型材挤出设备的自动化控制与故障分析

专家姓名：王 耀　　类别：技术交流

随着国内建筑业的迅猛发展以及人民生活水平的不断提高，塑钢门窗正以其环保、节能、美观、实用等特点逐渐取代铝合金门窗及铁、木门窗并对塑料异型材的需求提出更高的要求，这就必然促进异型材挤出生产装备的技术升级与更新换代。早期异型材挤出机的控 制系统通过温控仪表加上继电器控制或者是简单的PLC可编程逻辑控制，线路复杂，保养及维修困难，同时操作也不方便，影响了生产效率与型材制品质量。90年代初，国际著名的异型材挤出设备制造商，如巴顿菲尔、辛辛那提、泰森等都不约而同采用了基于奥地利贝加莱（B＆R）的可编程计算机控制PCC为核心的智能化人机界面控制系统，取代传统的分立元件控制系统，极大地提高了挤出线的生产控制水平。近几年国内进口的生产线中，人机界面控制系统占多数。国内几家品牌企业如福田建材、申威达、震雄也已经开始引用并投放市场。因此，基于PCC的智能化人机界面控制系统将是挤出机自动化控制系统的发展方向。
型材挤出设备的自动化控制一般由电路和气路来控制完成，型材挤出机组由挤出机、定型台、牵引机、切割机、翻料架几个单无组成，新型的挤出机组牵引机、切割机组合为一个整体，即牵 引切割机，更趋和谐和便于操作。
本文以北京福田塑机E系列SY240E型为例就各单机及综合控制的程序原理以及其过程中出现的故障逐一作简明论述：
一、 挤出机主机。可分为以下几部分：
1．传动、挤压系统，是靠主变频器控 制变频调速电机，通过减速箱分配箱、十字花键，逐级传递给螺杆来完成，其中变频器中所输入的程序以及参数值，在设备出厂时已经设定完成，不能随意更改。
2．加热、冷却系统，是由机筒加热冷却、模头加热、螺杆芯部加热冷却来构成，由电腔程序来控制，由B＆R温度模块配以PID温控软件取代传统温控表、系统能在加热过程中自动优化演算PID各参数，演算完成后自动赋值，也可以根据自已经验进行手动对PID各参数进行赋值，温度控制精确到±℃。其工作原理是在各区加热段给定一个温度值如180℃，由热电偶测得数据。加热时随温度的逐渐升高，其加热的频率逐渐降低，加热时间也逐渐缩短，当≥180℃时 该区开始冷却，风机开始工作。（冷却又分风冷和油冷两种）当≤180℃又开始加热，周而复始，最终达到平衡。芯温冷却也是一样的道理，只是其设定温度较低在80℃左右，且是通过导热介质来传热，当温度≤80℃芯温加热管加热工作，通过油泵循环来给螺杆提供热量，当温度≥80℃冷却器供水电磁阀打开，油通过冷却器冷却后通过油泵循环来带走螺杆内多余热量。机筒二、三、四区以及芯温在自动控制的基础上，另设有一个手动强制冷却功能来控制瞬间的温度增高。
3．自动供料系统是由时间继电器或料位计来传输信号控制的，当缺料时料位计传输信号，系统开始供料，供料满后料位计信号中断，供料停止。
4．喂料系统，也是由变频器控制变频调速摆线针轮减速器来实现，其比例根据主机螺杆的的转速来调节，主机电流和转矩直接受加料多少来影响，加料少，主机电流和转矩降低。反之则升高。当喂料过多，实际电流超过其额定电流或转矩超过其设定值时主机会过载报警停机，一般控制在额定值的50%—80%。
5．真空排气系统是直接用按钮来控制真空泵完成的，真空开启时电磁阀打开，关闭时则电磁阀随之关闭。

