JPS63194904A - 連続式混練機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プラスチック（合成樹脂）、ゴム等の材料の
混練を行なう連続式混練機を制御するための装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 一般に、プラスチック（合成樹脂）、ゴム等の材料の物
性を向上させるために、同材料に他の材料や添加物等を
加え、連続式混練機により混練することが行なわれてい
る。

連続式混練機としては第２図に示すようなものがあり、
ケーシング１内には、材料２を混練して順次排出側へ送
給する混練・フィード用ロータ３が内蔵されており、こ
のロータ３はモータ４により回転駆動されるようになっ
ている。

そして、ケーシング１の材料排出部１ａには、混練され
た材料２の排出量を調整しうるオリフィス５が装着され
、このオリフィス５は、アクチュエータ６により開閉駆
動されて、材料排出部１ａにおける開度を調整できるよ
うになっている。

なお、材料２は、フィーダー７によりケーシング１の入
口部１ｂへ供給される。また、ロータ３の外周には、材
料２を入口部１ｂからケーシング１内部（排出側）へ送
給するフィード部３ａと、材料２を混練しながら材料排
出部１ａへ送給する混練部３ｂとが形成されている。

ところで、上述のような連続式混練機により材料２を混
練して得られる混練物の品質は、下式に基づ＜　Ｓ　Ｅ
　（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｅｎｅｒｇｙ）値に大きく起因
している。

生成量（ｋｇ／ｈ）　　　　　Ｑ ここで、Ｋは定数、ｎはモータ４の回転数、Ｔはモータ
４の受けるトルク、Ｑは材料２のケーシング１内への供
給量（ｆｅｅｄ　ｒａｔｅ）である。

そこで、上記ＳＥ値を最適に調整するために、従来、連
続式混練機には第２図に示すような制御装置がそなえら
れている。

即ち、この制御装置においては、材料２の供給量Ｑを検
出する材料供給量センサ８と、モータ４の回転数ｎを検
出する回転数センサ９と、モータ４の受けるトルクＴを
検出するトルクセンサ１０とがそなえられるとともに、
各センサ８〜１ｏからの検出信号に基づきモータ４およ
びアクチュエータ６へ制御信号を出力するプログラマブ
ルコントローラ１１がそなえられている。

なお、第２図において、符号１２は連続式混練機の手動
／自動運転を切り換えるための切換スイッチ、１３はプ
ログラマブルコントローラ１１に接続され異常発生時に
警報を発するアラームである。

上述の構成により、ＳＥ値を最適に自動制御する場合に
は、まず、切換スイッチ１２において手動運転に切り換
えて、連続式混練機の最適状態での運転を手動にて実現
し、この時のＳＥ値を、センサ８〜１ｏからの検出信号
に基づきプログラマブルコントローラ１１においてオン
ラインで計算し記憶する。

この後、切換スイッチ１２により自動制御に切り換え、
常時、センサ８〜１ｏからの検出信号を取り込みながら
、プログラマブルコントローラ１１において、これらの
検出信号に基づきオンラインで現状のＳＥ値を計算し、
このＳＥ値と予め記憶されている最適のＳＥ値とを比較
する。

そして、現状のＳＥ値と最適のＳＥ値との差をなくすよ
うに、まず、プログラマブルコントローラ１１からアク
チュエータ６へ制御信号を出力し、オリフィス５の開度
をアクチュエータ６により調整する。

オリフィス５の開度による調整が限界となり、ＳＥ値が
改善されなくなった場合には、プログラマブルコントロ
ーラ１１からモータ４へ制御信号を出力して、このモー
タ４の回転数ｎｔｉ−調整し。

現状のＳＥ値が最適のＳＥ値に追従するように制御する
。

なお、オリフィス５の開度およびモータ４の回転数の操
作量とも限界となれば、アラーム１３から警報を発して
、オペレータ等に通知できるようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述した従来の連続式混練機の制御装置
では、センサ８〜１０からの材料供給量。

モータ回転数およびトルクの検出信号に基づきＳＥ値を
換算しながら、このＳＥ値が最適値となるように、オリ
フィス５の開度やモータ４の回転数を制御しているが、
モータ４の受けるトルクの変動は、混練機内における諸
要因が変動した結果として現われるので、このトルクを
もとにオリフィス５の開度やモータ４の回転数を制御し
ていては、時定数が太きくＳＥ値を所定値に追随させる
ことは困難である。

