEMP_CTRL-1004) = 0(2#3TEMP_CTRL-1004) = 14(2#3TEMP_CTRL-1002) = 2500(2#3TEMP_CTRL-1003) = 0并且工作中，熔体的压力与温度由DTC2000R检测，检测值由触摸屏通过BACKGROUND宏将温度与压力写入PLC的D200,D210寄存器，#D200压力(1D200) = (2#3TEMP_CTRL-1000)#D210熔温(1D210) = (2#2TEMP_CTRL-1000)4、保护及报警处理此控制系统具备保护功能及整机工艺联锁控制。当出现过电流、过载及熔体压力过高等异常情况时，自动停机，保护设备。在PLC程序中，PLC判断熔体压力及主机电流是否超限，如果超限并且持续时间超过一定时间，报警停机，并在触摸屏上显示。当外部设备发生故障时，如空开跳闸，同样可通过HMI报警，方便故障诊断和维修。以下是设置和显示的画面。5、状态显示正常生产时，操作人员可通过状态画面，能实时了解当前机器的工作情况，方便工艺参数的调整。在温度控制方面，触摸屏程序还提供了温度曲线查看及温控器输出百分比柱状图查