JP2004195990A - 押出成形機の吐出量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吐出量制御装置において、吐出量とこの設定値との偏差の大小に拘らず、押出成形機からの吐出量の安定化を図ることできるようにする。
【解決手段】 計量部３３は、押出成形機のスクリュー側へ材料を供給する材料供給部の重量を測定するものである。回転数測定部３７は、スクリューの回転数を測定するものである。計測制御部３５は、その回転数および材料供給部の測定重量から演算した吐出量に基づき移動平均法およびＰＩＤ演算によって操作量を演算する。計測制御部３５は、その演算吐出量と予め設定された設定吐出量との偏差が所定値以上となったとき、その移動平均回数を少なくするとともに早い応答制御定数で操作量を演算し、その偏差が所定値より小さいとき、その移動平均回数を多くするとともに遅い応答制御定数でその操作量を演算し、その操作量を上記スクリュー側へ出力してその吐出量を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は押出成形機からの押出し成形品の品質の均一化に寄与する吐出量制御装置の改良に関する。

プラスチックパイプ等の長尺物やプラスチックシート等の積層物を押出成形する押出成形ラインは、例えば図１２に示すように、押出成形機１に引取機３を連結させ、押出成形機１から押出した成形品５を引取機３で引き取る構成になっている。

押出成形機１は、主スクリュー７を内蔵したシリンダー９を成形機台１１に乗せ、この成形機台１１には主スクリュー７を回転駆動する押出用モータ１３や、この押出用モータ１３の回転数を検出する回転数検出センサ１５を配置している。

シリンダー９上には、プラスチック材料をシリンダー９内へ供給するホッパー１７が配置されており、ホッパー１７の上部にはホッパー１７内へ補充するプラスチック材料を詰めた材料貯蔵部１９が配置されている。

ホッパー１７は、計量釜又は計量ホッパーと呼ばれる材料供給部であり、図１３に示すように、ホッパー自体の重量を測定する計量部２１が接続されており、計量データが制御装置Ａ（図１２参照）へ出力されるようになっている。

ホッパー１７内のプラスチック材料の残量が少なくなると、制御装置Ａからの制御又は手動によって材料貯蔵部１９（図１２とは若干図示を変更した。）のシャッター１９ａ等を開き、プラスチック材料がホッパー１７内へ補充されるようになっている。

図１２中の符号２３および２５は、シリンダー９に配置された温度センサや圧力センサである。

そのような押出成形ラインでは、ホッパー１７からシリンダー９へ供給されたプラスチック材料が加熱溶解されるとともに、主スクリュー７の回転駆動によってシリンダー９の先端ダイス（図示せず）から成形品５として押出され、引取用モータ２７によって回転駆動された引取ローラ２９によって引き取られて製品化される。

引取用モータ２７の回転数は、センサ１５と同様な回転数検出センサ３１によって検出され、制御装置Ａに出力されるようになっている。

制御装置Ａは、計量部２１からの計量データ、回転数検出センサ１５、３１からの押出用モータ１３や引取用モータ２７の回転数信号を取込み、押出される成形品５の単位時間当たりの吐出量（体積）が均一になるようそれらモータ１３、２７の回転数を制御する。

従来、そのような押出成形ラインにおいて、シリンダー９からの吐出量、すなわち押出される成形品５の体積を均一化して製品の品質を一定に保つために、例えば図１４に示すように、ホッパー１７内への材料投入後の測定期間（押出期間）と、この測定期間の始期と終期におけるホッパー１７内のプラスチック材料の最大値および最小値から材料供給量（消費量）を測定し、この測定結果とダイスの押出断面積等との関係から、押出される成形品５の吐出量を演算し、これを所望の吐出量に近づけるよう押出用モータ１３や引取用モータ２７の押出速度や引取速度を制御し、吐出量を制御していた。

しかしながら、押出成形ラインにおける上述した従来の吐出量制御手法には、以下のような不都合な点があった。

すなわち、ホッパー１７内のプラスチック材料は、主スクリュー７の回転に伴って押出成形機１から押出されるプラスチック材料の減少分に応じて自重で落下してシリンダー９内に供給されていく。

他方、主スクリュー７の回転中にシリンダー９の材料投入口９ａ付近を主スクリュー７の山部７ａが定期的に通過し（図１２参照）、主スクリュー７の山部７ａがシリンダー９の材料投入口９ａ付近を通過する際に、主スクリュー７の山部７ａが、ホッパー１７を押し上げる状態となって測定重量が一時的に減少したようになり、測定重量の時間的変化が振動を伴うことになる。