従って、混練機からの混練物の品質にバラツキを生じや
すく、安定した品質の混練物を得られないという問題点
がある。

また、一旦、オリフィス５の開度による調整からモータ
４の回転数による調整へ移ると、オリフィス５の開度調
整には戻れないため、制御幅が小さいという問題点もあ
る。

さらに、従来、ＳＥ値しか制御対象としていないが、実
際には材料温度も極めて重要な制御対象であるので、従
来装置による制御は充分なものといえなかった。

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、材料の変動の兆候をできるだけはやく検出し
制御に反映できるようにして、混練物の品質の向上をは
かるとともに、オリフィスの開度による制御とロータの
回転数による制御とを繰り返し行なえるようにして、制
御幅を大きくした、連続式混練機の制御装置を提供する
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このため１本発明の連続式混練機の制御装置は、外乱に
対する応答性のはやい情報を検出する検出手段を設ける
とともに、同検出手段からの検出結果に基づきケーシン
グの材料排出部におけるオリフィス開度を調整して上記
外乱に対する変動分を抑制制御する第１の制御系と、同
第１の制御系によって上記外乱に対する変動分を抑制制
御できない場合に上記検出手段からの検出結果に基づき
混練・フィード用ロータの回転数を調整して上記外乱に
対する変動分を抑制制御する第２の制御系とを設け、上
記の第１の制御系および第２の制御系による上記外乱に
対する変動分の抑制制御を反復して実行するように構成
したことを特徴としている。

［作　　　用］ 上述の本発明の連続式混練機の制御装置では。

外乱に対する応答性のはやい情報（材料圧力等）が検出
手段により検出され、この検出手段からの検出結果に基
づき、第１の制御系によりオリフィスの開度がｇａされ
て、上記外乱に対する変動分が抑制制御される。

一方、上記第１の制御系により上記外乱に対する変動分
の抑制制御を行なえなくなった場合には、上記検出手段
からの検出結果に基づき、第２の制御系によりロータの
回転数が調整されて、上記外乱に対する変動分が抑制制
御される。

そして、上記第２の制御系による制御で上記外乱に対す
る変動分が設定値以下に抑制されると、再び第１の制御
系による制御に戻り、上記の第１の制御系および第２の
制御系による上記外乱に対する変動分の抑制制御が反復
・循環して実行される。

［発明の実施例］ 以下、図面により本発明の一実施例としての連続式混練
機の制御装置について説明すると、第１図（ａ）はその
構成図、第１図（ｂ）はその第１の制御系および第２の
制御系を説明するためのブロック図である。

第１図（ａ）に示すように、本実施例における連続式混
練機も従来のものと同様に構成されていて、ケーシング
１内には、材料２を混練して順次排出側へ送給する混練
・フィード用ロータ３が内蔵され、このロータ３はロー
タ駆動用モータ４により回転駆動されるようになってい
る。また、ケーシング１の材料排出部１ａには、材料２
の混練状態を調整しうるオリフィス５が装着され、この
オリフィス５は、オリフィス駆動用アクチュエータ６に
より開閉駆動さ九て、材料排出部１ａにおける開度を調
整できるようになっている。

なお、材料２は、フィーダー７によりケーシング１の入
口部１ｂへ供給される。また、ロータ３の外周には、材
料２を入口部１ｂからケーシング１内部（排出側）へ送
給するフィード部３ａと、材料２を混練しながら材料排
出部１ａへ送給する混練部３ｂとが形成されている。

そして、上述のように構成された混練機において、本実
施例の制御装置でも、従来と同様に、材料２の供給量を
検出する材料供給量センサ８と、モータ４の回転数（ロ
ータ回転数）を検出する回転数センサ（タコゼネレータ
：ＴＧ）９と、モータ４の受けるトルクをモータ電流値
として検出するトルクセンサ１０とがそなえられるとと
もに、本実施例では、オリフィス５の材料排出部１ａに
おける開度を検出するポテンショメータ（ＰＯＴ）１４
と、材料排出部１ａにおける材料２の圧力を検出する圧
力センサ（ＰＴ）１５と、材料排出部１ａにおける材料
２の温度を検出する温度計（ＴＥ）１６と、混練機へ供
給される冷却水の量を検出する流量計（Ｆ）１７と、同
冷却水の温度を検出する温度計（ＴＥ）１８とがそなえ
られている。

