JP3865249B2 - Extruder discharge rate control device - Google Patents
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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。 The present invention relates to an improvement in a discharge amount control device that contributes to uniform quality of an extruded product from an extruder.
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。
An extrusion line for extruding a long product such as a plastic pipe or a laminate such as a plastic sheet is formed by connecting a take-
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。
The
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。
A
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。
The
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。
When the remaining amount of plastic material in the
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。
In such an extrusion molding line, the plastic material supplied from the
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。
The rotational speed of the take-up motor 27 is detected by a rotational speed detection sensor 31 similar to the
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。
The control device A takes in the weighing data from the
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。
Conventionally, in such an extrusion molding line, in order to make the discharge amount from the
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。 However, the above-described conventional discharge amount control method in the extrusion line has the following disadvantages.
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。
That is, the plastic material in the
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。
On the other hand, the crest 7a of the
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。
Therefore, the hopper weight measured by the
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。
Therefore, as a result of careful observation and examination of the operation of the
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。 The present invention has been made under such circumstances, and a discharge amount control device capable of stabilizing the discharge amount from the extrusion molding machine regardless of the deviation between the discharge amount and the set value. Is to provide.
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、所望の設定された移動平均法および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、その移動平均法において移動平均回数を少なくするとともにそのPID演算において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、その移動平均法において移動平均回数を多くするとともにそのPID演算において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。 In order to solve such a problem, the discharge amount control device of the present invention includes a measuring unit that measures the weight of a material supply unit that supplies material to the screw side of an extruder, and a rotation that measures the number of rotations of the screw. A measurement control unit for calculating an operation amount by a desired set moving average method and PID calculation from a number measurement unit and a discharge amount calculated based on a rotation number of the screw and a measured weight of the material supply unit, When the deviation between the calculated discharge amount and the preset set discharge amount is equal to or greater than a predetermined value, the operation average is calculated with a quick response control constant in the PID calculation while reducing the moving average number in the moving average method , when the deviation is smaller than a predetermined value, calculating the operation amount of slow response control constants in the PID calculation with increasing the moving average frequency in the moving average method , And a measurement control section for controlling the discharge amount and outputs the operation amount to at least the rotary drive motor side of the screw.
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。 In the discharge amount control apparatus of the present invention, as the measurement control unit, the ratio of the reference weight fluctuation value to the reference rotation speed of the screw and the ratio of the weight fluctuation value of the material supply unit to the screw rotation speed equal to this ratio. And the ratio of the reference upper limiter obtained from the weight fluctuation value to the reference rotational speed and the ratio of the upper limiter limit of the weight fluctuation value to the screw rotational speed equal to this ratio, the upper limiter When the weight fluctuation value at the time of measurement does not exceed the upper limit limiter, the measured weight fluctuation value is used as it is.When the weight fluctuation value at the time of measurement exceeds the upper limit limiter, the upper limit limiter is used as the weight at the time of the measurement. The calculation discharge amount can be calculated by using it as a fluctuation value.
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。 In the discharge amount control apparatus of the present invention, as the measurement control unit, the ratio of the reference weight fluctuation value to the reference rotation speed of the screw and the ratio of the weight fluctuation value of the material supply unit to the screw rotation speed equal to this ratio. And the ratio of the reference upper limit limiter obtained from the weight fluctuation value with respect to the reference rotational speed and the ratio of the change rate limiter of the weight fluctuation value with respect to the screw speed change equal to this ratio, When a change rate limiter is obtained, and when the weight fluctuation change value during measurement does not exceed the change rate limiter, the measured weight fluctuation change value is used as it is, and when the weight fluctuation change value during measurement exceeds the change rate limiter Can be configured to calculate the calculated discharge amount by adding the change rate limiter to the weight fluctuation change value at the previous measurement and using it as the weight fluctuation change value at the time of the measurement. It is.
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。 Furthermore, in the discharge amount control apparatus of the present invention, the measurement control unit can be configured to calculate the change rate limiter by adding a predetermined minimum limiter.
