CN103302838A - 混合搅拌挤压设备及其运转控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种混合搅拌挤压设备及其运转控制方法，在稳定运转（成形）时将前级齿轮泵前的混合搅拌物的压力保持一定，且在加载时或生产量变更时，前级齿轮泵前的混合搅拌物的压力的变动不会对后级齿轮泵前的混合搅拌物的压力产生大的影响，能够稳定地运行，能够确保高品质的成形品，并且也能够应对高产量化。本发明的混合搅拌挤压设备具有反馈控制第1齿轮泵的旋转速度的第1齿轮泵的旋转速度反馈控制部、及前馈控制第2齿轮泵的旋转速度的第2齿轮泵的旋转速度前馈控制部。

Description

混合搅拌挤压设备及其运转控制方法
技术领域
本发明涉及一种混合搅拌挤压设备及其运转控制方法。
背景技术
作为混合搅拌挤压设备的树脂挤压成形装置，公知有例如日本专利第3889941号所示的技术。
在上述公报中记载的树脂挤压成形装置具备：原料供给机；挤压机，将来自该原料供给机的原料混合搅拌熔融并挤出；以及串联配置的第1（前级）、第2（后级）齿轮泵，将作为由该挤压机挤出的混合搅拌物的树脂定量排出。
并且，该树脂挤压成形装置的运转控制装置为，在上述前级齿轮泵和后级齿轮泵之间具备第1过滤装置，且在上述后级齿轮泵的排出侧具备第2过滤装置，并且具备在成形时使用的第1反馈控制机构、和在加载时及排出量变更时使用的第2反馈控制机构。
并且，上述第1反馈控制机构构成为，将后级齿轮泵的旋转速度设定为设定速度，反馈控制原料供给机、挤压机及前级齿轮泵的速度以使后级齿轮泵前的压力成为设定压力。
并且，上述第2反馈控制机构构成为，反馈控制各个齿轮泵的速度以使前级、后级齿轮泵前的压力成为设定压力，并且，在后级齿轮泵的速度到达设定速度时，将后级齿轮泵的速度维持为该设定速度，反馈控制原料供给机、挤压机及前级齿轮泵。
发明要解决的问题
但是，上述现有技术存在如下所述的问题。
1）由于在控制中原料供给装置、挤压机的速度会变更，因此在来自后级齿轮泵的反馈控制中，对于上游的变化的响应缓慢，挤压机内的树脂的混合搅拌状态较大地变化，在长时间中制品品质不能变得均匀（即，也与材料损失相关）。
2）稳定运转（成形）时，若反馈控制原料供给装置和挤压机的速度以使后级的齿轮泵前的树脂压力变为一定，则对于上游的变化，树脂压力控制的响应速度变慢。其结果，前级及后级的齿轮泵前的树脂压力的变动变大，树脂压力超过机械设计压力，存在使前级及后级的齿轮泵前的设备及各齿轮泵损伤的可能。
3）在从加载时、排出量变更时的控制方法向稳定运转时的控制方法切换时，控制系统整体变得不稳定，各个齿轮泵前的树脂压力的变动变大，有时不能进行稳定的运转切换。
4）若为了应对高产量化而令树脂挤压成形装置大型化，则该树脂挤压成形装置的加速、减速需要时间，后级齿轮泵前的压力更加不稳定，上述1）或3）的问题变得更加显著。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合搅拌挤压设备及其运转控制方法，在稳定运转（成形）时将前级齿轮泵前的混合搅拌物的压力保持一定，且在加载时或生产量变更时，前级齿轮泵前的混合搅拌物的压力的变动不会对后级齿轮泵前的混合搅拌物的压力产生大的影响，能够稳定地运行，能够确保高品质的成形品，并且也能够应对高产量化。