そのため、計量部２１で測定されるホッパー重量は、材料貯蔵部１９から材料の補充がない場合、図１４中の斜の直線のように変化せず、同図中の波形の破線のように振動を伴って減少していくから、短い区間測定で材料供給量を測定すると大きな誤差が生じ易く、比較的長い期間、例えば短くとも数分間程度で測定しなければならず、正確なホッパー重量を早く測定することが困難で、成形品５の品質の均一化や厚みの速やかな変更制御も困難であった。

そこで、本発明者は、押出成形機１の動作、特に、シリンダー９からの吐出量と主スクリュー７の回転数について注意深く観察検討した結果、吐出量とスクリュー回転数がほぼ比例関係にあり、この関係を利用してより正確な吐出量の制御が可能となる点に着目して本発明を完成させた。

本発明はそのような状況の下になされたもので、吐出量とこの設定値との偏差の大小に拘らず、押出成形機からの吐出量の安定化を図ることが可能な吐出量制御装置を提供するものである。

このような課題を解決するために本発明の吐出量制御装置は、押出成形機のスクリュー側へ材料を供給する材料供給部の重量を測定する計量部と、そのスクリューの回転数を測定する回転数測定部と、そのスクリューの回転数および材料供給部の測定重量に基づき演算した吐出量から移動平均法およびＰＩＤ演算によって操作量を演算する計測制御部であって、その演算吐出量と予め設定された設定吐出量との偏差が所定値以上となったとき、その移動平均回数を少なくするとともに早い応答制御定数で操作量を演算し、その偏差が所定値より小さいとき、その移動平均回数を多くするとともに遅い応答制御定数でその操作量を演算し、その操作量を少なくとも上記スクリューの回転駆動モータ側へ出力して吐出量を制御する計測制御部とを具備している。

そして、本発明の吐出量制御装置では、上記計測制御部として、上記スクリューの基準回転数に対する基準重量変動値の比と、この比に等しいスクリューの回転数に対する材料供給部の重量変動値の比との関係と、その基準回転数に対する重量変動値から得られる基準上限リミッタの比と、この比に等しいスクリューの回転数に対する上記重量変動値の上限リミッタの比との関係とから、この上限リミッタを求め、計測時のその重量変動値が上限リミッタを越えないとき当該計測重量変動値をそのまま使用し、計測時のその重量変動値が上限リミッタを越えるとき、その上限リミッタを当該計測時の重量変動値として使用して上記演算吐出量を演算するよう形成可能である。

また、本発明の吐出量制御装置では、上記計測制御部として、上記スクリューの基準回転数に対する基準重量変動値の比と、この比に等しいスクリュー回転数に対する上記材料供給部の重量変動値の比との関係と、その基準回転数に対する重量変動値から得られる基準上限リミッタとの比と、この比に等しいスクリューの回転数変化に対するその重量変動値の変化率リミッタの比との関係から、この変化率リミッタを求め、計測時のその重量変動変化値がその変化率リミッタを越えないとき、当該計測重量変動変化値をそのまま使用し、計測時のその重量変動変化値が変化率リミッタを越えるとき、前回計測時の重量変動変化値にその変化率リミッタを加えて当該計測時の重量変動変化値として使用して上記演算吐出量を演算するよう形成可能である。

さらに、本発明の吐出量制御装置では、上記計測制御部として、所定の最小リミッタを加えて上記変化率リミッタを算出するよう形成可能である。

さらにまた、本発明の吐出量制御装置では、上記計測制御部として、上記スクリューの基準回転数に対する基準重量変動値の比と、この比に等しいスクリューの回転数に対する上記材料供給部の重量変動値の比との関係と、その基準回転数に対する重量変動値から得られる基準上限リミッタの比と、この比に等しいスクリューの回転数に対するその重量変動値の上限リミッタの比との関係とから、この上限リミッタを求め、この上限リミッタおよび実重量変動値を複数回数積算し、実重量変動積算値が上限リミッタ積算値を越えたとき、実重量変動積算値および上限リミッタ積算値からその基準回転数および基準上限リミッタを修正して上記演算吐出量を演算するよう形成しても良い。

