锥形双螺杆挤出机的自动控制原理与故障处理

锥形双螺杆挤出机的自动控制大致可分为机筒外加热温度控制、机筒冷却与螺杆温度控制、自动切割和翻架装置控制三部分。本文以北京福田公司生产的60/130锥形双螺杆挤出机为例，对其控制原理及生产型材产品时的故障处理方法进行了详细的介绍。

机筒外加热温度控制

1. 控制原理

机筒外加热温度控制系统主要是通过电器仪表元件来实施温度设定与显示。目前北京福田公司生产的挤出机温控系统采用贝加莱公司的2003可编程序控制，采用上、下位机的管理控制方式，用温度模块配以PID温控软件。该控制方式与传统仪表控制的区别是，能在加温过程中自动演算PID参数，使温度控制精确到±1℃。该方式可以提供温度趋势图的两个显示画面，具有更直观、清楚及精确的特点，且操作简单。同时可设定保温时间，并配有温差报警装置，可以有效地防止操作失误。

控制过程如下：打开控制机显示器，转到温度画面，根据生产工艺要求，设定加热温度值，启动各段机筒的加热。当机筒达到设定温度值时，通过温度传感器将数据传给模块，自动切断加热电源，加热停止，此时机筒处于保温状态。当显示温度超过设定温度的指标参数时，温控系统自动使冷却风机启动，进行强制冷却；当显示温度达不到设定温度的指标参数时，加热圈就一直不间断地工作。

2. 故障处理

在挤出机运行过程中，常常发生机筒外加热各区显示温度不受设定温度指标控制，加热圈不加热或连续不断加热的现象。之所以出现这种情况，除了采用低剪切挤出机超负荷运行等原因外，还和温控装置出现故障有关。两者之间的区别是，超负荷运行发生的显示温度不受设定温度控制主要表现为给料段、压缩段显示温度偏低，熔融段、计量段显示温度偏高。而温控装置故障出现的显示温度偏低或偏高，可能发生在挤出机任何一个温控区域，以及合流芯或口模等区域。而工作时间较长、开启比较频繁的加热区域发生故障的几率尤其较高。要想生产出优质的塑料制品，除了要保证挤出机不超负荷运行之外，还要保证挤出机温控系统的正常工作。在出现故障时，应该及时采取处理措施，以免温控系统失灵，影响塑料挤出制品的质量。温控装置故障原因通常有以下两类：

（1）加热圈不加热。其故障原因可能为：加热圈短路、热电偶短路、空气开关跳闸或电源线短路，这几种情况对应的处理方法分别为：检查或更换加热圈、检查或更换热电偶、检查空气开关或检查电源线。

（2）加热圈不停止加热。其故障原因可能为：温控接触器被烧融、或是热电偶松动，未安装到位，对应的处理方法分别为：检查或更换温控接触器、检查热电偶。

机筒与螺杆温度控制

1. 控制原理

之前，我国通常采用硅油对双螺杆挤出机的机筒进行冷却。即将冷却铜管缠绕在机筒外壁上，通过冷却后的硅油对机筒进行冷却。现在，双螺杆挤出机的机筒冷却一般都是通过控制安装在机筒上的风机来实施的。当机筒加热时，机筒冷却停止工作，当显示温度达到或超过设定温度，在机筒加热圈停止工作的同时，风机开启进行冷却。

螺杆温度控制装置的主要职能是平衡螺杆加热区域与恒温区域两部分的物料温度。螺杆温度控制是通过螺杆芯部的调温装置实现的。螺杆温度有两种控制方法，一种是螺杆内自调温，即采用“热管原理”，不需要外来能量，通过物料能量转化，实施螺杆内冷热交换，用恒温区物料换热的硅油来提升加温区物料温度的一种内循环冷却方式，有节能效应，无需进行人工调整。但这种方法受螺杆内的容积限制，冷却效率不高，在挤出机前后剪切性能不平衡时，不能进行对应调整，仅适用于规格型号较小的挤出机，或是在供料段与压缩段剪切热较高、熔融段与计量段剪切热较低的锥形双螺杆挤出机。

