JPH1052854A - プラスチック押出成形ラインにおける押出成形機の自動始動システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラスチック押出成形ラインにおける押出成
形機の始動時において、少ない設定値で押出成形機モー
タ負荷及び異常樹脂温度等の問題を発生することなく、
自動的に目標押出量に増速することができルシステムを
得る。 【解決手段】 始動指示信号により、押出成形ラインの
始動に必要な諸設備を作動状態とし、その後、押出成形
機の作動状態あるいは樹脂の状態をリアルタイムで監視
し、得られたデータを好ましくはファジイ推論理論に基
づき演算し、該演算結果をフィードバックすることによ
り押出成形ラインの諸設備の作動を制御することを、目
標値（目標押出量）が得られるるまで繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック押出
成形機自動始動システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック押出成形ラインは、成形原
料供給ホッパー、押出成形機、成形金型、冷却水槽、引
き取り設備、切断設備、等の複数の装置がインラインに
配置された構成であり、所定の運転システムの下で、そ
れぞれの装置が相互に関連して作動するようにされてい
る。ラインの始動時及びストップ時には、固有の作業手
順が取られており、特に、始動時には、押出成形機が完
全に加熱されていないいわゆる初期状態から押出し可能
な定常状態まで諸設備をスムーズに作動させるために、
制御対象である諸設備の作動状態（例えば、押出成形機
のスクリュー回転数、バレル温度、等）と、この作動に
対応する樹脂の状態（例えば、樹脂温度、樹脂圧力又は
トルク、溶融長、等）とを作業者自らが確認しながら、
始動を行なっていた。

【０００３】これに対して、特開昭６１−１３００１９
号公報、特開昭６３−８５９０４号公報では、ＣＲＴデ
ィスプレイに表示される自動運転条件設定表のステップ
毎に運転条件を設定し、この設定表に基づいて始動時の
制御を行なう自動制御システムが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】提案されている自動制
御システムは、時間成分毎の各ステップの設定値を任意
に設定でき、製品の種類、原料樹脂の種類、装置の形
式、等の相違に対応して、始動時の最適プロセスを容易
に設定できる利点がある。しかし、この自動制御システ
ムでは予め設定したステップに従って制御を行なうもの
であり、例えば、 step 1: 樹脂供給量=80kg/h,スクリュー回転数=10rpm, 待機時間=3分間 step 2: 樹脂供給量=90kg/h,スクリュー回転数=11rpm, 待機時間=2分間 step 3: --- --- --- ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 等のように、原料樹脂の種類（原料差）や、押出成形
機、成形金型、ブレーカプレート等の設備別に、目標押
出量にいたるまでの多くの種類のステップ設定値を入力
する必要がある。そして、これらの設定値の決定には熟
練者による複数回のテストを要し、かつ、細かい制御を
行なうためには多くの個数の設定値を必要とする。その
結果、個々の設定値を決定しそれを入力するのに、多く
の作業量と時間が必要とされる。

【０００５】その上、従来の方法では、樹脂や成形金型
の予熱状態、あるいは従来適切な設定値の無かった設備
の変更（例えば、ブレーカプレートの交換、品質向上の
ためのスクリューのディメンション又は成形金型形状の
改良、等）に適切かつ迅速に対応することが困難であ
り、それにより、目標押出量到達後、状態が安定するま
でに、押出成形機の駆動モータの負荷高や樹脂温度異常
が発生することがあり、負荷高による押出成形機停止や
樹脂温度異常による製品ムラが生じる場合があった。そ
のような事態を回避するために、従来、始動毎に、押出
成形機の技術者が押出成形機の始動中の動作を確認し、
場合によっては微調整を行なうことも必要とされてい
る。

【０００６】本発明は、従来のプラスチック押出成形ラ
インにおける押出成形機の自動始動システムの持つ上記
のような不都合を解消することを目的としており、より
具体的には、作業者による制御装置への設定値入力作業
を軽減しながら、始動時に負荷高及び異常樹脂温度等の
問題が発生することのない押出成形機の自動始動システ
ムを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、本発明に
よれば、基本的に、プラスチック押出成形ラインにおけ
る押出成形機を自動的に始動するためのシステムにおい
て、始動指示信号により、押出成形ラインの始動に必要
な諸設備を作動状態とし、その後、押出成形機の作動状
態及び/ 又は樹脂の状態をリアルタイムで監視し、得ら
れたデータを演算し、該演算結果をフィードバックする
ことにより押出成形ラインの諸設備の作動を制御するこ
とよって達成される。

