挤出发泡微机控制系统

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381页（2845字）

目前，微机控制技术的应用已给现代挤出发泡生产线带来新的活力。一些已经商品化的挤出发泡生产线微机控制系统可使发泡制品的厚度、密度波动大为减小，并且减少了废料和试车时间，提高了产量。图19－19是一条带有微机控制系统的挤出发泡生产线示意图。

图19－19 挤出发泡生产线微机控制示意图

1－塑化挤出机 2－冷却挤出机 3－包括传感器的高速扫描器 4－下卷辊 5－上卷辊 6－高速多点测量器 7－线速度控制 8－操作控制站 9－指令数据终端 10－塑化挤出螺杆速度控制 11－发泡剂流量控制 12－冷却挤出螺杆速度控制

微机控制系统的基本组成单元是：测量装置、操作控制站(简称PCS)和指令数据终端。

1．测量装置

微机控制系统关键的工作之一是数据采集工作，这通常要由测量装置来完成。图19－19所示系统具有高速扫描装置和传感元件。用这种先进的测量单元可以迅速而准确地测出厚度和质量(或密度)。

每台PCS具有两个高速扫描器，每个扫描器又具有两个传感器。这些传感器以0．3m／s的可变速度在发泡制品表面往返移动。目前，用于发泡制品的传感器有两种。

(1)机电传感器

这种机电传感器用来直接测量发泡制品的厚度，所以，又称测量传感器。测量厚度范围为0．25～25．4mm，以及8．9～101．0mm。

(2)核子传感器

核子传感器用来测量发泡制品的密度，它可以自动补偿制品温度变化的影响。

所有传感器信号都转换成数字信号由微机进行处理。微机对挤出发泡全过程的控制是通过两个环节来实现的。一是一系列的直接数字控制环节(简称DDC)，另一种是一系列监控环节。具体的控制关系列于表19－2和表19－3。

表19－2 直接数字控制

表19－3 监控控制环节

由表19－3可知，控制厚度波动的监控环节是发泡板的线速度，它是通过调节牵引辊的线速度与挤出速度相匹配来控制的。每次传感扫描到末端时，就将当时测出的平均发泡制品厚度值与目标值进行比较。计算机根据测量值与目标值的偏差量来精确调节牵引辊线速度。

控制制品发泡密度波动的监控环节则是发泡剂的加入量。计算机经过对传感器送来的信号进行处理，得出了发泡板当时的平均发泡密度，将平均发泡密度与目标密度相比较，就可以得出当时发泡密度的平均值与目标值差异的大小，计算机根据这一差值进行发泡剂添加量的调节，以减少平均密度与目标值的差别。图19－20给出了简化了的控制流程图，结合表19－2和表19－3以及图19－19，就可基本了解挤出发泡生产线的微机控制概貌。

图19－20 挤出发泡生产线微机控制流程图

2．操作控制站

操作控制站可提供控制、传感器数据处理、显示、数据收集、发出警告并记录传输等功能。PCS包括一台16位的微处理机，它可完成传感器控制，显示出挤出发泡生产线的运行状态。显示内容有：制品横截面的轮廓线、生产中有关参数分布曲线图等，所有显示都可用七种颜色来表达。

3．指令数据终端

指令数据终端(简称IDT)通常可支持8个操作控制站。IDT包括一台微处理机和打印设备等。它的主要作用是打印运行记录、拷贝屏幕显示的内容、存入操作数据等。

用微机控制的发泡板材厚度变化比用人工控制的板材厚度变化减少了45%；同样，在减少发泡密度变化方面，微机控制也发挥了很大的作用。图19－21即为用两种控制方法所得到的发泡板密度变化曲线。

图19－21 两种控制情况下的发泡密度变化

图19－21中，两条纵线表示理想密度线，向1·Φ增大的幅度；向－1·Φ表示密度减小的幅度。从“人工控制”和“计算机控制”的曲线相比，“计算机控制”的密度变化幅度比“人工控制”要小得多。

在挤出发泡生产线中，使用微机控制系统在经济上也是可行的，具体表现在如下五方面。

①节约原材料。使用微机控制系统的挤出发泡生产线，一般可节省原材料6%～8%。

②减少了粉碎废料的工作。由于采用了微机控制，使发泡生产的试车的生产率大大提高，并且保证了发泡生产的连续稳定，使试车或中间调试时产生的废料大为减少。据统计，试车废料减少的平均值为25%。

③节省时间。由于微机控制系统提高了挤出发泡生产线的产量和质量，相对人工控制的挤出发泡生产线来说节省了不少时间。这种相对时间的节省表现在两个方面：一是挤出产量提高使单位质量的发泡制品所需的挤出时间缩短了。另一方面是由于发泡密度均匀，使泡孔不仅分布均匀，泡孔大小也比较一致，这就提高了发泡制品的热成型效率，使其热成型的周期缩短。

④提高效率。由于单位质量的原材料在微机控制系统的控制调节下成为适于最优指标的优质产品，生产的效率大为提高。

⑤无法估算的利益。由微机控制系统控制挤出发泡制品生产至少在以下两方面得到无法估算的利益。

A．由于生产周期短，试车废料减少，减少了原材料受热或再加热的时间，减少了最终制品中原材料的部分降解，使制品使用寿命提高。

B．产品质量提高赢得更多的市场。

微机控制系统的缺点主要有两个：一个是维修费用高；另一个是对维修工人的技术水平要求高。