本発明に係る吐出量制御装置では、スクリュー側へ材料を供給する材料供給部の重量を測定し、そのスクリューの回転数を測定し、この回転数および材料供給部の測定重量に基づき演算した吐出量から移動平均法およびＰＩＤ演算によって操作量を演算し、その演算吐出量と予め設定された設定吐出量との偏差が所定値より大きいとき移動平均回数を少なくするとともに早い応答制御定数で操作量を演算し、偏差が所定値より小さいとき移動平均回数を多くするとともに遅い応答制御定数で操作量を演算し、その操作量を少なくとも上記スクリューの回転駆動モータ側へ出力して吐出量を制御する構成としたから、例えば押出成形機の立上げ時や製品切換え時と安定運転時との双方において、設定値との間の吐出量の偏差の大小に拘らず、無駄な原料の消費を抑えて安定した製品成形が可能となる利点がある。

そして、上記計測制御部が、上記基準回転数に対する基準重量変動値の比と、この比に等しいその回転数に対する材料供給部の重量変動値の比との関係と、その基準回転数に対する重量変動値から得られる基準上限リミッタの比と、この比に等しいその回転数に対する上記重量変動値の上限リミッタの比との関係とから、この上限リミッタを求め、計測時のその重量変動値が上限リミッタを越えないとき当該計測重量変動値をそのまま使用し、計測時のその重量変動値が上限リミッタを越えるとき、その上限リミッタを当該計測時の重量変動値として使用して上記演算吐出量を計測するよう形成された構成では、材料供給部の測定重量が時間的に振動しても正確かつ速やかな吐出量の演算が可能となり、この点からも押出成形機の吐出量の安定化を図ることが可能となる。

また、上記計測制御部が、上記スクリューの基準回転数に対する基準重量変動値の比と、この比に等しいその回転数に対する上記材料供給部の重量変動値の比との関係と、その基準回転数に対する重量変動値から得られる基準上限リミッタとの比と、この比に等しいその回転数変化に対する重量変動値の変化率リミッタの比との関係から、この変化率リミッタを求め、計測時のその重量変動変化値がその変化率リミッタを越えないとき、当該計測重量変動変化値をそのまま使用し、計測時のその重量変動変化値が変化率リミッタを越えるとき、前回計測時の重量変動変化値にその変化率リミッタを加えて当該計測時の重量変動変化値として使用して上記演算吐出量を計測するよう形成された構成では、同様に、正確かつ速やかな吐出量の演算が可能となり、この点からも押出成形機の吐出量の安定化を図ることが可能となる。

さらに、上記計測制御部として、所定の最小リミッタを加えて上記変化率リミッタを算出するよう形成された構成では、回転数の変化がなくともある程度の幅を持たせて適切な吐出量の計測が可能となる利点があり、この点からも制御の安定性に寄与する。

さらにまた、上記計測制御部が、上記スクリューの基準回転数に対する基準重量変動値の比と、この比に等しいその回転数に対する上記材料供給部の重量変動値の比との関係と、その基準回転数に対する重量変動値から得られる基準上限リミッタの比と、この比に等しいその回転数に対するその重量変動値の上限リミッタの比との関係とから、この上限リミッタを求め、この上限リミッタおよび実重量変動値を複数回数積算し、実重量変動積算値が上限リミッタ積算値を越えたとき、実重量変動積算値および上限リミッタ積算値からその基準回転数および基準上限リミッタを修正して上記演算吐出量を計測するよう形成された構成では、原料の変化や機械の摩耗によって上記スクリュー回転数と吐出量の関係が変化しても、自動的にそれら基準重量や基準回転数が変更され、経時的に常に正確な吐出量演算が可能となり、押出成形機の吐出量の安定化を図ることが可能となる。

以下、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る吐出量制御装置を示すブロック図である。なお、押出成形ラインの構成は上述した図１２と同様であるので、これを参照する。

まず、便宜上、本発明に係る吐出量制御装置が有する吐出量計測機能から説明する。

図１において、計量部３３は、図１２の計量部２１に対応するもので計測制御部３５に接続されており、材料供給部としてのホッパー１７を吊る等してその重量を測定して電気信号に変換し、計測制御部３５へ出力するものである。

ホッパー１７の重量は変化しないから、ホッパー１７の重量を所定のタイミングで又は連続して測定することにより、測定データの変化がホッパー１７から主スクリュー７側への材料の供給量（消費量）に対応することになる。