【０００８】前記リアルタイムで監視する押出成形機の
作動状態、樹脂の状態としては、押出成形機のモータ負
荷、原料樹脂温度、原料樹脂の圧力、トルク、溶融長、
等であってよく、また、演算結果をフィードバックする
ことにより制御される対象としては、原料樹脂供給量、
その増速スピード、スクリュー回転数、バレル温度、成
形金型温度、等であってよい。その結果、目標押出量ま
でに、自動的に確実に増速することが可能となる。

【０００９】演算のための手法としては、ファジイ推論
による制御やＰＩＤ制御、等の従来知られたほ制御方法
を用い得るが、好ましくは、ファジイ推論による制御が
用いられ、それにより、容易に熟練技術者の判断と同等
の制御を可能とするロジックを設計することができる。
本発明によれば、始動指示信号により、押出成形ライン
の始動に必要なモータ電源、潤滑油ポンプ、原料樹脂供
給電源等が自動的に起動し、押出成形機始動開始状態と
なる。そこで、樹脂温度・樹脂圧力等の樹脂の状態又は
押出機モータ負荷の双方あるいはいずれか一方を計測装
置によりリアルタイムて監視し、そのデータからシステ
ム制御部でのＣＰＵにより目標の押出量に向けて、好ま
しくはファジイ推論制御により、最適な原料供給量、増
速スピード、スクリュー回転数制御等がなされる。それ
により、技術者が介在しなくても、押出機モータ負荷高
及び異常樹脂温度等の問題を発生することなく、目標押
出量に容易かつ確実に増速することが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を好ましい実施の形
態に基づき説明する。 〔実施例１〕図１は、本発明による押出成形機の自動始
動システムを適用するのに好適なプラスチック押出成形
ラインを示しており、プラスチック押出成形機１、押出
成形機１に定量の原料樹脂を供給する原料定量供給装置
２、押出成形機１の出口側に配置される成形用金型３、
その後流側に配置される冷却水槽４、引き取り設備（図
示せず）及び切断設備（図示せず）等によって構成され
ている。

【００１１】押出成形機１には押出用モータ１１によっ
て回転駆動するスクリュー１３が設けられ、さらに、押
出成形機のバレル１ａにはバレル加熱用ヒータ及びバレ
ル温度計測用温度センサー（共に図示せず）が設置され
ている。押出成形機１と成形金型３との間には、樹脂温
度測定のための温度センサー５１と樹脂圧力測定のため
の圧力センサー５２が設置され、さらに、成形金型３に
は金型用のヒータ（図示せず）が設置されている。

【００１２】押出成形機１のモータ１１、バレルヒー
タ、金型用ヒータ、及び原料定量供給装置２はＣＰＵを
持つシステム制御部６によって制御され、前記温度セン
サー及び圧力センサーによる樹脂温度、樹脂圧力、バレ
ル温度、金型温度の計測値がシステム制御部６に入力さ
れる。また、押出成形ラインのモータ電源、潤滑油ポン
プ、原料供給装置電源（共に図示せず）等もシステム制
御部６からの信号により稼動可能となる。なお、上記の
押出成形ラインを構成する諸設備は従来知られたもので
あり、詳細な説明は省略する。

【００１３】次に、上記の押出成形ラインでの始動時の
運転について説明する。図２は、本実施例に制御に係わ
る部分のシステム図であり、システム制御部６と入力部
分であるオペレーションキー７とを有し、システム制御
部６は、メモリー部３６、アナログ演算部３１、ファジ
イ演算部３２、出力演算部３３、スクリュー・供給量制
御部３４とを有する。作業者はシステム制御部６にオペ
レーションキー７によって、目標押出量、適性樹脂温
度、始動開始後のスクリュー回転数（以下、起動回転
数）、始動直後の樹脂供給量（以下、起動供給量）等の
入力を行なう。これらの入力値はメモリー３６に保存さ
れ、次回からは必要箇所のみ書き換える。起動回転数と
起動供給量の入力の理由は、樹脂が樹脂温度センサー５
１や樹脂圧力センサー５２に到着するまで樹脂供給量制
御ができないことによる。

