CN102275292A - 挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置 - Google Patents

挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置 Download PDF

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Abstract

一种挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其控制器的输入端与称量装置连接，控制器的输出端与挤出机的挤压螺杆的驱动电机或牵引辊的驱动电机连接。称量装置包括原料斗、机架和称量斗，原料斗安装在机架的上端，在原料斗的下端出口装有闸门；称量斗安装在原料斗下面，该称量斗的一侧与一杠杆的一端连接，该杠杆的另一端装有一固定配重，该杠杆的支点铰接在该机架上，在该固定配重下面装有下接近开关；在固定配重的上方设有活动配重，该活动配重纵向滑动支撑在一配重支架上，在该活动配重的下面设有上接近开关；该闸门、上接近开关和下接近开关分别与所述的控制器连接。优点是：简化了结构，降低了成本，控制原理简单，提高了控制精度。

Description

挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置
技术领域
本发明涉及一种挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，主要用于吹膜机、拔管机、电线电缆机、塑料缠绕机和喷丝(杆)机上对出料的长度、厚度的均匀性进行控制。 
背景技术
现有技术中一种对挤出机的出料的均匀性控制的基本方法是，采用天平式称量装置测量计算出进料速度(即单位时间内进入挤出机内的原料量)，然后根据进料速度控制挤出机的挤压螺杆或牵引辊的转速，使进料速度与所述的挤压螺杆的转速成反比，或与牵引辊的转速成正比，保持出膜厚度均匀。这种天平式的称量装置主要包括原料斗、机架、称量斗和进料接管(与挤出机的进料口连接)，原料斗和进料接管分别安装在机架的上端和下端，在该原料斗的下端出口装有闸门；所述的称量斗安装在原料斗与进料接管之间，该称量斗的一侧与一杠杆的一端连接，该杠杆的另一端装有一固定配重，该杠杆的支点铰接在该机架上，在该杠杆上设有上下限位机构和补料接近开关；在称量斗的下端出口装有料位接近开关。这种称量装置利用料位接近开关发出相邻的两次送料信号的时间间隔，用进料一称量斗的重量除以该时间间隔，进而计算出挤出机出料单位长度重量。但是由于料位的测量误差较大，因此计算出的单位时间内的进料量精度较低。为了解决上述问题，还有采用两套天平装置进行称量，虽然在一定程度上提高控制精度，但是增加了的结构复杂性，提高了成本和故障率。 
另外，在每次向称量斗内放料时，由于闸门关闭需要一个过程，颗粒料对闸门有随机的阻力，均会导致每次放入称量斗内的原料与设定的重量存在误差，如果以此刻进行计时和计算，必然导致控制结果出现较大的误差，影响控制精度。 
发明内容
本发明的目的就是提供一种挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，以解决现有技术存在的结构复杂，成本高，不易维修调试，控制精度差，成本提高和故障率高的问题。 
本发明的技术方案是：一种挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，包括控制器和称量装置，该控制器的输入端与称量装置连接，该控制器的输出端与挤出机的挤压螺杆的驱动电机或牵引辊的驱动电机连接，所述的称量装置包括原料斗、机架、称量斗和进料接管，原料斗和进料接管分别安装在机架的上端和下端，在该原料斗的下端出口装有闸门，该闸门与一个闸门驱动装置连接；所述的称量斗安装在原料斗与进料接管之间，该称量斗的一侧与一杠杆的一端连接，该杠杆的另一端装有一固定配重，该杠杆的支点铰接在该机架上，在该杠杆上设有上下限位机构，在该固定配重下面装有下接近开关，其特征在于：在所述的固定配重的上方设有活动配重，在该活动配重的下端设有缩径滑杆，该缩径滑杆纵向滑动地支撑在一配重支架上，在该活动配重的下面设有上接近开关，在该固定配重处于下位时的上面与活动配重的缩径滑杆下端之间留有工作间隙；该闸门驱动装置的受控端、上接近开关和下接近开关分别与所述的控制器连接；该缩径滑杆的下端中央为球面或尖端。 
所述的闸门驱动装置采用液缸、气缸或电动装置。 
在所述的牵引辊上装有转速传感器，并与所述的控制器连接。 
所述的控制器的输出端通过变频器与所述的牵引辊的驱动电机连接。 
所述的控制器采用微机或可编程控制器。 
在所述的配重支架设有纵向孔，在该内纵向孔装有直线轴承，在该直线轴承的中心孔内滑动配合地插入所述的活动配重下端的缩径滑杆。 
所述的活动配重为圆盘状，所述的缩径滑杆为圆柱形，并与该活动配重同轴。 