回転数測定部３７は、主スクリュー７の回転数を測定する回転数検出センサであって計測制御部３５に接続されており、図１２の回転数検出センサ１５、３１と同様にタコジェネレータやロータリーエンコーダから形成されている。

計測制御部３５は、数秒とか数十秒毎といった所定のタイミングで計量部３３からの重量データおよび回転数測定部３７からの回転数データを取り込み、それら測定データから単位時間当たりの材料の吐出量を演算計測する機能を有している。

すなわち、主スクリュー７の回転数と押出成形機１の吐出量（換言すればホッパー１７の重量変動値）が比例関係にあるので、計測制御部３５はそれら回転数と重量変動値から吐出量を推定する以下の３個の機能他を有している。

第１の機能は、上限リミッタを演算し、計測時のホッパー１７の重量変動値がその上限リミッタを越えているとき、上限リミッタでホッパー１７の重量変動値にフィルタをかけるものである。

いま、押出成形機１を常用で運転する範囲で基準として一意的に決めたスクリュー回転数を基準回転数とし、ホッパ重量を定周期で計測したときの前回測定値と今回測定値の差を重量変動値（単位時間当たりの原料消費量であるからそのまま「吐出量」に換算可能な値）とし、押出成形機１の主スクリュー７を基準回転数で運転した時の重量変動値を基準重量変動値とし、基準重量変動値を経験則上から１．１倍した値を基準上限リミッタとし、更に、押出成形機１の任意のスクリュー回転数における重量変動値の上限値を上限リミッタとすれば、主スクリュー７の基準回転数とその基準重量変動値の間と、スクリュー回転数と重量変動値との間の関係、更に、基準回転数と基準上限リミッタとの間と、スクリュー回転数と上限リミッタとの間の関係は次のようになり、上限リミッタは次の式で求められる。

基準回転数：基準重量変動値＝スクリュー回転数：重量変動値

さらに、
基準回転数：基準上限リミッタ＝スクリュー回転数：上限リミッタ

従って、
上限リミッタ＝基準上限リミッタ×（スクリュー回転数／基準回転数）

計測制御部３５は、所定のタイミングで基準回転数、基準重量変動値、基準上限リミッタおよびスクリュー回転数から（実）重量変動値の上限リミッタを求め、計測時の重量変動値（今回重量変動値）が上限リミッタを越えているとき、上限リミッタを計測時の重量変動値とし、上限リミッタを越えていないときには計測時の重量変動値を用い、前回計測時のホッパー１７の前回重量値から今回重量値を減算して今回重量値とする機能を有している。

なお、基準重量変動値から基準上限リミッタが自動的に求まるから、上限リミッタは基準重量変動値から求まると考えてもよい。

そして、押出成形機１を常用運転する範囲において、主スクリュー７の回転数と実重量変動値との関係、基準回転数、基準重量変動値および基準上限リミッタの関係、更に、それらの関係から導き出される任意のスクリュー回転数と上限リミッタの関係を示すと、図２のようになる。

さらに、押出成形機１の運転経過に伴い、スクリュー回転数が変化していくときの上限リミッタ変化および実重量変動値変化を示すと、図３のようになる。

この図３を参照すれば、第１の機能は、計測時の実重量変動値が演算上限リミッタを越えているとき、計測時の重量変動値を上限リミッタに置き換える（上限リミッタでフィルタをかける）ことになる。

計測制御部３５の第２の機能は、変化率リミッタを演算し、計測時のホッパー１７の重量変動変化値が変化率リミッタを越えているとき、その変化率リミッタで重量変動変化値にフィルタをかけるものである。

ここで、ホッパ重量を定周期に計測したときと同時に測定したスクリュー回転数の前回回転数と今回回転数の差をスクリュー回転数変化とし、押出成形機１のスクリュー回転数変化における重量変動変化値の上限を変化率リミッタとし、前回サンプル時に記録された今回変化率リミッタを前回変化率リミッタとしたとき、次のようになる。

主スクリュー７の回転数とホッパー１７の重量変動値が比例関係にあるので、基準回転数と基準重量変動値の間と、主スクリュー７の回転数変化と重量変動変化値の間の関係、更に、基準回転数と基準上限リミッタの間と、スクリュー７の回転数変化と変化率リミッタとの間の関係は次のようになり、変化率リミッタは次の式で求められる。

