基于plc的铜芯电缆挤出机控制系统设计论文(编辑修改稿)

基于plc的铜芯电缆挤出机控制系统设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

六代、第七代高速、大长径比方向发展。 单螺杆 挤出机 则是向着超大型、超微型、大 长径比、高产出、良好的排气性等方向发展，而适应特殊加工需要的螺杆机筒结构，则成为大家争相研发的重点。 实际上，单螺杆 挤出机 是一种低能耗、低成本的机型，只要技术得当，结构设计合理，同样可以达到双螺杆 挤出机 的效能。 据介绍，美国 现在使用的 塑料 挤出机 就以单螺杆为主。 高技术含量的单螺杆 挤出机 正在某些领域逐步取代双螺 杆 挤出机。 目前国内外单螺杆挤出机控制系统设计及发展趋势确定了本控制系统的硬件组成 :以 PLC 为核心来完成对挤出机工艺温度和电机速度的集中控制 [2]。 单螺杆塑料挤出机控制系统在国内各行各业的应用虽然己经十分广泛，但从国内 电缆 生产的 挤出机来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。 目前，我国在这方面总体技术水平处于 20 世纪 80 年代 水平。 比如在温度控制方面成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的 PID 控制器为主，它只能适应一般温 度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。 而适用于较高要求控制场合的智能化、自适应温控仪表，虽然国外己有较多的成熟产品，但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，目前国内挤出机以传统继电控制非常普遍，稍微好一点的以 PLC 为控制器，但是系统功能较为单一，与国际相比差距较大。 电 线 电 缆行业是国民经济中一个重要的产业部门，为国家电气化和国民及经济发展做出了重要贡献。 但面对竞争激烈的国内外市场和瞬息万变的科学技术 ，线缆行业面临着更新知识，学习新技术的艰巨任务。 近年来，我国光电线 电 缆市场以每年 15%~20%的速度递增，电线电缆业在我国机械行业中的位置是仅次于汽车的第二大产业，中国也是仅次于美国的世界第二大电线电缆生产国。 电线电缆行业的整体集中度不高，市场竞争激烈，外资企业和私营企业已经成为电线电缆行业中最重要的力量。 在电线电缆行业销售收入前十名的企业中，绝大部分为民营企业。 福斯 公司是国内最大的汽车电线电缆制造企业之一，和众多线束制造厂、汽车主机厂有着密切联系。 公司具有目前国际上先进的汽车电线制造设备和加工手段，长 期为国内外用户和各类车型开发配套了按德标、日标、美标等国际主要汽车电线标准制造的各类汽车电线产品。 积累了丰富的制造经验并受到用户认可。 在本世纪第一个十年，福斯的汽车电线电缆产品已经通过海内外多家实验室的检测，并获得多家汽车企业的认可。 目前福斯为大众、奥迪、福特、日产、标致、菲亚黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 特、通用、马自达等众多汽车品牌配套，具有广阔的市场优势，在汽车电线电缆市场占有重要比例。 福斯具有符合汽车工业需要的完整的质量保证体系。 在 2020 年通过QS9000 质量体系认证和 质量体系认证， 2020 年通过了 ISO/TS 16949 质量体系认证和 ISO14001 环境管理体系认证。 目前福斯分别在北京、上海、长春设有生产基地。 在成都、广州、重庆、武汉、南京、珠海等地设有办事处。 福斯总的占地面积达到十万平米。 主要设备总数大约二百余台套，员工总数近千人，设计生产能力可达到每年三百万公里（ 3,000,000km）。 产品产量、品种和质量名列前茅。 研究的主要问题 单螺杆 挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。 挤压系统 挤压系统包括螺杆、机头和模具等，塑料经过挤压系统而塑化成平均的熔体，并在这一过程中所树立压 力下，被螺杆连续的挤出机头。 ：是挤塑机的最主要部件，它直接关系到挤塑机的应用范围和消费率，由高强度耐腐蚀的合金钢制成。 ：机头由合金钢内套和碳素钢外套构成，机头内装有成型模具，机头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，平均平稳的导入模套中，并赋予塑料以必要的成型压力。 为保证机头内塑料流道合理，消弭积存塑料的死角，常常安顿有分流套筒，为消弭塑料挤出时压力动摇，也有设置均压环的。 机头上还装有模具校正和调整的安装，便于调整和校正模芯和模套的同心度。 