【００１４】また、第１ステップの起動供給量・起動回
転数から目標押出量を目指しての供給量・回転数の増速
開始をブレーカー部への樹脂到達前に行なうと、バレル
内の樹脂がブレーカー部に到達したときに起こる急激な
押出成形機負荷アップ又は樹脂圧アップにより、オーバ
ーロードやブレーカー部からの樹脂漏れ（バリ）が発生
する危険がある。そのために、起動押出量からの押出量
増速開始のタイミングは、樹脂圧力実測値が、例えば１
００ｋｇｆ／ｃｍ² 程度（塩ビ樹脂のブレーカー部に到
達するときの数値の一例）から開始するようにする。

【００１５】システム制御部６には、前記した樹脂温度
センサー５１からの樹脂温度データｔ、樹脂圧力センサ
ー５２からの樹脂圧力データｐ、原料定量供給装置２か
らの原料供給実測値ｖとがアナログ演算部３１にアナロ
グ入力される。それらのデータはアナログ演算部３１に
て０．５秒周期で目標値との差や、各時間当たりの増加
量（以下、傾きとする）、原料供給量実測値が演算され
る。

【００１６】アナログ演算部３１にて演算されたデータ
（樹脂圧力ａ、樹脂圧力増減傾きｂ、樹脂温度偏差（目
標樹脂温度との差）ｃ、樹脂温度増減傾きｄ、樹脂供給
量実測値ｅ）はデジタル化され、ファジィ演算部３２に
入力される。ファジィ演算部３２には、図３に一例を示
す条件部ＭＩと結論部ＭＲとからなるメンバーシップ関
数Ｍ及びプロダクションルールＲがプログラムされてお
り、前記入力データよりスクリュー回転数ｆ及び樹脂供
給量ｇの制御量が後記のようにして演算される。該演算
値ｆ、ｇは出力演算部３３に入力され、出力演算部３３
では異常値出力防止のインターロック処理等がなされた
後、スクリュー回転数ｆ及び樹脂供給量ｇのアナログ制
御量ｆ’、ｇ’を出力する。該アナログ出力値ｆ’、
ｇ’は、スクリュー・供給量制御部３４に入力され、ス
クリュー回転数及び原料供給量とが押出成形機モータ１
１及び原料定量供給装置２に出力される。この制御周期
（出力周期）は好ましくは５〜１０秒周期で行なわれ
る。

【００１７】前記したメンバーシップ関数Ｍ及びプロダ
クションルールＲは、熟練技術者の押出成形機始動デー
タを蓄積し、それを押出成形理論に照らし合わせて決定
することが有効であり、それにより、熟練者が手作業に
より行なうと同様の押出成形機の始動操作が達成され
る。次に、ファジィ演算部３２での演算方法の一例を、
図３〜図５を参照して説明する。

【００１８】例えば、始動時に、樹脂温度ｔが高い場合
であれば、技術者は樹脂温度制御の１つの手段として押
出成形機負荷の許す程度でスクリュー回転数を減少しよ
うとする。これは、操業範囲においてスクリュー回転を
減少することにより、バレル内での樹脂のバックフロー
量が減少し、剪断発熱量が減少して樹脂温度ｔの低下が
期待できるためである。このときの、例えば、「押出成
形機負荷の許す程度」、「樹脂温度が高い」と判断する
「程度」等を条件メンバーシップ関数化し、高い場合に
は「何を」、「どの程度」制御するかをベースとして図
３に示すようなプロダクションルールＲ、及び、条件部
Ｍ１と結論部ＭＲとからなるメンバーシップ関数Ｍが設
計される。ただし、ｇ’＝現在の押出量＋ｇ×制御周
期、ｆ’＝〔（起動回転数）／（起動押出量）〕×ｇ’
−ｆ、とする。

【００１９】これに対して、例えば以下に一般的な演算
式を示すようなｍａｘ−ｍｉｎ合成法及び重心法を用い
て演算することによって、所定の制御値を得ることがで
きる。 〔ｍａｘ−ｍｉｎ合成法及び重心法の演算式の一例〕 ルール Ri:if X1 is Ai1 and ・・・ Xn is Ain then Y is Bi
;（Aij, Bi はすべてファジイ関数を示す） 推論結果である、ファジイ集合 Bi'のメンバーシップ関
数 μ_B'i(Y)は

【００２０】

【００２１】となる。ファジイ推論制御を実行するた
め、図４に示すように、複数の制御ルール Riに対して
以上の演算を行い、個々の推論結果 Bi'を max演算で結
合して、ファジイ集合 B' を得る。制御対象へ入力する
ために、得られたファジイ集合 B' の非ファジイ化が以
下の式（１）による重心法により行なわれる。