基準回転数：基準重量変動値＝スクリュー回転数変化：重量変動変化値
基準回転数：基準上限リミッタ＝スクリュー回転数変化：変化率リミッタ
変化率リミッタ＝基準上限リミッタ×（スクリュー回転数変化／基準回転数）

計測制御部３５は、所定のタイミングで基準回転数、基準重量変動値、基準上限リミッタおよび主スクリュー７の回転数の変化から変化率リミッタを求め、計測時の重量変動変化値（今回重量変動変化値）が変化率リミッタを越えているとき、前回重量変動変化値に変化率リミッタを加えて計測時の重量変化値とし、変化率リミッタを越えていないとき計測時の重量変動変化を用いて吐出量を計測する一方、前回計測時のホッパー１７の重量から今回の重量変化値を減算して今回重量値とする機能を有している。

なお、基準重量変動値から基準上限リミッタが自動的に求まるから、変化率リミッタも基準重量変動値から求まると考えてもよい。

実際には、スクリュー回転数変化に対して重量変動変化値の応答が遅れるので、それを考慮したものにする必要がある。

そこで、例えば押出成形機１へのステップ入力に対して、初回サンプルで３分の２に応答し、次回サンプルで残りの３分の１（３分の２の２分の１）が応答する応答遅れのためのフィルタ処理を付加することが好ましい。

さらに、押出成形機１はブレーカープレート目詰まり等により、スクリュー回転数が変化していないのに、吐出量が徐々に減少することがあるので、これに対応するため、最小限のあそび幅である最小リミッタを持たせる必要があるし、この最小リミッタは上記の応答遅れのためのフィルタ処理の部分に対しても、あそび幅として働いている。

そのため、それら２つの要件から、最終的に変化率リミッタを求める式は次のように設定すると良い。

変化率リミッタ＝２×変化率リミッタ／３＋前回変化率リミッタ／２
＋最小リミッタ

計測制御部３５の第３の機能は、基準回転数や基準重量変動値を上述した上限リミッタおよび実重量変動値の積算値によって自動的に修正することにより、原料の変化、機械の磨耗等によってスクリュー回転数と吐出量の関係が変わっても正確に対応できるようにしたものである。

計測制御部３５は、所定のタイミングで基準回転数、基準重量変動値および主スクリュー７の実回転数から上限リミッタおよび変化率リミッタを求める都度、実重量変動値と上限リミッタを複数回、例えば１０回とか３０回積算し、実重量積算値と上限フィルタ積算値とを比較し、実重量変動積算値が上限フィルタ積算値以上であれば、次式で基準重量変動値を更新する機能を有する。

基準上限リミッタ＝基準上限リミッタ
＋（実重量積算値−上限フィルタ積算値）／積算回数

そして、計測制御部３５は、実重量積算値が上限フィルタ積算値を未満であり、常に吐出量合格状態ならば、次式で基準上限リミッタと基準回転数を修正する機能を有している。

基準回転＝現在スクリュー回転数
基準上限リミッタ＝（実重量積算値×１．１）／積算回数

なお、吐出量合格状態とは吐出量の測定値が目標の吐出量の合格範囲内になっている状態をいい、本システムに内蔵された計測部の比較機能で判断する。

ところで、上述した計測制御部３５は、図示はしないが、ＣＰＵと、このＣＰＵの動作プログラムを格納したＲＯＭと、演算データ等を一次的に格納するＲＡＭと、インターフェースであるＩ／Ｏとを有するマイクロコンピュータによって構成されている。

次に、上述した吐出量計測機能の動作を予め図６〜図８のフローチャートを参照して説明しておく。

図６において、プログラムがスタートすると、ステップ１００でホッパー１７の重量および主スクリュー７の回転数の計測時刻（計測タイミング）か否か判別され、ＮＯの場合にはＹＥＳになるまでこれを繰返す。

なお、図６〜図８における回転数、重量値、変動値および変動変化値では、便宜上からそれら「数」や「値」の表示を省略した。

ステップ１００がＹＥＳになると、ステップ１０１でホッパー１７の重量を計測して今回重量とし、主スクリュー７の回転数を計測して今回回転数として格納してステップ１０２に移り、ステップ１０２では前回重量値から今回重量値を減算して今回重量変動値を求めて格納し、ステップ１０３に移る。