本发明的优点是：采集活动配重与固定配重一起下降到某一设定位置对应的时刻为计时起点，此刻对应的称量斗内的原料重量是一定的，忽略了放料初始时刻原料重量存在的误差，大大提高了控制精度，并简化了结构，降低了制 造成本和故障率，容易维修调试。 
附图说明
图1是本发明应用在挤出机上的一个实施例的总体结构(称量斗内无原料或只有少量原料，称量斗处于上位；采用转速传感器测量牵引辊的转速)示意图； 
图2是本发明的工作原理图之一(称量斗刚刚装满原料后，处于下位)； 
图3是本发明的工作原理图之二(开始计时的称量斗位置，此刻为起点时刻)； 
图4是本发明的工作原理图之三(活动配重落到配重支架上，并与固定配重接触的状态)； 
图5是本发明应用在挤出机上的另一实施例的总体结构(与图1的状态相同；省去转速传感器)。 
具体实施方式
参见图1，本发明一种自动控制挤出机出料单位长度重量的高精度控制装置，该实施例包括控制器18和称量装置，该控制器18的输入端与称量装置连接，该控制器18的输出端与挤出机15的挤压螺杆的驱动电机14或牵引辊16的驱动电机连接。 
所述的称量装置包括原料斗1、机架2、称量斗7和进料接管8，原料斗1和进料接管8分别安装在机架2的上端和下端，在该原料斗1的下端出口装有闸门3，该闸门3与一个闸门驱动装置4连接。所述的称量斗7安装在原料斗1与进料接管8之间，该称量斗7的一侧与一杠杆11的一端连接，该杠杆11的另一端装有一固定配重12，该杠杆11的支点通过支轴9铰接在该机架2上，在该杠杆11上设有上下限位机构10(上限限制固定配重12处于上位时基本触配重支架6的下端；下限限制固定配重12处于下位时不接触下接近开关13，留有很小的间隙即可)，在该固定配重12下面装有下接近开关13。在所述的固定配重12的上方设有扁圆柱形的活动配重5，在该活动配重5的下端中央设有同轴 的缩径滑杆51，该缩径滑杆51可以纵向上下滑动地支撑在一配重支架6上，在该活动配重5的下面设有上接近开关19。该缩径滑杆51的下端中央为球面或尖端(圆锥)。所述的固定配重12和活动配重5为圆盘状，所述的缩径滑杆51为圆柱形，并与活动配重5同轴。 
在该固定配重12处于下位时，该固定配重12的上面与活动配重5的缩径滑杆51的下端之间留有工作间隙s(3～5mm)。该闸门驱动装置4的受控端、上接近开关19和下接近开关13分别与所述的控制器18连接。工作间隙s的设置，是为了在活动配重5处于下位，并且固定配重12的顶端与活动配重5的缩径滑杆51下端接触时，使得下接近开关13与固定配重12略大于一个感应距离，也就是工作间隙s稍大于下接近开关13的感应距离。 
所述的闸门驱动装置4采用液缸、气缸或电动装置。 
在所述的牵引辊16上装有转速传感器20(俗称计米器)，转速传感器20与所述的控制器18连接。牵引辊16的驱动电机的转速由控制器18通过变频器22进行控制。 
对牵引辊16的驱动电机的转速控制，也可不需要转速传感器20(参见图5)。由所述的控制器18输出速控变频信号控制该牵引辊16的驱动电机的转速，通过该转速与牵引辊16周长计算出单位时间内输出的产品长度。与上述现有计米器的方式计算和控制挤出机产品长度及其均匀性相比，具有结构简单(省去了计米器)，计量精度高，节约成本的优点。 
所述的控制器18采用微机或可编程控制器。 
在所述的配重支架6的纵向孔内装有直线轴承61，该直线轴承61滑动插入所述的活动配重5下端的缩径滑杆51，降低缩径滑杆51上下移动的摩擦阻力，提高控制精度。 
本发明在应用时将其进料接管8下端出口通过法兰21与挤出机15的进料口连接。 
本发明的工作过程和控制原理说明如下(以生产塑料薄膜为例)： 
系统的初始状态是在原料斗1内装满原料，固定配重12的重量和活动配重5的重量根据设计要求进行配置(例如固定配重12的重量满足在称量斗7没有 原料或少量原料的情况下处于下位；而活动配重5的重量W根据需要选取)。 
1、在挤出机15开启工作后，下接近开关13向控制器18发出放料的信号，控制器18控制闸门驱动装置4动作开启闸门3，原料很快充满称量斗7，重量达设定值后(在此过程中，可能闸门关闭需要一个过程，很可能放到称量斗7内的原料大于设定值，每次放料量存在较大差别)，称量斗7向下快速移动为下位，杠杆11的固定配重12向上顶起活动配重5，二者均变为上位。此时上接近开关19发出停止放料信号，控制器18控制闸门驱动装置4动作关闭闸门3。 
2、随着挤出机15的运转，称量斗7内的原料的料位慢慢下降，固定配重12与其顶起的活动配重5一起同步下降，当活动配重5由最高值H1下降到某一设定高度H2时(参见图2和图3)，上接近开关19发出起点时间信号，控制器18开始计时。高度H2为上接近开关19的感应距离，根据需要选择上接近开关19的感应距离，一般3-5mm即可。 
3、随着挤出机15的运转，称量斗7内的原料的料位继续下降，固定配重12与其顶起的活动配重5一起同步下降，当活动配重5下降落到配重支架6上时，但是由于此时称量斗7内的原料的重量大于平衡状态时的固定配重12重量，所以固定配重12的上面与活动配重5的缩径滑杆51下端未脱离接触，固定配重12的下面与下接近开关13的间距大于工作间隙s，所以下接近开关13没有感应信号输出(参见图4)。 