【００２２】 式（１） Y= ∫μ_B'i(Y)Y dy /∫μ_B'i(Y)dy 上記の制御により目標の押出量に到達したら、制御を停
止する。その後もスクリュー制御を行なう続けること
で、樹脂温度及び樹脂圧力制御を行なう。演算の例とし
て、図３に示すメンバーシップ関数Ｍにおける樹脂供給
量ルール中のルール４及び５のみを考えた場合の例を図
４に示す。図２での、ｃ：樹脂温度偏差、及び、ｄ：樹
脂温度増減傾き、がそれぞれ、ｃ＝２℃、ｄ＝０．１５
℃／ｓｅｃとして与えられた場合、図５に示すように、
ｍｉｎ合成によりルール４及びルール５それぞれからの
押出量制御の結論が得られ、その結論のｍａｘ合成及び
重心法による演算から、ｇ＝−０．５ｋｇ／ｈ・ｓが出
力される。それにより、出力演算部３３にて現在出力中
の樹脂供給量から、毎秒−０．５ｋｇ／ｈが加算され
る。この加算は次の演算周期まで行なわれる。以下、図
２に示すように、この値がスクリュー・供給量制御部３
４に入力・演算され、スクリュー回転数及び原料供給量
とが押出成形機モータ１１及び原料定量供給装置２に出
力される。なお、図５の下方の記載の上記の制御を言語
的表現による記述した例である。 〔実施例２〕次に、他の実施の形態として、押出成形機
モータ１１の負荷をリアルタイムに監視し、ＣＰＵ６に
て演算し、原料供給量・増速スピード・スクリュー回転
数を制御する場合を説明する。この場合にも、作業者
は、オペレーションキー７により、目標押出量、目標回
転数、適性樹脂温度、始動直後のスクリュー回転数（起
動回転数）、始動直後の樹脂供給量（起動供給量）の入
力を行なう。その際に、設定値は、 目標回転数／目標押出量＜起動回転数／起動押出量 とすることが望ましい。

【００２３】以下、前記実施例１の場合と同様にして演
算を行い、得られた増速量から押出量、出力回転数を演
算する。すなわち、 出力押出量（ｋｇ／ｈ）＝現在出力中の押出量＋ファジ
イ演算値（ｋｇ／ｈ・ｓｅｃ）×制御周期（ｓｅｃ）、 出力回転数（ｒｐｍ）＝〔（目標回転数−起動回転数）
×出力押出量 〕／〔目標押出量−起動押出量〕 −
〔（起動回転数×目標押出量−目標回転数×起動押出
量）／（目標押出量−起動押出量）〕 このようにして制御することにより、目標の押出量にオ
ーバーロードの問題か発生することなく、自動的に増速
制御が行なわれる。

【００２４】

【発明の効果】上記の説明からわかるように、本発明に
よれば、プラスチック押出成形ラインにおける押出成形
機の始動時において、少ない設定値で押出成形機モータ
負荷及び異常樹脂温度等の問題を発生することなく、自
動的に目標押出量に増速することができ、それにより、
作業者の始動時での作業量を低減しまた精神的負担を減
少することができる。さらに、押出成形機始動時に発生
する成形不良等のスクラップも減少するとができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による押出成形機の自動始動システムを
適用するのに好適なプラスチック押出成形ラインの一例
を説明する図。

【図２】本発明による押出成形機の自動始動システムの
制御に係わる部分のシステム図。

【図３】 ファジィ演算に用いられるメンバーシップ関
数及びプロダクションルールの一例を説明する図。

【図４】ｍａｘ−ｍｉｎ合成法及び重心法を説明する
図。

【図５】演算例の一例を説明する図。

【符号の説明】 １…押出成形機、１ａ…バレル、２…原料定量供給装
置、３…成形金型、４…冷却水槽、６…システム制御
部、１３…スクリュー、５１…温度センサー、５２…圧
力センサー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチック押出成形ラインにおける押
   出成形機を自動的に始動するためのシステムであって、
   始動指示信号により、押出成形ラインの始動に必要な諸
   設備を作動状態とし、その後、押出成形機の作動状態及
   び／又は樹脂の状態をリアルタイムで監視し、得られた
   データを演算し、該演算結果をフィードバックすること
   により押出成形ラインの諸設備の作動を制御することを
   特徴とする押出成形機の自動始動システム。