解决上述问题的本发明是一种混合搅拌挤压设备，包括：原料供给装置；挤压机，将从上述原料供给装置供给的原料混合搅拌并挤出；前级齿轮泵，设置在上述挤压机的下游侧，用于令混合搅拌物升压；压力损失产生设备，从上述前级齿轮泵排出的混合搅拌物从中通过，在该混合搅拌物通过时使混合搅拌物产生压力损失；后级齿轮泵，用于令从上述压力损失产生设备排出的混合搅拌物升压；前级可变速马达，用于驱动上述前级齿轮泵；后级可变速马达，用于驱动上述后级齿轮泵；前级压力传感器，用于检测上述前级齿轮泵的入口侧的混合搅拌物的压力；以及控制装置，经由上述前级可变速马达控制前级齿轮泵的旋转速度，经由上述后级可变速马达控制后级齿轮泵的旋转速度，在此，上述控制装置包括：前级齿轮泵的旋转速度反馈控制部，反馈控制上述前级齿轮泵的旋转速度以使上述前级压力传感器输出的压力值与既定的前级压力设定值一致；以及后级齿轮泵的旋转速度前馈控制部，基于上述前级齿轮泵的旋转速度反馈控制部中的信号前馈控制上述后级齿轮泵的旋转速度。
在上述构成的混合搅拌挤压设备中，也可以进而具有后级压力传感器，用于检测上述后级齿轮泵的入口侧的混合搅拌物的压力，上述控制装置还具有后级齿轮泵的旋转速度反馈控制部，其反馈控制后级齿轮泵的旋转速度以使上述后级压力传感器输出的压力值与既定的后级压力设定值一致，将上述后级齿轮泵的旋转速度前馈控制部的输出和上述后级齿轮泵的旋转速度反馈控制部的输出组合，来控制上述后级齿轮泵的旋转速度。
在上述构成的混合搅拌挤压设备中，上述后级齿轮泵的旋转速度前馈控制部也可以使用上述前级齿轮泵的旋转速度反馈控制部所生成的操作量信号来进行控制。
在上述构成的混合搅拌挤压设备中，上述后级齿轮泵的旋转速度前馈控制部也可以使用上述前级压力传感器输出的压力值来进行控制。
在上述构成的混合搅拌挤压设备中，在上述前级齿轮泵的旋转速度反馈控制部中，也可以进行基于上述前级压力传感器输出的压力值和上述既定的前级压力设定值的偏差的PID控制。
在上述构成的混合搅拌挤压设备中，在上述后级齿轮泵的旋转速度反馈控制部中，也可以进行基于上述后级压力传感器输出的压力值和上述既定的后级压力设定值的偏差的PID控制。
在上述构成的混合搅拌挤压设备中，也可以在上述后级的下游侧进而具有间隔压力损失产生设备设置的第3级齿轮泵，上述控制装置进一步具有第3级齿轮泵的旋转速度前馈控制部，其基于上述后级齿轮泵的旋转速度反馈控制部中的信号来前馈控制上述第3级齿轮泵的旋转速度。
并且，进行使用了上述构成的控制装置的控制的混合搅拌挤压设备的运转方法也属于本发明的范围。
根据本发明的混合搅拌挤压设备，在稳定运转（成形）时，将前级的齿轮泵前的混合搅拌物的压力保持一定，且在加载时或生产量变更时，前级齿轮泵前的混合搅拌物的压力的变动不会对后级齿轮泵前的混合搅拌物的压力产生大的影响，能够稳定地运转，能够确保高品质的成形品，并且也能够应对高产量化。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的混合搅拌挤压设备的图，其中，（a）是表示该设备的框图，（b）是控制模块线图。
图2是本发明的第2实施方式的混合搅拌挤压设备的图，其中，（a）是表示该设备的框图，（b）是控制模块线图。
图3是本发明的第3实施方式的混合搅拌挤压设备的图，其中，（a）是表示该设备的框图，（b）是控制模块线图。
图4是本发明的第4实施方式的混合搅拌挤压设备的图，其中，（a）是表示该设备的框图，（b）是控制模块线图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的一个实施方式。
（第1实施方式）
图1是本发明的第1实施方式的混合搅拌挤压设备的图，其中，（a）是表示该设备的框图，（b）是控制模块线图。