ステップ１０３では、基準上限リミッタ、今回回転数および基準回転数から今回の上限リミッタを求め、続くステップ１０４にて今回重量変動値が上限リミッタを越えたか否か判別し、越えていない場合にはステップ１０４がＮＯとなってステップ１０５にて今回重量値を次回の演算用に前回重量値として置き換えて図７のステップ１０７に移る。

ステップ１０４がＹＥＳの場合にはステップ１０６にて上限リミッタを今回重量変動値に置き換えて格納し、前回重量値から上限リミッタを減算して前回重量値として格納する。ここまでが第１の機能すなわち上限リミッタの演算とこれによるフィルタ処理である。

次に、図７に示すように、ステップ１０７では今回重量変動値から前回重量変動値を減算して今回重量変動変化値とし、今回回転数から前回回転数を減算して今回回転変化値として格納する。

ステップ１０８にて基準上限リミッタ、今回回転変化値および基準回転数から変化率リミッタを演算し、ステップ１０９にて変化率リミッタ、前回変化率リミッタおよび最小リミッタから今回の変化率リミッタを演算してステップ１１０に移る。

ステップ１１０では、今回重量変動変化値と今回変化リミッタを比較し、今回重量変動変化値の方が小さくてＮＯの場合にはステップ１１２へ移る。

今回重量変動変化の方が大きくてステップ１１０がＹＥＳの場合には、ステップ１１１で前回重量変動値に今回変化率リミッタを加算して今回重量変動値とし、前回重量値から今回重量変動値を減算して前回重量値として格納し、続くステップ１１２では今回重量変動値を前回重量変動値に置き換え、ステップ１１３で吐出量を演算する。

これらステップ１０７〜ステップ１１２が変化率リミッタの演算とこれによるフィルタ処理である。

続くステップ１１４では、基準回転数および基準重量変動値を修正処理（フィルタ自動修正処理）して終了し、図６のステップ１００へ戻る。この処理ステップは図８に示す通りである。

すなわち、ステップ１１５にて積算回数に１を加算して積算回数とし、続くステップ１１６にて実重量変動積算値に今回実重量変動を加算して重量変動加算値を求めるとともに、上限フィルタ積算値に今回上限フィルタを加算して上限フィルタ積算値を求め、ステップ１１７にて積算回数が所定回数に達したか否か判別する。ステップ１１６が実行される都度、実重量変動積算値および上限フィルタ積算値が更新されてゆく訳である。

所定回数に達せずに、ステップ１１７がＮＯの場合には終了して図６のステップ１００へ戻り、所定回数に達してステップ１１７がＹＥＳの場合にはステップ１１８で実重量変動積算値が上限フィルタ積算値以上か否か判別される。

実重量変動積算値が上限フィルタ積算値以上であってステップ１１８がＹＥＳの場合には、ステップ１１９で基準重量変動値、実重量変動積算値、上限フィルタ積算値および積算回数から基準重量変動値を求めてステップ１２２へ移り、実重量変動積算値が上限フィルタ積算値未満となってステップ１１８がＮＯの場合には、ステップ１２０で吐出量が合格か否か判別される。

吐出量が不合格であってステップ１２０がＮＯの場合にはステップ１２２へ移り、吐出量が合格してステップ１２０がＹＥＳの場合には、ステップ１２１で実重量積算値に１．１を乗算するとともに積算値で割った値で基準上限リミッタに置き換える一方、今回スクリュー回転数を基準回転数に置き換え、基準回転数および基準上限リミッタを自動修正処理し、ステップ１２２に移る。

ステップ１２２では、積算回数、実重量変動積算値および上限フィルタを各々「０」にクリアーして終了し、図６のステップ１００へ戻る。

そして、本発明に係る吐出量制御装置は、図１に示すように、上述した吐出量計測機能をなす計量部３３、計測制御部３５および回転数測定部３７に加えて、速度指令部３９および押出用モータ４１や引取用モータ４３を有するとともに、計測制御部３５が以下の機能をも有して構成されている。

すなわち、速度指令部３９は、計測制御部３５の演算に基づく回転数信号としての操作量により、図１２の押出用モータ１３や引取用モータ２７と同様な押出用モータ４１や引取用モータ４３を回転駆動させる速度指令信号を出力するとともに、計測制御部３５から次の回転数信号が出力されない限り、同じ速度指令信号を押出用モータ４１や引取用モータ４３へ継続して出力し続けるようなラッチ機能又はメモリー機能を有している。