また、各センサ８〜１０．１４〜１８からの検出信号の
うち特に外乱に対する応答性のはやい情報（本実施例で
は、圧力センサ１５からの材料圧力）に基づきモータ４
およびアクチュエータ６へ制御信号を出力するコントロ
ーラ１９がそなえられている。

このコントローラ１９においては、第１図（ｂ）に示す
ように、第１の制御系２ｏと第２の制御系２１とがそな
えられている。

第１の制御系２０は、検出手段としての圧力センサ１５
からの材料圧力の検出結果に基づきアクチュエータ６ヘ
オリフイス開閉用制御信号を出力して、オリフィス５の
開度を調整し外乱に対する材料温度またはＳＥ値の変動
分を抑制制御するものであり、２つの調節器２０ａ、２
０ｂをそなえた２重フィードバック制御系として構成さ
れている。

また、第２の制御系２１は、第１の制御系２０によって
外乱に対する材料温度またはＳＥ値の変動分を抑制制御
できない場合に、圧力計１５からの材料圧力の検出結果
に基づきモータ４ヘロータ駆動用制御信号を出力して、
モータ４の回転数（即ち、ロータ３の回転数）を調整し
外乱に対する材料温度またはＳＥ値の変動分を抑制制御
するものであり、調節器２１ａ、２１ｂをそなえたフィ
ードバック制御系として構成されている。

そして、第１の制御系２０による制御中に、外乱に対す
る材料温度またはＳＥ値の変動分が設定値以上となって
、第１の制御系による制御範囲を超えた場合には、コン
トローラ１９において第１の制御系２ｏから第２の制御
系２１の制御に自動的に切り換えられるようになってい
る。

また、第２の制御系２１による制御で外乱に対する材料
温度またはＳＥ値の変動分が設定値以下に抑制されると
、コントローラ１９において再び第２の制御系２１から
第１の制御系２ｏによる制御に切り換えられるようにな
っており、第１の制御系２ｏおよび第２の制御系２１に
よる外乱に対する材料温度またはＳＥ値の変動分の抑制
制御が反復・循環して実行されるようになっている。

なお、制御対象としての材料温度またはＳＥ値はコント
ローラ１９からマニュアル操作で選択されるとともに、
応答性のはやい情報（センサ８〜１０．１４〜１８から
の検出結果）も最も適当なものにコントローラ１９から
マニュアル操作で選択される。また、材料温度またはＳ
Ｅ値の設定値はコントローラ１９からマニュアル操作で
入力される。

本発明の一実施例としての連続式混練機の制御装置は上
述のごとく構成されているので、材料２　′の混練機に
よる混練中には、外乱に対する応答性のはやい情報とし
て本実施例では材料圧力が圧力センサ１５により常時検
出されており、この圧力センサ１５からの材料圧力の検
出結果に基づき、コントローラ１９からアクチュエータ
６ヘオリフイス開閉用制御信号が出力されて、第１の制
御系２０によりオリフィス５の開度が調整される。

これにより、材料排出部１ａからの材料２（つまり混練
物）の排出量が制御されて、外乱に対する材料温度また
はＳＥ値の変動分が設定値に近づくように抑制制御され
、安定した品質の混練物が得られるようになるのである
。

なお、コントローラ１９には、予め材料排出部１ａにお
ける材料圧力と材料温度またはＳＥ値との関係がプログ
ラミングされ、この関係に基づいて材料温度またはＳＥ
値（材料圧力）のフィードバック制御が行なわれる。

一方、ケーシング１内の材料２の急激な変動等によりオ
リフィス５の駆動が限界となり、第１の制御系２ｏによ
るオリフィス５の開度調整だけでは外乱に対する材料温
度またはＳＥ値の変動分の抑制制御を行なえなくなった
場合には、コントローラ１９において、第１の制御系２
ｏから第２の制御系２１へ自動的に切り換えられ、材料
圧力の検出結果に基づき、コントローラ１９からモータ
４ヘロータ駆動用制御信号が出力されて、第２の制御系
２１によりロータ３の回転数が調整される。

このとき、オリフィス５の開度は、再び第１の制御系に
切り換えられた場合に、直ちに駆動可能となる位置にま
で戻される。その際、相互干渉を避けるために、予め記
憶されているオリフィス５の制御による樹脂温度または
ＳＥ値の応答分を補正するようにロータ３の回転制御が
行なわれる。