在图1（a）中，混合搅拌挤压设备包括：原料供给装置1；挤压机2，将从原料供给装置1供给的原料混合搅拌并挤出；第1齿轮泵3，作为用于令从挤压机2挤出的混合搅拌物（例如树脂）升压的前级齿轮泵；设备4（例如过滤装置），从第1齿轮泵3排出的混合搅拌物通过时产生混合搅拌物的压力损失；第2齿轮泵5，作为用于令从该过滤装置4排出的产生了压力损失的混合搅拌物升压的后级齿轮泵；以及挤压成形用模具6，向其供给从第2齿轮泵5排出的混合搅拌物，用于模具成形。原料供给装置1和挤压机2的各自的稳定运行时的速度保持为与生产量相应的既定速度。原料供给装置1、挤压机2分别被马达驱动，在加载时或生产量变更时，根据各马达的旋转速度而调整速度，换言之调整原料的供给量、来自挤压机的混合搅拌物的挤出量。
在本发明的混合搅拌挤压设备中，具备：驱动第1齿轮泵3用的作为前级可变速马达的第1可变速马达7、驱动第2齿轮泵5用的作为后级可变速马达的第2可变速马达8、检测第1齿轮泵3的入口侧的混合搅拌物的压力用的作为前级压力传感器的第1压力传感器9、检测第2齿轮泵5的入口侧的混合搅拌物的压力用的作为后级压力传感器的第2压力传感器10、以及经由第1可变速马达7驱动控制第1齿轮泵3并经由第2可变速马达8驱动控制第2齿轮泵5用的控制装置11。
控制装置11包括控制第1齿轮泵的旋转速度的第1压力控制装置11a、及控制第2齿轮泵的旋转速度的第2压力控制装置11b。
控制装置11中的控制计算如图1（b）所示的控制模块线图所示。第1压力信号a、第2压力信号c分别是第1压力传感器9、第2压力传感器10的输出信号。第1压力控制装置11a具有第1控制模块20。第1控制模块20为了使第1压力信号a与第1设定值b一致，进行基于第1压力信号a和第1设定值b的偏差的PID计算，生成对于第1齿轮泵3的操作量信号（第1齿轮泵操作量信号）e。第2压力控制装置11b具有第2控制模块30和第3控制模块40。第2控制模块30为了使第2压力信号c与第2设定值d一致，进行基于第2压力信号c和第2设定值d的偏差的PID计算，生成对于第2齿轮泵5的初始操作量信号（第2齿轮泵初始操作量信号）f。第3控制模块40是在第2齿轮泵的旋转速度控制中对第2控制模块30追加的控制模块。第3控制模块40生成对第1齿轮泵操作量信号e乘以既定的增益K1而成的信号（第1齿轮泵修正操作量信号）g，对第2齿轮泵初始操作量信号f加上第1齿轮泵修正操作量信号g而生成对于第2齿轮泵5的操作量信号（第2齿轮泵操作量信号）h。
由此，对于第1齿轮泵的旋转速度，进行基于第1控制模块20的反馈控制，对于第2齿轮泵的旋转速度，进行组合了基于第2控制模块30的反馈控制和基于第3控制模块40的前馈控制的控制。
在此，作为从第1齿轮泵操作量信号e求出第1齿轮泵修正操作量信号g的方法，并不限于乘以增益K1的方法。例如也可以将第1齿轮泵操作量信号e的值和第1齿轮泵修正操作量信号g的值的关系制成数据表并储存在存储装置中，参照该数据表求出与用控制模块20生成的第1齿轮泵操作量信号e对应的第1齿轮泵修正操作量信号g。并且，增益K1等第3控制模块40中的控制参数也可以通过实验求出并设定，或者也可以反映控制结果地自动设定（自动调节功能）。
如上所述，由于采用了对于前级齿轮泵的旋转速度的反馈控制及对于后级齿轮泵的旋转速度的反馈控制和前馈控制的组合，因此能够在稳定运转（成形）时，将前级齿轮泵前的混合搅拌物的压力保持一定，且在加载时或生产量变更时，前级齿轮泵前的混合搅拌物的压力的变动不会对后级齿轮泵前的混合搅拌物的压力产生大的影响，能够稳定地运转。因此，能够确保高品质的成形品，并且能够应对高产量化。更加详细而言，实现如下所述的作用效果。