另一种是螺杆外调温，外调温可依据前后两部分设定温度与显示温度的温差，进行对应调整。采用这种方法调温比较方便，如前部分温差大，即显示温度小于设定温度，则需要提高螺杆设定温度，如后部分温差大，即显示温度大于设定温度，则需要降低螺杆设定温度。在一定的挤出速度条件下，如果物料塑化速度慢，发生排气孔冒料的现象，可提高螺杆温度；如型胚从口模挤出时内筋发泡，壁厚变粗，可降低螺杆温度。一般来说，螺杆温度的设定与调整，和挤出机的螺杆结构和挤出速度有一定的关系。

螺杆外调温装置的调整原理是，依据挤出工况，预先设定一个温度指标，然后启动螺杆芯温电动机、利用调温装置的加热器对油箱内的导热介质（硅油）进行加热。当螺杆物料温度高于设定温度时，通过温度控制元件控制水冷却装置对油箱内的导热介质（硅油）进行冷却。加热或冷却后的硅油通过螺杆芯部不断循环，从而实现对螺杆前段的加热或后段的冷却。螺杆对物料加热或冷却时，会导致螺杆内的硅油降温或升温。在温控元件的作用下，电子阀打开，导热介质通过水冷却装置或加热器元件再次进行冷却或加热，以确保螺杆温度处于控制范围内。

2. 故障处理

（1）机筒冷却装置发生故障，一般表现在风机不启动。其故障原因为：接触器触点被烧蚀、热电偶未插到位，严重松动，或是风机电动机发生故障。其对应的处理方法分别为：更换接触器、检查热电偶或是检查电动机。

（2）螺杆外调温装置的故障处理。螺杆外调温装置属于循环温控系统，螺杆加热时，应保持硅油在油标位置，油温一般保持在80℃~120℃范围之内。操作时应及时检查油压，做到先启动油泵再接通加热器。螺杆外调温装置容易发生的故障与处理方法见表。

自动切割、翻架装置控制

1. 控制原理

挤出机的整个切割、翻架过程采用贝加莱公司的2003系列可编程序控制，由触动开关完成自动切割、翻架，其控制准确、灵敏，可避免连锯、连翻等故障。该过程自动工作的原理为：型材在牵引机履带的引导下，当碰到翻架上第一个行程开关时，气路压紧电磁阀、切割电磁阀、电磁离合器得电，产品被压紧，切割滑车同步向前移动，切割机运转，延时1s后，切割电磁阀得电，切割刀架抬起，开始切割产品。

切割到位后，行程开关动作发出信号，切割电机停止运转，压紧气缸复位，滑车返回复位。切割过程完毕后，产品继续前进，碰到翻架上第二个行程开关，落料电磁阀得电，料架翻转，延时3s后，落料电磁阀断电，落架复位。整个过程如图所示。

2.故障处理

（1）不自动切割。出现这种故障的原因一般为限位开关损坏，输入控制电线断路。其处理方法为：采用在面板中手动切割，如即时切割，说明自动切割系统没有问题，应打开自动切割限位盖，用万用表直流电压测量，如有24V电源，说明限位装置损坏；如不切割，应查看CX408切割输入、输出指示是否正常，如正常，则可能是外部控制线路中断或有其他问题。

（2）自动切割后不复位。出现这种故障的原因在于滑动小车复位限位装置失控或复位信号线断。其处理方法为：由于这种情况下前行超控会及时报警，因此打开型材防护盖，如“拉紧”已处于回拉状态，说明抬起气缸或机械有故障。如都不复位，应搬动小车上限位手柄，如复位，用万用直流电压档测量限位上复位线，如有24V电流，说明限位损坏，反之则线路有故障。

（3）自动切割不到位。出现这种故障的原因在于小车上限位调整不当，只需调整小车上限位即可。

（4）运行中突然切割，型材到位触动限位开关后不切割，即使用手动也不工作。出现这种故障的原因在于触动了手动切割控制输入线，导致了短接发生，切割限位虽然复位，但控制线还是短接，因此应在扩展CX408上观察输入指示灯是否亮，及时解除短接点。

（5）不自动翻架。出现这种故障的原因在于限位损坏，输入控制报警信号线断。其处理方法为：在面板上手动翻架，如马上翻架，说明自动翻架有故障，用万用表直流电压档测量限位上的信号线，如有24V电流，则说明限位开关损坏。