4、当称量斗7内的原料重量低于平衡状态时的固定配重12时，固定配重12下降而脱离活动配重5，此时下接近开关13发出终点时间信号，控制器18计时结束，计时时长为T。控制器18计算单位时间内原料的使用量(即单位时间内进入挤出机的原料重量)为W/T【其中W为活动配重5所计量的称量斗7内的原料重量(按照天枰的平衡关系计算)，也可设计为配重5的重量等于称量斗7内原料的重量，此时W＝配重5的重量】；与此同时，下接近开关13向控制器18发出放料的信号，控制器18控制闸门驱动装置4动作开启闸门3，继续下一个工作过程(参见图1)。 
由于上述过程只是采集活动配重5和固定配重12下降到特定位置时的时间节点，而不管初始状态时放到称量斗7内的原料大于设定值的较大差别，即超 出的放料重量(对应于活动配重5高于H2的情况，即H1时)没有记忆在控制器18内，只有当活动配重5由最高值H1下降到高度H2时，上接近开关19才发出起点时间信号，控制器18开始计时。所以该装置提高了控制精度。 
本发明利用单位时间内原料的使用量W/T对挤出机出料(薄膜)17单位长度重量的均匀性控制原理，简要说明如下。 
由于挤出机在初始状态时称量斗7内没有原料，所以杠杆11的固定配重12一端在重力的作用下处于下位，称量斗7处于上位。在控制器18上设定(输入)产品的每米重量A，如1克/米。设挤出机使用一称量斗7的原料重量W＝1000g。 
控制器18计算出挤出机每挤出一称量斗7的原料所使用的时长T，如果该时长T为恒定值(如50秒)，则控制器18根据设定的产品参数(薄膜厚度或米/克)控制牵引辊16按照一定的转速运转。根据上述的给出的参数，挤出机每秒出料量B＝W/T＝1000/50＝20g/s，用挤出机每秒出料量B(20g/s)除以产品的每米重量A(1g/m)，即得到牵引辊16的转速V应为20m/s，控制器18根据转速传感器20检测的牵引辊16的转速对其调整为20m/s。 
或者控制器18通过控制变频器22直接调整牵引辊16的驱动电机的转速，达到用转速传感器20检测和调整牵引辊16转速的相同目的。其工作原理是控制器18直接获得变频器22的频率信号，由此调整和计算出牵引辊16的驱动电机的转速，再根据牵引辊16的驱动电机与牵引辊16的转速比计算出牵引辊16的转速，由该牵引辊16的转速乘以牵引辊16的周长即可得到挤出产品的每秒长度。通过变频器22控制牵引辊16的驱动电机的转速，克服了计米器测量产品长度由于安装误差或滑动产生的误差，可以明显提高控制精度。 
当挤出机的转速由于各种原因(如电压波动或塑料有杂质堵料变化等)降低时，使得进料速度变慢，上述的时长T延长(如55s)，此时控制器18根据该时长延长的程度计算出牵引辊16的转速V＝1000/55/1＝18.18m/s，降低转速；或提高挤出机电机14的转速，以满足每米重量A＝1g/m的要求，保持出膜的厚度均匀。 
如果挤出机的转速变快，则进料速度提高，导致所述的时长T缩短(如45s)，此时控制器18根据该时间间隔缩短的程度计算出牵引辊16的转速 V＝1000/45/1＝22.22m/s，提高牵引辊16的转速；或降低挤出机电机14的转速，以满足每米重量A＝1g/m的要求，从而达到自动调节出膜厚度，使其保持均匀的目的。 
本发明最突出的特点是采用了固定配重12与活动配重5的相互配合，能够实现对每次充满的每一称量斗7内的原料的初期(开始计时)和末期(计时完毕)的时长的记录采集，从而可以计算出“单位时间内进入挤出机内的原料重量”。如果只有一个固定配重(相当于固定配重12与活动配重5为一体)时，当向称量斗7内充满原料(如5公斤)后，称量斗7变为下位，上接近开关19发出停止放料信号，闸门3关闭；随着挤出机15的运转，称量斗7内的原料的料位慢慢下降，当配重由最高值H1下降到某一设定高度H2时(如相当于称量斗7内的原料为4.5公斤)，上接近开关19发出计时起点信号，控制器18才开始计时。但是，称量斗7内的原料在此重量时，称量斗7即可变为上位，配重变为下位，此时下接近开关13即被触发，控制器18开启闸门3放料(同时开始计时)，而此时称量斗7内的原料只进入挤出机一小部分，计时的时长基本为零。所以不能实现计算“单位时间内进入挤出机内的原料重量”的功能。 
而本发明的固定配重12只有在称量斗7内的原料基本用完(只有一小部分)的时候，才会由上位变为下位触发下接近开关13，计时才会结束。从计时开始到结束，进入挤出机内的原料略小于充满的称量斗7原料重量。而从计时开始到结束的时长内进入挤出机内的原料重量是固定配重12和活动配重5的重量决定的(根据天枰的平衡公式计算配重5的重量与称量斗7内原料的重量关系)。可以根据需要改变配重5的重量。将W值输入储存到控制器18，由控制器18的程序自动完成“单位时间内进入挤出机内的原料重量”的计算和整个控制工作。
本发明也可用于多机共挤的应用形式(多台挤出机从一个挤出口出料，共用一组牵引辊)，每台挤出机单独使用一套本发明的控制装置，用每台挤出机采集的W/T数据的平均值控制牵引辊的转速，控制原理与上述的单台机器的相同。 