計測制御部３５は、上述した吐出量演算機能によって得られた吐出量に基づき、設定された所望の吐出量との偏差から従来公知の移動平均法によって処理する機能を有するとともに、ＰＩＤ定数によってＰＩＤ演算処理して操作量を出力する機能を有し、速度指令部３９に接続されている。

しかも、計測制御部３５は、図４および図５に示すように、上述した演算によって得られた演算吐出量と設定された設定吐出量の偏差が所定の小範囲内にあるとき、すなわち安定運転時に、移動平均回数を例えば１０回と多くするとともに応答速度の遅いＰＩＤ定数（定数１）を用い、製品の切換え時のように偏差が所定の小範囲内を越えるとき、すなわち過渡時に、移動平均回数を例えば２回と少なくするとともに応答速度の早いＰＩＤ定数（定数２）を切換え可能に形成されている。

このような本発明の吐出量制御装置では、移動平均法処理回数およびＰＩＤ演算の定数を偏差の大小によって切換え演算処理して回転数信号を速度指令部３９へ出力するから、製品切換え時のような偏差が大きい時では応答も早い制御ができる一方、安定運転時のような偏差が小さい時にも安定性の良好な制御が得られる。

また、本発明の吐出量制御装置では、従来のようにホッパー１７の重量変動のみならず、主スクリュー７の回転数を計測して上限リミッタや変化率リミッタを演算し、これら上限リミッタおよび又は重量変化にフィルタをかける構成としたから、たとえホッパー１７の重量値に振動が生じても正確な吐出量を早く得られ、この点からも押出成形機の吐出量の安定化を図ることが可能となる。

図９および図１０は、上限リミッタ又は変化率リミッタによってフィルタをかけたときの重量変動を示す動作特性図であり、入力重量変動に対して演算重量変動の振動が抑えられていることが分る。

さらに、図１１は上限リミッタおよび変化率リミッタの双方をかけたときの重量変動を示す特性図であり、図１０に比べ偏りも抑えられていることが分る。

また、上限リミッタおよび実重量変動値の積算値によってそれらを自動的に修正する構成としたから、スクリュー回転数と吐出量の関係が変わっても正確な吐出量を演算できる利点がある。

なお、その実重量変動積算値および上限リミッタ積算値からそれら基準回転数および基準上限リミッタを修正する手法は、上述した手法に限定されない。

また、計測制御部３５において、移動平均法処理回数およびＰＩＤ演算の定数を切換える偏差基準は、演算吐出量と設定吐出量の偏差が押出成形機１の最大定格吐出量の１〜５％程度以内であることが好ましい。

なお、本発明において、計測制御部３５は、上述した図６〜図８の処理によって演算された演算吐出量を用いて偏差を移動平均処理やＰＩＤ演算処理する構成に限らず、従来公知の手法によって得られた材料消費量を用いて移動平均処理やＰＩＤ演算処理する構成でも目的達成が可能である。

また、本発明の吐出量制御装置では、必ずしも速度指令部３９を設けなくとも本発明の目的達成が可能であり、速度指令部３９を設けない構成では、計測制御部３５から押出用モータ４１や引取用モータ４３側へ速度信号を出力するよう形成すれば良い。

さらに、押出用モータ４１や引取用モータ４３の双方を制御する場合に限らず、少なくとも押出用モータ４１を制御する構成も可能である。

さらにまた、本発明の吐出量制御装置では、材料のシリンダ９への供給量をほぼ正確かつ早く測定しても、主スクリュー７の回転によってシリンダ９から溶解プラスチック材料が押出されるまでには多少の時間的遅れがあるものの、いわゆるむだ時間を考慮して押出用モータ４１や引取用モータ４３を制御すれば良いから、吐出量をほぼ正確に制御可能である。

なお、上述した各実施の形態では、１個の主スクリュー７を有する押出成形機１を用いて説明したが、本発明は複数のスクリューを用いた押出成形機において応用可能である。

そして、上述した計量部３３、計測制御部３５、速度指令部３９等は図１２中の制御装置Ａ内に搭載されることは言うまでもない。

本発明に係る吐出量制御装置の実施の形態を示すブロック図である。 図１の吐出量制御装置の動作を説明する図である。 図１の吐出量制御装置の動作を説明する図である。 図１の吐出量制御装置の動作を説明する図である。 図１の吐出量制御装置の動作を説明する図である。 図１の吐出量制御装置の動作を説明するフローチャートである。 図１の吐出量制御装置の動作を説明するフローチャートである。 図１の吐出量制御装置の動作を説明するフローチャートである。 図１の吐出量制御装置の動作特性図である。 図１の吐出量制御装置の動作特性図である。 図１の吐出量制御装置の動作特性図である。 押出成形ラインを説明する図である。 従来の材料供給構成を説明する図である。 従来の吐出量制御装置を説明する図である。