主机常见的故障如下表：

序号 故障屏幕显示 现象 原因分析 解决方法
1 主螺杆变频器故障 报警、螺杆停止转动 因塑化不良或加料过多造成的转矩升高、过载停机 关闭总电源、将机筒中的余料用手动盘出或拆卸螺杆清理后恢复并复位
2 喂料变频器故障 报警、停止加料 喂料螺杆固卡滞或转速过低电机发热跳闸 1．清理喂料螺杆或提高喂料转速。2.低速需选配减速比大的减速机
3 机筒区温度过高 报警、实际温度比设定温度高出30℃—50℃ 1．热电偶虚接或短接。2.热电偶探头不到位.3.带冷却区域冷却装置故障. 4.大幅度改变(降低)设定温度值. 1.检查热电偶接线和探头虚实情况 2.更换热电偶 3.大幅度降温时应关闭该区加热电源，等温度相近时开启并复位.
过渡体温度过高
机头区温度过高
4 机筒加热装置故障 1.持续加热或停止加热.
2.某一区一直在加热而温度迟迟达不到
3.某一区一直在加热而温度反而下降
4.某区温度显示与相邻两区悬殊太大,且用手轻微晃动热电偶，则温度上下波动较大 1.加热片短路或接线柱接触不良,冷却系统损坏.
2.误开启手动强制冷却.
3.热电偶两接线端“＋”“－”极接反
4.热电偶探头悬空或“＋”“－”短路 1. 查加热片及各接线柱、查冷却系统
2. 关闭强制冷却功能
3.重新调整热电偶或更换接线端“＋”“－”极
4.重新调整热电偶探头松紧度或更换热电偶.

过渡体加热装置故障
机头区加热装置故障
5 真空泵故障 真空泵跳闸 1. 缺水发热或水量过大过载
2.真空泵叶轮有异物卡滞
3.真空罐堵塞或积水 1. 检查水路
2.用手盘动真空泵风叶看是否卡滞并修复
3.清理真空泵
6 机头压力故障 压力报警 1.压力超出设定范围40Mpa
2.压力传感器插接部位进水,或损坏 1.提高机体相应区域温度使物料流动性提高
2.减小加料量使其压力降低
3.检修或更换压力传感器
7 芯温故障 报警、起不到降温作用 1. 缺油报警
2.冷却水小、热量不能及时带走 检查油路、油位或水路
8 主电机风机故障 报警、长时间会造成主电机过热跳阐 1. 线路短路
2. 风机损坏 1. 检查线路
2. 更换风机

二、 定型台
定型台相对于主机或牵引机来说要简单得多。定型台的控制直接由按钮来操作各真空泵，给水泵、排水泵以及加热校直、吹风等装置且根据需要设有前后、左右、上下、自动或手动调位装置、这些都是靠直接控制来实现。

定型台常出现故障：
序号 屏幕显示故障 现象 原因分析 解决方法
1 真空泵故障，特别是4#泵 跳闸 1．水量过大
2．异物卡滞
3．长时间不用结垢或生锈卡滞
4．电机轴与真空泵联接处进水，造成电机短路或缺相。 1．调节进水量
2．检查真空泵是否卡滞结垢或生锈并处理修复
3．检查并维修
2 上水泵故障 跳闸 1．过载
2．卡滞
3．电机损坏 1．检查水路、电路
2．清理泵腔
3．更换电机
排水泵故障
3
纵移电机故障 不动作 1．行程开关位置不对
2．卡滞跳闸 1．调整行程开关位置
2．检查丝杆螺母是否卡滞