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。 Furthermore, in the discharge amount control device of the present invention, as the measurement control unit, the ratio of the reference weight fluctuation value to the reference rotation speed of the screw, and the weight fluctuation value of the material supply section with respect to the screw rotation speed equal to this ratio. The ratio of the reference upper limit limiter obtained from the weight fluctuation value with respect to the reference speed and the ratio of the upper limit limiter of the weight fluctuation value with respect to the screw speed equal to this ratio The upper limiter is obtained, and this upper limiter and the actual weight fluctuation value are integrated several times. When the actual weight fluctuation integration value exceeds the upper limiter integration value, the reference speed and the actual weight fluctuation integration value and the upper limiter integration value are calculated. The reference upper limiter may be modified to calculate the calculated discharge amount.
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。 In the discharge amount control apparatus according to the present invention, the weight of the material supply part that supplies the material to the screw side is measured, the rotational speed of the screw is measured, and the discharge calculated based on the rotational speed and the measured weight of the material supply part The operation amount is calculated from the amount by the moving average method and the PID calculation, and when the deviation between the calculated discharge amount and the preset set discharge amount is larger than the predetermined value, the moving average number is reduced and the operation amount is set with a quick response control constant. When the deviation is smaller than the predetermined value, the moving average number is increased and the operation amount is calculated with a slow response control constant, and the operation amount is output to at least the rotational drive motor side of the screw to control the discharge amount. Because of the configuration, for example, at the time of startup of the extrusion molding machine, at the time of product switching and at the time of stable operation, no matter whether the deviation of the discharge amount from the set value is large or small. There is an advantage that it is possible to stable product molded by suppressing a raw material consumed in.
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。 Then, the measurement control unit determines the relationship between the ratio of the reference weight fluctuation value to the reference rotation speed, the ratio of the weight fluctuation value of the material supply section to the rotation speed equal to the ratio, and the weight fluctuation with respect to the reference rotation speed. This upper limit limiter is obtained from the relationship between the ratio of the reference upper limit limiter obtained from the value and the ratio of the upper limiter limit of the weight fluctuation value to the rotation speed equal to this ratio, and the weight fluctuation value at the time of measurement is the upper limit limiter. If the measured weight fluctuation value is used as it is, and the weight fluctuation value at the time of measurement exceeds the upper limit limiter, the calculated discharge amount is measured using the upper limit limiter as the weight fluctuation value at the time of measurement. In this configuration, even if the measured weight of the material supply unit oscillates with time, it is possible to calculate the discharge amount accurately and promptly. From this point also, the discharge amount of the extruder can be reduced. It becomes possible to achieve reduction.
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。 In addition, the measurement control unit has a relationship between a ratio of the reference weight fluctuation value to the reference rotation speed of the screw and a ratio of the weight fluctuation value of the material supply unit to the rotation speed equal to the ratio, and the reference rotation speed. The change rate limiter is obtained from the relationship between the ratio of the reference upper limit limiter obtained from the weight fluctuation value to the ratio and the ratio of the change rate limiter of the weight fluctuation value to the rotation speed change equal to this ratio, and the weight at the time of measurement is obtained. When the fluctuation change value does not exceed the change rate limiter, the measured weight fluctuation change value is used as it is, and when the weight change change value during measurement exceeds the change rate limiter, the weight change change value at the previous measurement is In a configuration that is configured to measure the calculated discharge amount using the change rate limiter and using it as the weight fluctuation change value at the time of the measurement, similarly, the calculation of the discharge amount can be performed accurately and quickly. Possible and it also becomes possible to stabilize the discharge amount of the extruder in this respect.
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。 Further, the measurement control unit is configured to calculate the change rate limiter by adding a predetermined minimum limiter, so that an appropriate discharge amount can be measured with a certain width even if there is no change in the rotational speed. There is an advantage that becomes possible, and this also contributes to the stability of control.