符号の説明

１ 押出成形機
３ 引取機
５ 成形品
７ 主スクリュー（スクリュー）
９ シリンダー
１１ 成形機台
１３、４１ 押出用モータ
１５、３１ 回転数検出センサ
１７ ホッパー（材料供給部）
１９ 材料貯蔵部
１９ａ シャッター
２１、３３ 計量部
２３ 温度センサ
２５ 圧力センサ
２７、４３ 引取用モータ
２９ 引取ローラ
３５ 計測制御部
３７ 回転数測定部
３９ 速度指令部
Ａ 制御装置

Claims (5)

1. 押出成形機のスクリュー側へ材料を供給する材料供給部の重量を測定する計量部と、
   前記スクリューの回転数を測定する回転数測定部と、
   前記スクリューの回転数および前記材料供給部の測定重量に基づき演算した吐出量から移動平均法およびＰＩＤ演算によって操作量を演算する計測制御部であって、前記演算吐出量と予め設定された設定吐出量との偏差が所定値以上になったとき、移動平均回数を少なくするとともに早い応答制御定数で前記操作量を演算し、前記偏差が所定値より小さいとき、移動平均回数を多くするとともに遅い応答制御定数で前記操作量を演算し、その操作量を少なくとも前記スクリューの回転駆動モータ側へ出力して前記押出成形機から押出される吐出量を制御する計測制御部と、
   を具備する押出成形機の吐出量制御装置。
2. 前記計測制御部は、前記スクリューの基準回転数に対する基準重量変動値の比と、この比に等しい前記スクリューの回転数に対する前記材料供給部の重量変動値の比との関係と、前記基準回転数に対する前記重量変動値から得られる基準上限リミッタの比と、この比に等しい前記スクリューの回転数に対する前記重量変動値の上限リミッタの比との関係とから、この上限リミッタを求め、計測時の前記重量変動値が前記上限リミッタを越えないとき当該計測重量変動値をそのまま使用し、計測時の前記重量変動値が前記上限リミッタを越えるとき、前記上限リミッタを当該計測時の重量変動値として使用して前記演算吐出量を演算するものである請求項１記載の押出成形機の吐出量制御装置。
3. 前記計測制御部は、前記スクリューの基準回転数に対する基準重量変動値の比と、この比に等しい前記スクリュー回転数に対する前記材料供給部の重量変動値の比との関係と、前記基準回転数に対する前記重量変動値から得られる基準上限リミッタとの比と、この比に等しい前記スクリューの回転数変化に対する前記重量変動値の変化率リミッタの比との関係から、この変化率リミッタを求め、計測時の前記重量変動変化値が前記変化率リミッタを越えないとき、当該計測重量変動変化値をそのまま使用し、計測時の前記重量変動変化値が前記変化率リミッタを越えるとき、前回計測時の重量変動変化値に前記変化率リミッタを加えて当該計測時の重量変動変化値として使用して前記演算吐出量を演算するものである請求項１記載の押出成形機の吐出量制御装置。
4. 前記計測制御部は、所定の最小リミッタを加えて前記変化率リミッタを算出するものである請求項３記載の押出成形機の吐出量制御装置。
5. 前記計測計測部は、前記スクリューの基準回転数に対する基準重量変動値の比と、この比に等しい前記スクリューの回転数に対する前記材料供給部の重量変動値の比との関係と、前記基準回転数に対する前記重量変動値から得られる基準上限リミッタの比と、この比に等しい前記スクリューの回転数に対する前記重量変動値の上限リミッタの比との関係とから、この上限リミッタを求め、この上限リミッタおよび実重量変動値を複数回数積算し、実重量変動積算値が上限リミッタ積算値を越えたとき、実重量変動積算値および上限リミッタ積算値から前記基準回転数および基準上限リミッタを修正して前記演算吐出量を演算するものである請求項２〜４のいずれか１項記載の押出成形機の吐出量制御装置。

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