1）在加载时或生产量变更时及稳定运行时产生外界干扰时，能够抑制后级齿轮泵前的混合搅拌物（树脂）压力变动，能够在短时间内稳定运转，因此能够不损伤齿轮泵前的设备地运转。
2）从加载时向稳定运转进行时不需要切换控制方法，因此能够平稳地运转。
3）在加载时或生产量变更时，树脂压力控制的响应时间延迟减轻，能够在短时间内稳定运转，因此能够降低原料损失。
此外，在本实施方式中，作为产生压力损失的设备说明了过滤装置4，但并不限定于此。也可以例如使用断路器板或节流器等。
并且，在本实施方式中，说明了在第2齿轮泵5的排出侧设置挤压成形用模具6的例子，但并不限定于此。有时也可以使用例如在混合搅拌物通过时产生混合搅拌物的压力损失的设备（例如断路器板、节流器等）。
（第2实施方式）
图2是本发明的第2实施方式的混合搅拌挤压设备的图，其中，（a）是表示该设备的框图，（b）是控制模块线图。
在本实施方式中，对于与第1实施方式相同的构成要素标注了相同的符号并省略了详细说明，仅详细描述不同的部分。
如图2（b）所示，在本实施方式中，取代第1实施方式中的第3控制模块40而使用第4控制模块50。第4控制模块50生成对第1压力信号a乘以既定的增益J1而成的信号（第1压力修正信号）i，向第2齿轮泵初始操作量信号f加上第1压力修正信号i而生成对于第2齿轮泵5的操作量信号（第2齿轮泵操作量信号）j。
由此，在本实施方式中，作为用于第2齿轮泵的前馈控制的信号，取代在第1实施方式中使用的第1齿轮泵操作量信号e而使用第1压力信号a。由此，能够改善后级齿轮泵（第2齿轮泵5）前的混合搅拌物（树脂）压力控制的响应性。并且，即使第1齿轮泵操作量信号e变动，该变动也不会对后级齿轮泵的控制产生影响，因此能够更稳定地进行后级齿轮泵的控制。
在从第1压力信号a生成第1压力修正信号i时，可以考虑与第1实施方式中所述的相同的各种变形。
（第3实施方式）
图3是本发明的第3实施方式的混合搅拌挤压设备的图，其中，（a）是表示该设备的框图，（b）是控制模块线图。
在本实施方式中，对于与第1实施方式相同的构成要素标注了相同的符号并省略了详细说明，仅详细描述不同的部分。
如图3（b）所示，在本实施方式中，省略了第1实施方式的第2齿轮泵的旋转速度控制的反馈控制部分，仅进行前馈控制。即，在第1实施方式的第2齿轮泵的旋转速度控制中组合使用第2控制模块30和第3控制模块40，但在此取代其而仅使用进行前馈控制的第5控制模块70。第5控制模块70生成对第1齿轮泵操作量信号乘以既定的增益K1’而成的信号，并将该信号作为对于第2齿轮泵5的操作量信号（第2齿轮泵操作量信号）k。
由于对于第2齿轮泵5进行这样的控制，因此从图3（a）可知，在本实施方式中不需要第2压力传感器10。
此外，在本实施方式的第2齿轮泵的旋转速度控制中，不加上基于反馈控制的第2齿轮泵初始操作量信号f是前提，因此，第1实施方式中的第1齿轮泵修正操作量信号g和本实施方式中的第2齿轮泵操作量信号k不一定同样地求出。即，第5控制模块70中的增益K1’使用用于进行本实施方式的控制的最佳值，该值不一定与第1实施方式中的增益K1相同。
并且，在第1齿轮泵和第2齿轮泵为相同的容量的情况下，考虑将第1齿轮泵操作量信号e原样地用作第2齿轮泵操作量信号。即在第5控制模块70中，不进行乘以增益的计算。此时，通过使相同容量的两台泵以相同旋转速度运转，能够使树脂的流动流畅，控制第1齿轮泵入口侧的压力与令第1齿轮泵入口侧的压力稳定化相联系。
在本实施方式中，在第2齿轮泵的旋转速度控制中没有使用反馈控制，但通过对应于第1齿轮泵的容量和第2齿轮泵的容量的关系来适当地设定增益K1’，能够将第2齿轮泵的入口侧的压力大致控制在所期望的值。