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。 Furthermore, the measurement control unit is configured so that the ratio of the reference weight fluctuation value to the reference rotation speed of the screw and the ratio of the weight fluctuation value of the material supply section to the rotation speed equal to the ratio and the reference rotation The upper limiter is obtained from the relationship between the ratio of the reference upper limiter obtained from the weight fluctuation value to the number and the ratio of the upper limiter of the weight fluctuation value to the number of revolutions equal to the ratio, and the upper limiter and the actual weight are obtained. When the fluctuating value is accumulated several times and the actual weight fluctuation accumulated value exceeds the upper limit limiter accumulated value, the reference rotation speed and the reference upper limiter are corrected from the actual weight fluctuation accumulated value and the upper limiter accumulated value, and the above calculated discharge amount In the configuration that is configured to measure the load, even if the relationship between the screw rotation speed and the discharge amount changes due to changes in raw materials or machine wear, these Is changed weight and reference speed over time always enables accurate discharge amount calculation, it is possible to stabilize the discharge amount of the extruder.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 is a block diagram showing a discharge amount control apparatus according to the present invention. In addition, since the structure of an extrusion molding line is the same as that of FIG. 12 mentioned above, this is referred.
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。 First, for convenience, the discharge amount measuring function of the discharge amount control apparatus according to the present invention will be described.
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。
In FIG. 1, the weighing
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。
Since the weight of the
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。
The rotational
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。
The
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。
That is, since the rotational speed of the
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。
The first function is to calculate an upper limiter and filter the weight fluctuation value of the
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。
Now, the screw rotation number uniquely determined as a reference within the range in which the
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 Reference rotation speed: Reference weight fluctuation value = Screw rotation speed: Weight fluctuation value
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
further,
Reference speed: Reference upper limiter = Screw speed: Upper limiter
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)
Therefore,
Upper limiter = reference upper limiter x (screw speed / reference speed)
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。
The
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。 Since the reference upper limit limiter is automatically obtained from the reference weight fluctuation value, it may be considered that the upper limit limiter is obtained from the reference weight fluctuation value.
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。
Then, in the range in which the
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。
Further, FIG. 3 shows an upper limit limiter change and an actual weight fluctuation value change when the screw rotation speed is changed with the operation of the
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。 Referring to FIG. 3, when the actual weight fluctuation value at the time of measurement exceeds the calculation upper limit limiter, the first function replaces the weight fluctuation value at the time of measurement with the upper limit limiter (filtering with the upper limit limiter). It will be.
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。
The second function of the
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。
Here, the difference between the previous rotational speed and the current rotational speed of the screw rotational speed measured at the same time when the hopper weight is measured at a fixed period is defined as the screw rotational speed change, and the weight fluctuation change value in the screw rotational speed change of the
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。
Since the rotation speed of the
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)
Reference rotation speed: reference weight fluctuation value = screw rotation speed change: weight fluctuation change value Reference rotation speed: reference upper limit limiter = screw rotation speed change: change rate limiter change rate limiter = reference upper limit limiter × (screw rotation speed change / reference rotation number)
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。
The
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。 Since the reference upper limit limiter is automatically obtained from the reference weight fluctuation value, it may be considered that the change rate limiter is also obtained from the reference weight fluctuation value.
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。 Actually, since the response of the weight fluctuation change value is delayed with respect to the screw rotation speed change, it is necessary to consider it.
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。
Therefore, for example, in response to a step input to the
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。
Furthermore, the
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。 Therefore, the formula for finally obtaining the change rate limiter from these two requirements is preferably set as follows.
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
Change rate limiter = 2 × change rate limiter / 3 + previous change rate limiter / 2
+ Minimum limiter
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。
The third function of the
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。
Each time the
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
Reference upper limiter = Reference upper limiter
+ (Actual weight integrated value-upper limit filter integrated value) / number of integrations
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。
And the
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
Reference rotation = Current screw speed Reference upper limit limiter = (Actual weight integrated value x 1.1) / Number of integration
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。 The discharge amount acceptance state refers to a state where the measured value of the discharge amount is within the target discharge amount acceptance range, and is determined by the comparison function of the measurement unit built in the system.
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。
By the way, although not shown, the
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。 Next, the operation of the above-described discharge amount measuring function will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
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。
In FIG. 6, when the program is started, it is determined in
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。 In addition, in the rotation speed, the weight value, the fluctuation value, and the fluctuation change value in FIGS. 6 to 8, the display of “number” and “value” is omitted for convenience.