これにより、材料２の材料排出部１ａからの排出速度が
、オリフィス５よりもゲインが大きく操作範囲が広いロ
ータ３によって調整され、外乱に対する材料温度または
ＳＥ値の変動分が抑制制御され、急激な変動に対しても
安定した品質の混練物が得られるようになるのである。

そして、第２の制御系２１による制御で外乱に対する材
料温度またはＳＥ値の変動分が設定値以下に抑制される
と、コントローラ１９において再び第１の制御系２０に
よる制御に切り換えられる。

なお、ロータ３の場合は操作範囲が広いため、オリフィ
スのように駆動可能な回転数にする必要はなく、第１の
制御系２０による制御中にはロータ３の回転数は一定に
保たれている。

このようにして、第１の制御系２０および第２の制御系
２１による外乱に対する材料温度またはＳＥ値の変動分
の抑制制御が、コントローラ１９において、自動的に切
り換えられ反復・循環して実行されてゆく。

上述のように、本実施例によれば、圧力センサ１５によ
り検出される材料圧力の外乱に対する応答速度は、材料
温度やＳＥ値に比べ極めてはやく、この材料圧力を検出
し制御対象としての材料温度またはＳＥ値の変動分を抑
制制御することによって、外乱があっても極めて応答性
よく制御が行なわれるようになる。

従って、混練物の品質にバラツキがなくなり、その品質
が大幅に向上するほか、第１の制御系２０および第２の
制御系２１による制御が反復して実行され続けるので、
オペレータが付いて常時チェックしていた混練機の運転
を、完全に自動化することができる利点もある。

なお、上記実施例では、応答性のはやい情報として材料
圧力を用いているが、応答性のはやい情報であれば材料
圧力以外のものを用いてもよく、この場合も上記実施例
と同様の効果が得られる。

［発明の効果コ 以上詳述したように、本発明の連続式混練機の制御装置
によれば、外乱に対する応答性のはやい情報を検出する
検出手段を設けるとともに、同検出手段からの検出結果
に基づきケーシングの材料排出部におけるオリフィス開
度を調整して上記外乱に対する変動分を抑制制御する第
１の制御系と。

同第１の制御系によって上記外乱に対する変動分を抑制
制御できない場合に上記検出手段からの検出結果に基づ
き混練・フィード用ロータの回転数を調整して上記外乱
に対する変動分を抑制制御する第２の制御系とを設け、
上記の第１の制御系および第２の制御系による上記外乱
に対する変動分の抑制制御を反復して実行するように構
成したので、外乱があっても極めて応答性よく制御対象
の変動分が抑制制御され、混練物の品質にバラツキがな
くなり、その品質が大幅に向上するのである。

また、第１の制御系によるオリフィス開度の制御と第２
の制御系によるロータ回転数の制御とが反復・循環され
て継続されるため、オペレータが付いて常時チェックし
ていた混練機の運転を、完全に自動化することができる
利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例としての連続
式混練機の制御装置を示すもので、第１図（ａ）はその
構成図、第１図（ｂ）はその第１の制御系および第２の
制御系を説明するためのブロック図であり、第２図は従
来の連続式混練機の制御装置を示す構成図である。 図において、１−ケーシング、ｌａ−材料排出部、２−
材料、３−・−混練・フィード用ロータ、４−ロータ駆
動用モータ、５−オリフィス、６・・−・オリフィス駆
動用アクチュエータ、１５−検出手段としての圧力セン
サ、２０・−第１の制御系、２１−・−第２の制御系。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ケーシング内において材料を混練して順次材料排出側へ
   送給する混練・フィード用ロータと、上記ケーシングの
   材料排出部において混練された材料の排出量を調整しう
   るオリフィスとをそなえ、外乱に対する応答性のはやい
   情報を検出する検出手段が設けられるとともに、同検出
   手段からの検出結果に基づき上記オリフィスの開度を調
   整して上記外乱に対する変動分を抑制制御する第１の制
   御系と、同第１の制御系によつて上記外乱に対する変動
   分を抑制制御できない場合に上記検出手段からの検出結
   果に基づき上記ロータの回転数を調整して上記外乱に対
   する変動分を抑制制御する第２の制御系とが設けられ、
   上記の第１の制御系および第２の制御系による上記外乱
   に対する変動分の抑制制御が反復して実行されるように
   構成されたことを特徴とする連続式混練機の制御装置。