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基于PLC的挤出机控制系统设计 摘要 通过对双螺杆挤出机工作过程的分析，设计出利用Siemens S7-200系列PLC结合变频器构成的双螺杆挤出机控制系统，实现了挤出机电机的无级调速控制以及料筒恒温控制。关键词 挤出机；变频器；PLCPLC Control System of the ExtruderAbstract：Based on analysis the twin-screw extruder working process, a twin-screw extruder control systems be designed use Siemens S7-200 series PLC, it realized timing control and constant temperature control.Keyword：Extruder；frequency converter；PLC1 前言挤出机是用于热塑性塑料加工的一种设备，按照其使用的螺杆数量可以分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机。其中双螺杆挤出机的物料所受到的剪切力较均匀、螺杆的输送能力较大、挤出量稳定、物料在机筒内停留的时间长且混合均匀，因而应用较为广泛。双螺杆挤出机由传动装置、加料装置、料筒和螺杆等几部分组成。工作时，装入料斗的物料借助转动的螺杆流入加料筒内，由于料筒的持续加热以及物料与设备之间的剪切磨擦热，使原料熔化而呈流体状态，流体状的物料由于受到螺杆的搅拌而均匀分散，并不断随之前进。之后物料以流动状态连续通过口模成型，形成产品1。2控制系统硬件结构挤出机控制系统的硬件主要由调速系统设计、温度控制设计、PLC 流程控制部分组成。调速系统接收到 PLC 给出的速度和转矩信号后，控制变频调速器设定相应的速度和转向使电机运转，同时将反馈信号传回PLC，监控电枢的温度、速度及转矩是否超过设定值。PLC流程控制是根据现场信号，控制进料、主机、传送和冷却单元的运行，并提供相应的工作状况显示，以备操作人员进行监控。控制系统硬件结构框图如图1所示。EM222EM232S7-200 224XPEM231电机1触摸屏温度传感器固态继电器加热器变频器1冷却装置图1 挤出机PLC控制系统硬件框图料斗控制控制单元选用SIEMENS S7-200 224XP CPU型PLC，它包括14点输入10点输出以及两个模拟输入量和一个模拟输出量，扩展模块包括2个EM222数字扩展单元、两个EM231热电偶扩展模块、1个EM232模拟量扩展模块2。采用触摸屏作为人机界面，实时显示加工过程的工艺参数、电机的运行速度、运行电流、电压，报警信息。生产状态查询，故障报警记录，故障分析以及各种数据报表的产生及显示。S7-200 PLC 作为整个控制系统的核心部分，通过自带的24点I/O口对料斗开关、冷却装置以及变频器进行控制。四段加热器通过固态继电器与EM222数字扩展模块的输出端相连，加热器温度检测通过温度传感器传送到EM231模拟输入输出模块的输入端，通过PID控制算法实现一个完整的温度控制环节。EM232扩展模拟输出模块的输出端输出到变频器的外部模拟信号接收端，通过变频器调节电动机传递，实现挤出机的电机控制。3控制软件设计软件设计主要包括双螺杆挤出机电机连锁控制、温度PID控制两部分PLC程序的编制。双螺杆挤出机控制过程流程如图2，双螺杆挤出机电源接通后挤出机加热器开始对料筒进行预热，预热期间主电机与辅助喂料电机处于锁死状态，直到料筒加热温度到达设定值后并且料斗装料已满则主电机与辅助喂料电机解锁，双螺杆挤出机电机处于正常工作状态。 图2 双螺杆挤出机控制过程流程连锁控制部分梯形图程序如图3，其中AIW0AIW3引入温度传感器的模拟输入，实现对加热器的控制，加热温度范围由VW0、VW1实现。VW2、VW3作为电机转速输入设定值，传送到模拟输出端AQW0、AQW1上，实现用变频器对电机的无级变速控制；Q0.1、Q0.3主要用来实现料斗的开关控制。如图3 挤出机连锁控制梯形图程序温度控制按照料筒四段加热区域功能的不同独立进行，挤出机的冷却装置采用PID控制算法进行调节。温度控制系统在设定温度下，对物料进行加热，启动加热系统，当达到加热时间时，则向PLC提供启动流程控制信号；另外，PID 控制器根据相应信号进行比较，以便关停发热丝电源，同时控制冷却电磁阀的开、停，保持加热温度，确保产品质量的稳定。4 结论挤出机控制参数受工作环境影响较大，与理想值之间有一定差距，需要在现场反复调试。实践证明，采用SIEMENS S7-200型PLC与变频器构成的双螺杆挤出机控制系统，实现双螺杆挤出机的电机恒速控制以及温度调节控制，结构简单，设计合理，显著地增强了挤出机的工作稳定性和自动化程度，有效地提高了产品的质量。参考文献：1 黄