Claims (8)

1.一种挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，包括控制器和称量装置，该控制器的输入端与称量装置连接，该控制器的输出端与挤出机的挤压螺杆的驱动电机或牵引辊的驱动电机连接，所述的称量装置包括原料斗、机架、称量斗和进料接管，原料斗和进料接管分别安装在机架的上端和下端，在该原料斗的下端出口装有闸门，该闸门与一个闸门驱动装置连接；所述的称量斗安装在原料斗与进料接管之间，该称量斗的一侧与一杠杆的一端连接，该杠杆的另一端装有一固定配重，该杠杆的支点铰接在该机架上，在该杠杆上设有上下限位机构，在该固定配重下面装有下接近开关，其特征在于：在所述的固定配重的上方设有活动配重，该活动配重纵向滑动地支撑在一配重支架上，在该活动配重的下面设有上接近开关，该闸门驱动装置的受控端、上接近开关和下接近开关分别与所述的控制器连接。
2.根据权利要求1所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于：在该活动配重的下端设有缩径滑杆，该缩径滑杆纵向滑动地支撑在一配重支架上，在该固定配重处于下位时的上面与活动配重的缩径滑杆下端之间留有工作间隙；该缩径滑杆的下端中央为球面或尖端。
3.根据权利要求1所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于：所述的闸门驱动装置采用液缸、气缸或电动装置。
4.根据权利要求1所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于：在所述的牵引辊上装有转速传感器，并与所述的控制器连接。
5.根据权利要求1所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于：所述的控制器的输出端通过变频器与所述的牵引辊的驱动电机连接，省去了转速传感器。
6.根据权利要求1所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于：所述的控制器采用微机或可编程控制器。
7.根据权利要求1所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于：在所述的配重支架设有纵向孔，在该内纵向孔装有直线轴承，在该直线轴承的中心孔内滑动配合地插入所述的活动配重下端的缩径滑杆。
8.根据权利要求7所述的挤出机出料单位长度重量的高精度自动控制装置，其特征在于：所述的活动配重为圆盘状，所述的缩径滑杆为圆柱形，并与该活动配重同轴。
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