在本实施方式中，后级齿轮泵操作量信号（第2齿轮泵操作量信号k）仅由前级齿轮泵操作量信号（第1齿轮泵操作量信号e）决定，因此不仅能够减轻基于后级齿轮泵的旋转速度反馈控制的控制延迟、能够实现更稳定的控制，而且控制机构的构成更简化，作为系统也变得更廉价。
（第4实施方式）
图4是本发明的第4实施方式的混合搅拌挤压设备的图，（a）是表示该设备的框图，（b）是控制模块线图。
在本实施方式中，对于与第1实施方式相同的构成要素标注了相同的符号并省略了详细说明，仅详细描述不同的部分。
如图4所示，在本实施方式中，依次间隔产生压力损失的设备（例如过滤装置4）地依次地设置n级的齿轮泵。第1级和第2级的齿轮泵的旋转速度控制分别与第1实施方式相同。第3级以后的第n级齿轮泵的旋转速度控制由与第2控制模块30相同的反馈控制部和与第3控制模块40相同的前馈来构成。即，为了第n级齿轮泵的旋转速度控制，使用第n-1级的反馈控制部生成的齿轮泵初始操作量信号。
在本实施方式中构成为，即使在依次间隔n-1级的产生压力损失的设备（例如过滤装置4）地依次（串联多重地）设置n级的齿轮泵的情况下，在后级齿轮泵的旋转速度前馈控制部中，也总是考虑之前的级的后级齿轮泵初始操作量信号及第1级齿轮泵操作量信号来决定后级齿轮泵最终操作量信号，因此，能够随着从上游至下游的混合搅拌物（树脂）的流动，使各级中的混合搅拌物（树脂）压力控制迅速地稳定化。
并且，在各级前馈控制部中，可以取代与第3控制模块40相同的构成而采用与第4控制模块50相同的构成。借助该构成，也能够随着从上游至下游的混合搅拌物（树脂）的流动而使各级中的混合搅拌物（树脂）压力控制迅速地稳定化。

Claims (14)

1.一种混合搅拌挤压设备，包括：
原料供给装置；
挤压机，将从上述原料供给装置供给的原料混合搅拌并挤出；
前级齿轮泵，设置在上述挤压机的下游侧，用于令混合搅拌物升压；
压力损失产生设备，从上述前级齿轮泵排出的混合搅拌物从中通过，在该混合搅拌物通过时使混合搅拌物产生压力损失；
后级齿轮泵，用于令从上述压力损失产生设备排出的混合搅拌物升压；
前级可变速马达，用于驱动上述前级齿轮泵；
后级可变速马达，用于驱动上述后级齿轮泵；
前级压力传感器，用于检测上述前级齿轮泵的入口侧的混合搅拌物的压力；
控制装置，经由上述前级可变速马达控制前级齿轮泵的旋转速度，经由上述后级可变速马达控制后级齿轮泵的旋转速度，
在此，上述控制装置包括：
前级齿轮泵的旋转速度反馈控制部，反馈控制上述前级齿轮泵的旋转速度以使上述前级压力传感器输出的压力值与既定的前级压力设定值一致；
后级齿轮泵的旋转速度前馈控制部，基于上述前级齿轮泵的旋转速度反馈控制部中的信号而前馈控制上述后级齿轮泵的旋转速度。
2.如权利要求1所述的混合搅拌挤压设备，其特征在于，
还具有后级压力传感器，用于检测上述后级齿轮泵的入口侧的混合搅拌物的压力，
上述控制装置为，
还具有后级齿轮泵的旋转速度反馈控制部，反馈控制后级齿轮泵的旋转速度以使上述后级压力传感器输出的压力值与既定的后级压力设定值一致，
将上述后级齿轮泵的旋转速度前馈控制部的输出和上述后级齿轮泵的旋转速度反馈控制部的输出组合而控制上述后级齿轮泵的旋转速度。
3.如权利要求1或2所述的混合搅拌挤压设备，其特征在于，
上述后级齿轮泵的旋转速度前馈控制部使用上述前级齿轮泵的旋转速度反馈控制部生成的操作量信号来进行控制。
4.如权利要求1或2所述的混合搅拌挤压设备，其特征在于，
上述后级齿轮泵的旋转速度前馈控制部使用上述前级压力传感器输出的压力值来进行控制。
5.如权利要求1所述的混合搅拌挤压设备，其特征在于，