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。
When
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。
In
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。
If YES in
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。 Next, as shown in FIG. 7, in step 107, the previous weight fluctuation value is subtracted from the current weight fluctuation value to obtain the current weight fluctuation change value, and the previous rotation speed is subtracted from the current rotation speed and stored as the current rotation change value. To do.
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。
In
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。
In
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。
If the current weight change is larger and step 110 is YES, the current change rate limiter is added to the previous weight change value in
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。 These Step 107 to Step 112 are the calculation of the change rate limiter and the filter processing by this.
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。 In the following step 114, the reference rotation speed and the reference weight fluctuation value are corrected (filter automatic correction process) and the process is terminated, and the process returns to step 100 in FIG. This processing step is as shown in FIG.
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。
That is, in
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。
If the predetermined number of times is not reached and step 117 is NO, the process ends and returns to step 100 in FIG. 6. If the predetermined number of times is reached and step 117 is YES, the actual weight fluctuation integrated value is converted to the upper limit filter in
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。
If the actual weight fluctuation integrated value is equal to or greater than the upper limit filter integrated value and step 118 is YES, in
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。
If the discharge amount is not acceptable and step 120 is NO, the process proceeds to step 122. If the discharge amount is acceptable and step 120 is YES, the actual weight integrated value is multiplied by 1.1 in
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。
In
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。
As shown in FIG. 1, the discharge amount control apparatus according to the present invention includes a
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。
That is, the
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。
The
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。
Moreover, as shown in FIGS. 4 and 5, the
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。
In such a discharge amount control apparatus of the present invention, the number of moving average method processing and the constant of PID calculation are switched according to the magnitude of the deviation and the rotation number signal is output to the
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。
Further, in the discharge amount control device of the present invention, not only the weight fluctuation of the
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。 FIG. 9 and FIG. 10 are operation characteristic diagrams showing weight fluctuations when filtered by the upper limiter or the change rate limiter, and it can be seen that the vibration of the calculated weight fluctuation is suppressed with respect to the input weight fluctuation. .
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。 Further, FIG. 11 is a characteristic diagram showing the weight fluctuation when both the upper limiter and the change rate limiter are applied, and it can be seen that the bias is also suppressed compared to FIG.
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。 Further, since the upper limiter and the integrated value of the actual weight fluctuation value are automatically corrected, there is an advantage that an accurate discharge amount can be calculated even if the relationship between the screw speed and the discharge amount changes.
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。 The method for correcting the reference rotational speed and the reference upper limiter from the actual weight fluctuation integrated value and the upper limiter integrated value is not limited to the method described above.
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。
Further, in the
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。
In the present invention, the
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。
Further, in the discharge amount control device of the present invention, the object of the present invention can be achieved without necessarily providing the
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。
Further, the invention is not limited to controlling both the
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。
Furthermore, in the discharge amount control device according to the present invention, even if the amount of material supplied to the
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。
In each of the above-described embodiments, the description has been given using the
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。
And it cannot be overemphasized that the
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
DESCRIPTION OF
9
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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、所望の設定された移動平均法および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、前記移動平均法において移動平均回数を少なくするとともに前記PID演算において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、前記移動平均法において移動平均回数を多くするとともに前記PID演算において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。 A weighing unit for measuring the weight of the material supply unit for supplying the material to the screw side of the extruder,
A rotational speed measurement unit for measuring the rotational speed of the screw;
A measurement control unit that calculates an operation amount by a desired moving average method and PID calculation from a discharge amount calculated based on a rotation speed of the screw and a measured weight of the material supply unit, and the calculated discharge amount and When the deviation from a preset set discharge amount becomes a predetermined value or more, the number of moving averages is reduced in the moving average method and the manipulated variable is calculated with a quick response control constant in the PID calculation. When the value is smaller than a predetermined value , the moving average is increased in the moving average method, the operation amount is calculated with a slow response control constant in the PID calculation, and the operation amount is output to at least the rotational drive motor side of the screw. A measurement control unit for controlling a discharge amount extruded from the extrusion molding machine;
A discharge amount control device for an extrusion molding machine.
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