挤出机控制

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《塑料挤出制品生产工艺手册》第369页（2594字）

工艺控制的改进有多条途径。温度及其控制是其中的一个重要参数。挤出机传感与控制系统从简单的开－关式控制，已经发展到环读式，温度测量并用来控制输入功率，为保证熔体稳定，要传递必需的热能。非常复杂的控制系统同样可在某些局部位置对熔体温度进行测量，并能通过了解剪切速率与温度之间的关系，进而对熔体温度进行准确控制。

另一个要考虑的控制参数是挤出机机头处的熔体压力。通过对传感装置的改进，可测定出对机头压力产生影响的一些信息，如过滤网和阀门等料流阻滞装置以及螺杆转速。由于熔体压力受多种因素影响，如温度，剪切历史及混合的效果等，因此较难控制。

现在，一个重要的问题就是，挤出机产量有何要求。换句话说，为了从挤出机头获得稳定的产量，对熔体参数有何要求。熔体输送到机头过程的压力、温度及剪切历史一直不变，对获得稳定的输出是非常必要的。

由于剪切历史取决于挤出机的背压，并与熔体温度相互影响，显然，熔体参数间会相互依赖，并在很大程度上取决于挤出机的设置和如何操作。考虑到这些相互作用，目前实际控制只能根据挤出机操作工及设计员的经验与技术。

挤出产量的控制有两种主要的方法。一是改变螺杆转速，另一个是改变挤出机头阻力。它们适用于所有类型的挤出机，但主要还是单螺杆挤出机，因为其产量稳定性难以控制，从而成为系统的主要部分。这些控制方法中的每一种比简单的改变输出速率更有效。在挤出机料筒上给予特定的传热位置，都会影响到熔体质量，特别是物料的剪切历史。根据塑料熔体流变学可知，提高剪切速率可降低熔体粘度。另外，在一定状态下改变挤出机输送速率，可选择特定的树脂配方来实现。

提高螺杆转速会使进入挤出机的物料量增多，从而可提高产量，还会改变料筒中熔化、塑化区域的位置，改变挤出机传热条件与熔融模式。另外，较高的螺杆转速还会加强剪切作用，从而使熔体粘度更低，也会导致更多物料产生滑移，使挤出机产量与螺杆转速之间不成线性关系。另外，熔体床位置的改变会导致熔体在进入螺杆计量段时并未完全塑化，其结果会使未塑化颗粒通过挤出机机头而出现波动现象。

改变背压可调节口模入口处的流动阻力，并对挤出产量进行调节。这一点可使用调节阀或其它方式。背压的改变还会因剪切程度及剪切历史的变化而影响熔体质量。特别要注意的是增大阻力会像提高剪切速率一样降低熔体粘度，而压力的降低与流动阻力之间不成线性关系。

熔体流动速率与控制因素的非线性响应关系会因循环控制使挤出机产量的提高变得相当困难，因此必须采取一些特殊的控制措施，以消除挤出量(产量)的波动。利用微机控制系统可以实现这一点，这种系统可以存储树脂在不同加工条件下挤出机性能的一些数据。微机利用这些关于挤出机、熔体、树脂等方面的数据，并将其与存储的数据进行比较，以决定对挤出压力或螺杆转速进行调节，从而保持恒定的挤出速率。

微机还可对料筒温度进行调节，以补偿因挤出条件的改变而对熔体温度造成的影响，利用这些输入信号可使挤出机产量稳定。在物料温度影响到产量之前，其波动会得到修正。挤出机可对树脂特性粘度的变化给予补偿，具体方式是，将每批原料的熔体特性贮存到计算机内存中，当发生变化时向计算机说明。

图19－1为挤出工艺的块状图解，并标出了影响产量及熔体质量的因素，其工艺过程采用循环式回料控制，相关的计算机工艺控制系统见图19－2。

图19－1 挤出成型框图

图19－2 在计算机控制下塑料挤出成型过程控制系统

在此采用计算机对挤出机产量进行控制，而使输送速率恒定，使熔体质量稳定。该项研究积累了关于挤出机和原料工艺特性的基本知识，从而为挤出机提供基本的启动顺序，并将其存储在计算机内存中。这些控制系统首先确定一套获得稳定产量的工艺条件，然后再对一些变量进行设置以提高产量。如果调节装置不能使挤出机稳定挤出，所采取的主要措施就是通过输出压力波动的感应，而对突发的熔体不稳定和波动给予信号提示。另一种方法是采用声音测量装置对出口处的熔体质量进行检测。声音波谱反映了剪切历史的变化，这种变化也会对输出的突然波动及不稳定给出相应的信号。还有一种控制方法是将变化的重点放在阀及流动阻力上，它与利用螺杆转速对产量进行短期调节类似，因为电子感应阀能迅速响应信号的变化。

上面所设想的适当的控制方法可在常规操作中提高其性能，操作条件的变化情况可贮存在计算机的临时存储器中，或者将其从临时存贮器转移到只读存储器中，以便以后在相同或类似情况下可直接使用。

对挤出机的计算机控制系统操作所需而存贮的数据包括树脂加工的流变总数据以及挤出机在工作中对控制功能变化如何响应的模式。另外，还有一整套使系统启动到运行的命令，这些均来自于操作者的经验及对成型方法掌握的程度。

改变挤出机的操作工艺参数会影响控制的方式。为了使螺杆转速对控制计算机的信息产生响应，其主传动电机必须配备一种信号感应SCR(硅控制整流器)传动装置。为了改变挤出机机头处的流动阻力，必须采用熔体阀的感应信号来调节由微机控制的流动阻力。温控系统可用于调节挤出机温度，利用来自控制计算机及温度传感器的信号来调节熔体温度。熔体温度与挤出速率及物料的特征变量有关，计算机可对挤出机操作时的损耗进行补偿。

一套成功的循环控制系统的主要目标是口模的稳定挤出，可由系统控制的其余部分通常采用其它的方法，来对牵引速度及其它辅助的参数进行控制。