在上述前级齿轮泵的旋转速度反馈控制部中，进行基于上述前级压力传感器输出的压力值与上述既定的前级压力设定值的偏差的PID控制。
6.如权利要求2所述的混合搅拌挤压设备，其特征在于，
在上述后级齿轮泵的旋转速度反馈控制部中，进行基于上述后级压力传感器输出的压力值与上述既定的后级压力设定值的偏差的PID控制。
7.如权利要求2所述的混合搅拌挤压设备，其特征在于，
在上述后级的下游侧进而具有间隔压力损失产生设备设置的第3级齿轮泵，
上述控制装置还具有第3级齿轮泵的旋转速度前馈控制部，基于上述后级齿轮泵的旋转速度反馈控制部中的信号来前馈控制上述第3级齿轮泵的旋转速度。
8.一种混合搅拌挤压设备的运转控制方法，上述混合搅拌挤压设备包括：
原料供给装置；
挤压机，将从上述原料供给装置供给的原料混合搅拌并挤出；
前级齿轮泵，设置在上述挤压机的下游侧，用于令混合搅拌物升压；
压力损失产生设备，从上述前级齿轮泵排出的混合搅拌物从中通过，在该混合搅拌物通过时使混合搅拌物产生压力损失；
后级齿轮泵，用于令从上述压力损失产生设备排出的混合搅拌物升压；
前级可变速马达，用于驱动上述前级齿轮泵；
后级可变速马达，用于驱动上述后级齿轮泵；
前级压力传感器，用于检测上述前级齿轮泵的入口侧的混合搅拌物的压力；
控制装置，经由上述前级可变速马达控制前级齿轮泵的旋转速度，经由上述后级可变速马达控制后级齿轮泵的旋转速度，
在此，上述运转控制方法包括下述工序：
上述控制装置反馈控制上述前级齿轮泵的旋转速度以使上述前级压力传感器输出的压力值与既定的前级压力设定值一致的工序；
上述控制装置基于与反馈控制上述前级齿轮泵的旋转速度的工序相关的信号而前馈控制上述后级齿轮泵的旋转速度的工序。
9.如权利要求8所述的混合搅拌挤压设备的运转控制方法，其特征在于，
上述混合搅拌挤压设备还具有后级压力传感器，其用于检测上述后级齿轮泵的入口侧的混合搅拌物的压力，
上述运转控制方法还具有下述的工序：
反馈控制后级齿轮泵的旋转速度以使上述后级压力传感器输出的压力值与既定的后级压力设定值一致的工序；
将上述后级齿轮泵的旋转速度前馈控制工序的输出和上述后级齿轮泵的旋转速度反馈控制工序的输出组合而控制上述后级齿轮泵的旋转速度的工序。
10.如权利要求8或9所述的混合搅拌挤压设备的运转控制方法，其特征在于，
在前馈控制上述后级齿轮泵的旋转速度的工序中，使用上述前级齿轮泵的旋转速度反馈控制工序中生成的操作量信号来进行控制。
11.如权利要求8或9所述的混合搅拌挤压设备的运转控制方法，其特征在于，
在前馈控制上述后级齿轮泵的旋转速度部的工序中，使用上述前级压力传感器输出的压力值来进行控制。
12.如权利要求8所述的混合搅拌挤压设备的运转控制方法，其特征在于，
在上述前级齿轮泵的旋转速度反馈控制工序中，进行基于上述前级压力传感器输出的压力值与上述既定的前级压力设定值的偏差的PID控制。
13.如权利要求9所述的混合搅拌挤压设备的运转控制方法，其特征在于，
在反馈控制上述后级齿轮泵的旋转速度的工序中，进行基于上述后级压力传感器输出的压力值与上述既定的后级压力设定值的偏差的PID控制。
14.如权利要求9所述的混合搅拌挤压设备的运转控制方法，其特征在于，
上述混合搅拌挤压设备在上述后级的下游侧进而具有间隔压力损失产生设备设置的第3级齿轮泵，
上述运转方法还具有上述控制装置基于与反馈控制上述后级齿轮泵的旋转速度的工序相关的信号而前馈控制上述第3级齿轮泵的旋转速度的工序。
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