机头的外壳是用螺栓固定在机身上， 机头内的模具有模芯坐，并用螺帽固定在机头进线端口，模芯座的前面装有模芯，模芯及模芯座的中心有孔，用于经过芯线，在机头前部装有均压环，用于平衡压力，挤包成型局部由模套座和模套组成，模套的位置可由螺栓经过支撑来调理，以调整模套对模芯的相对位置，便于调理挤包层厚度的平均性，机头外部装有加热安装和测温安装。 传动系统 传动系统的作用是驱动螺杆， 供应 螺杆在挤出过程中所需求的力矩和转速，通常由电动机、减速器和轴 承等组成。 而在构造根本相同的前提下，减速机的制形成本大致与其外形尺寸及重量成正比。 单螺杆直径的挤出机，高速高效 [3]的挤出机比常规的挤出机所耗费的能量多，电机功率加大一倍，减速机的机座号相应加大是必需的。 但高的螺杆速度，意味着低的减速比。 假如用挤出量做分母，除以减速机重量，高速高效的挤出机得数小，普通挤出机得数大。 以单位产量计，高速高效挤出机的电机功率小及减速机重量小，意味着高速高效挤出机的单位产量机器制形成本比普通挤出机低 . 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 加热冷却安装 加热与冷却是塑料挤出过程可以停止的必要条件。 的是电加热，分为电阻加热和感应加热，加热片装于机身、机脖、机头各局部。 加热安装由外部加热筒内的塑料，使之升温，以到达工艺操作所需求的温度。 详细说是为了扫除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以防止温渡过高使塑料合成、焦烧或定型艰难。 机筒冷却分为水冷与风冷两种，普通中小型挤塑机采用 风冷比拟适宜，大型则多采用水冷或两种方式分离冷却；螺杆冷却主要采用中心水冷，目的是增加物料固体保送率，稳定出胶量，同时进步产质量；但在料斗处的冷却，一是为了增强对固体物料的 保送作用，避免因升温使塑料粒发粘梗塞料口，二是保证传动局部正常工作。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 第 2章 单螺杆塑料挤出机技术 单螺杆 挤出机 生产线概况 挤出生产线结构 :上海福尔欣线缆有限公司 (实习单位 )的挤出生产线大致结构：从右至左主要分为 ： .甩线式的 放线 机 ； ； ； 槽和干燥箱 ； 收线 机 这 六大 块。 如 图 所示。 图 单螺杆挤出机生产流水线（实图） 图 单螺杆挤出机生产流水线（示意图） 通过 图 可以了解到挤出机生产流水线的整体各个部分的示意图 ，大致可以分为部分。 甩桶放线机：根据挤出的牵引速度自动调整放线速度并提供铜线芯。 磁粉张力架：提供张力传感 信号，用于调整甩桶放线速度。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 35 卧式注条机：单螺杆塑料护套挤出辅机，根据挤出电缆的要求配合主机使用，给铜芯电缆添加色带，用于生产多色电缆的添加色。 65 高速挤出机：单螺杆塑料护套挤出主机，用于裸露线芯加上塑料绝缘护套，生产单色电缆时独立使用，生产多色电缆时，要与辅机配合生产。 控制柜： 挤出机电气控制部分，面板有各种操作按键以及触摸屏、监控仪表等 米温水槽 :刚挤出护套 温度很高，不能直接冷水，需 缓慢冷却定型 . 8 米冷却水槽： 继温水冷却的冷水冷却，使挤出的电缆 完全冷却定型 . 张力 储 线架： 当收 线 部分需要换桶时，为了不让挤出 主机 停止， 故 设置储线 . 干水槽： 用厚棉布或海棉 吸干水分和 使 线缆圆润定型。 吹吸干机： 通过压缩的干燥 气流使线缆完全干燥。 1测径仪：检测 挤出 线径 的大小，调整挤出机的牵引速度，以满足客户要求。 1火花机： 使用 5KV 高压测试 线缆的裸露点（火花点）。 1桶式收线机： 用于 收线，在本设计中不包括此项的设计。 挤出机 主机 基本概况 挤出机通过 电机的螺杆齿轮和齿轮传动功能带动挤出螺杆的转动。 塑料粒料通过挤出螺杆 机筒一端的料斗进入机筒，然后通过螺杆传送到机筒的另一 端。 为了有足够的压力，螺杆上螺纹的深度随着到料斗的距离的增加而下降。 外部的加热以及在塑料和螺杆由于摩擦而产生的内热，使塑料变软和熔化 而达到塑料挤出的效果。 挤出机 头 通常由三段组成。 ： 靠近加料 装置。 它的功能让物料以一个相对平稳的速率进入挤出机。 一般情况下，为避免加料通道的堵塞，这部分将保持相对低的温度。 ： 在这段形成熔体并且压力增加。 由加料段到压缩段的过渡可以突然的也可以是逐步的。 ： 紧靠着挤出机出口。 主要功能是流出挤出机的 塑料 质是均匀一致的。 在这部分为确保组成成分和温度的均匀性，物 料应有足够的停留加热 时间。 