三、 牵引切割机
1． 牵引切割机控制系统与翻料架组合完成，最终有电器和气路来实现。可分为以下几个部分：
1．1牵引传动。牵引传动部分也是靠变频器来同时控制上下两个减速装置来完成，上下履带的压紧放松靠电路控制，气路由气缸来完成。
1．2切割部位。切割部位是由切割锯结合气路来完成，其原理：当型材移动触碰翻料架上的切割行程开关（或手动切割时）此时电磁离合器吸合，压紧气缸压紧型材，回程气缸与电磁离合器所带链条同时推动切割小车与型材同步移动，切割电机旋转且气缸同时抬升锯片切割完成后（由行程开关控制并延时）回锯、压紧气缸放松，电磁离合器放松，当小车滑动碰到回程行程开关时，回程气缸反动作将小车拉回位，其进锯放锯的快慢，行程回程等动作的实现以及协调性都是由调节控制各动作的气路节流阀或排气阀以及延时来控制。当型材碰到下一个行程开关时翻料架释放，型材落架，延时3-5秒后回复原状态，此时一上完整的动作已经完成。
1． 3牵引切割机在运行中应注意：
1．3．1履带压紧气缸两调压阀的压力差一般在2㎏/㎝2左右，而且正压负压的调压阀不可以颠倒，负压的读数不能为零，如为零则无法测算其作用在型材的压力大小，很容易使型材压扁，且会增大机器磨损。
1．3．2手动切割一次或数次一定要手动翻架一次，以免造成程序混乱，且在第二次手动切割时必须在第一次切割小车复位后进行，以免造成切割超程，在动作还未完成时顶坏锯片或损伤其他部件。
1．3．3当切割锯片有尖锐噪声时，查锯片是否反转，此时锯屑多为黄色或褐色。
1．3．4当个别程序或动作自动不动作而手动（气路）能完成时，应查其相应控制电磁阀此时一般由信号输入无输出。如有输入也有输出但不动作，应查其对应气路的节流阀快排阀单向阀或梭阀是否损坏。
1．3．5牵引割机所有动作的完成一般是靠可编程控制器即工业微机PLC编程后来控制的，任何误动作时都有可能造成程序混乱，先进的控制方式是由CX408模块通过微机来完成。

牵引常见故障
序号 屏幕故障显示 现象 原因分析 解决方法
1 牵引变频器故障 跳闸 1．过载
2．线路故障 检查线路
2 切割超程 报警切割动作紊乱 1．第二次切割在第一次切割未复位时操作
2．气路、电磁离合器故障造成小车不复位 1．严格操作程序
2．查气路和电磁离合器
3 牵引电机热保护（上）
（下） 上牵引机停转或下牵引机停转 过热保护 电机散热风机是否停转或损坏

4 型材定长不准 1．行程开关松动
2．电磁离合器同步链条松动 1．检修行程开关
2．检修链条松紧度
5 型材打滑 1．气压不足
2．履带有水 1．调整气压
2．打开定型台吹风装置
6 型材压扁 压力过大 调整气压
7 切割电机、以及 吸屑电机故障 报警、跳闸 1．型材夹锯、型材与小车不同步
2．多数因卡滞造成 1．调整同步动作
2．检查风机叶片

四、在主机与辅机之间采用CAN总线方式通讯控制，下位机CPN2003与定型台、牵引机通过CX408扩展模块，其相互间也采用CAN总线方式通讯，其作用是信号传输来完成整线操作和同步调速，同步调速时要将画面状态调到微调功能后先将挤出、喂料、牵引按一定的比例调其数据＞0后，换到同步功能后调速到工艺要求的数值，应该注意的是在同步调速时任何一项不能为零。然后再调回微调来对个别数据进行调整来满足型材挤出的要求。
电腔控制的优点是一般设备故障都会在屏幕上显示，比较直观，只要对其显示的故障进得排除使其复位，便能使设备恢复正常运行，与以前的控制方式相比，除变频器故障外，其他故障只能靠经验来逐项排查，要费时间。但电腔控制的设备缺点在于，一般的故障都有可能造成全线停机。
总之，随着机械化、自动化程序的提高，越来越先进的技术在设备领域中得到推广和应用，从而大大降低了劳动强度，提高了生产效率和型材制品的质量。

发表时间：2007-11-16

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