挤出机主机各个部分的功能及作用： 为使挤出 产品能满足市场多样要求 ，一般挤出 机的挤出部分都是 由主机和辅机两大部分 组成，其基本结构都如 图 图 所示。 现在就以主机为例，说明其挤出生产过程。 塑料料粒由加料料斗加入机筒，随着螺杆的旋转，料 粒在螺槽中向前输送，在输送过程中受到机筒的加热逐渐融化，形成很好塑化 熔体，然后 被输送到机头。 机头是制品成型的主要部件，熔融物料通过它机头后获得一定的几何截面和尺寸。 塑料从机头中挤出后，温度依然较高，仍有一定的塑性，经冷却定型，最后成为形状固定的丝。 为克服塑料丝在冷却定型过程中所产生的摩擦力 而变形 ，用牵引装置使管材以均匀的速度引出。 当牵引装置送出冷却定型后的规格黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 达到要求后，由收卷电机用卷丝盘将塑料丝卷起，完成整个的生产工序。 ③ 一 段 加 热④ 二 段 加 热⑤ 三 段 加 热⑥ 四 段 加 热⑨ 冷 却 风 扇⑧ 机 头 、 眼 模 加 热⑩ 螺 杆① 减 速 齿 轮 箱② 加 料 装 置⑦ 机 夹 、 法 兰 加 热 图 挤出机 主机结构示意图 通常，人们把物料在料筒中的运动和状态和性能 [4]的变化分为三段加以研究 ,分别是固体输送 段、熔融段和熔体输送段 : ： 塑料料粒从加料口直接进入固体输送段，该段主要职能是对料粒进行 低温 压实并向 前输送，随着螺杆的转动以固体的状态在螺 纹 槽中输送。 在固体输送段，物料由室温状态进入料筒，距物料熔融温度温差较大，物料在该段需要的热量较大。 ： 螺杆在熔融段的螺槽深度越来越浅，螺距越来越小，随着物料温度的升高，固 体塑料逐渐熔融变成熔体 .在该段由物料剪切作用所转化的热往往超过了物料的需 求， 此时，应采取制冷措施将系统多余的热量排出。 ： 该段接受熔融段送来的熔融物料，使之温度、应力、粘度、密实度和流速更趋 均匀，通过多孔板后，为顺利地从口模挤出做最后的准备。 熔融的物料通过口模后，在牵引装置的牵引下通过定型装置，从而得到更为精确的截面形状、尺寸和光亮的表面。 挤出机的 主要 控制技术 单螺杆挤出的控制技术有许多种分类。 下面主要是根据挤出机控制技术方面分类：。 通过控制技术方面的分类可以更加清楚 表述出 挤出机的控制是 怎么实现的和更加 能体现出单螺杆挤出控制重要性。 温度控制技术指标 单螺杆 塑料挤出机的温度控制与 其 所生产的 塑料 材料有 很大的 关系，例如 上海福尔欣线缆有限公司采用的是 电线电缆绝缘和护套的塑料挤出是根据热塑性塑料容易变形的特性，使之处于粘流状态进行 挤压 的。 除了要求螺杆和机筒外部加热 ； 热量 传递到塑料使之融化挤出 ； 还要考虑螺杆挤出塑料时其本身的发热。 因此要求 挤出机 主机黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 的温度 控制 应从整体来考虑，既要考虑 主机各区段适当 加热器加热的 同时 ，又要考虑塑料熔化时 螺杆的挤出热量外溢的因素加以 适时 冷却。 所以要求 确定测量元件热电偶具有合理的 安装 位置和方 法， 方能 保证 从控温仪表 读取的温度数据是 准确反映主机各区 段的实际 适时 温度 ； 以及要求温控仪表的精度与系统 完美 配合，使整个 挤出机 主机温度控制系统的波动稳定度达到各种塑料的挤出温度 控制 的要求。 在挤出机温度控制的技术指标：最大允许 温差值为177。 3℃。 另外 必须 具 有较快的反应 温度瞬变 的能力。 上海福尔欣线缆有限公司的挤出机温度控制系统 设计过程中采用 是 日本理化的 CH402型温控表 [5]，自带 PID 自动调节功能 ,能够出色的完成温度控制任务。 压力控制技术指标 挤出机挤出塑料的过程中产生的压力很大。 为 了反映机头的挤出 机挤出过程压力情 况，需要检测挤出时的机头压力，由于国产 的单螺杆 挤出机 并 没有机头压力传感器，一般是对螺杆挤出 的 后推力测量 代替了 机头压力的测量， 通过挤出 螺杆负荷表（ 即是电流表或电压表）能正确反映挤出压力的大小。 挤出压力的波动也是引起挤出 塑料 质量不稳的重要因素之一 ； 挤出压力的波动与挤出温度 控制 、冷却装置的使用 、 连续运转时间的长短等因素密切相关。 通过检测的压力表读数，就可以知道塑料在挤出时 产生的 压力状态，一般取后 螺杆挤出后 推力极限值报警控制。 线径控制技术指标 为 了保证 挤出的 线缆外径的尺寸， 能够满足客户的要求。 除要求控制线芯（缆芯 ）的尺寸公差外， 另外 在挤出温度、螺杆转速、牵引装置线速度等方面 都 有所控制 误差[6]的保证 保证 ，因此 外径的测量控制综合反映上述控制的精度和水平。 在挤出机组设备中，特别是高速挤出生产线上，应配用在线外径检测仪。