型材擠出設備的自動化控制與故障分析

專家姓名：王 耀　　類別：技術交流

隨著國內建筑業的迅猛發展以及人民生活水平的不斷提高，塑鋼門窗正以其環保、節能、美觀、實用等特點逐漸取代鋁合金門窗及鐵、木門窗并對塑料異型材的需求提出更高的要求，這就必然促進異型材擠出生產裝備的技術升級與更新換代。早期異型材擠出機的控 制系統通過溫控儀表加上繼電器控制或者是簡單的PLC可編程邏輯控制，線路復雜，保養及維修困難，同時操作也不方便，影響了生產效率與型材制品質量。90年代初，國際著名的異型材擠出設備制造商，如巴頓菲爾、辛辛那提、泰森等都不約而同采用了基于奧地利貝加萊（B＆R）的可編程計算機控制PCC為核心的智能化人機界面控制系統，取代傳統的分立元件控制系統，極大地提高了擠出線的生產控制水平。近幾年國內進口的生產線中，人機界面控制系統占多數。國內幾家品牌企業如福田建材、申威達、震雄也已經開始引用并投放市場。因此，基于PCC的智能化人機界面控制系統將是擠出機自動化控制系統的發展方向。
型材擠出設備的自動化控制一般由電路和氣路來控制完成，型材擠出機組由擠出機、定型臺、牽引機、切割機、翻料架幾個單無組成，新型的擠出機組牽引機、切割機組合為一個整體，即牽 引切割機，更趨和諧和便于操作。
本文以北京福田塑機E系列SY240E型為例就各單機及綜合控制的程序原理以及其過程中出現的故障逐一作簡明論述：
一、 擠出機主機。可分為以下幾部分：
1．傳動、擠壓系統，是靠主變頻器控 制變頻調速電機，通過減速箱分配箱、十字花鍵，逐級傳遞給螺桿來完成，其中變頻器中所輸入的程序以及參數值，在設備出廠時已經設定完成，不能隨意更改。
2．加熱、冷卻系統，是由機筒加熱冷卻、模頭加熱、螺桿芯部加熱冷卻來構成，由電腔程序來控制，由B＆R溫度模塊配以PID溫控軟件取代傳統溫控表、系統能在加熱過程中自動優化演算PID各參數，演算完成后自動賦值，也可以根據自已經驗進行手動對PID各參數進行賦值，溫度控制精確到±℃。其工作原理是在各區加熱段給定一個溫度值如180℃，由熱電偶測得數據。加熱時隨溫度的逐漸升高，其加熱的頻率逐漸降低，加熱時間也逐漸縮短，當≥180℃時 該區開始冷卻，風機開始工作。（冷卻又分風冷和油冷兩種）當≤180℃又開始加熱，周而復始，最終達到平衡。芯溫冷卻也是一樣的道理，只是其設定溫度較低在80℃左右，且是通過導熱介質來傳熱，當溫度≤80℃芯溫加熱管加熱工作，通過油泵循環來給螺桿提供熱量，當溫度≥80℃冷卻器供水電磁閥打開，油通過冷卻器冷卻后通過油泵循環來帶走螺桿內多余熱量。機筒二、三、四區以及芯溫在自動控制的基礎上，另設有一個手動強制冷卻功能來控制瞬間的溫度增高。
3．自動供料系統是由時間繼電器或料位計來傳輸信號控制的，當缺料時料位計傳輸信號，系統開始供料，供料滿后料位計信號中斷，供料停止。
4．喂料系統，也是由變頻器控制變頻調速擺線針輪減速器來實現，其比例根據主機螺桿的的轉速來調節，主機電流和轉矩直接受加料多少來影響，加料少，主機電流和轉矩降低。反之則升高。當喂料過多，實際電流超過其額定電流或轉矩超過其設定值時主機會過載報警停機，一般控制在額定值的50%—80%。
5．真空排氣系統是直接用按鈕來控制真空泵完成的，真空開啟時電磁閥打開，關閉時則電磁閥隨之關閉。

主機常見的故障如下表：

序號 故障屏幕顯示 現象 原因分析 解決方法
1 主螺桿變頻器故障 報警、螺桿停止轉動 因塑化不良或加料過多造成的轉矩升高、過載停機 關閉總電源、將機筒中的余料用手動盤出或拆卸螺桿清理后恢復并復位
2 喂料變頻器故障 報警、停止加料 喂料螺桿固卡滯或轉速過低電機發熱跳閘 1．清理喂料螺桿或提高喂料轉速。2.低速需選配減速比大的減速機
3 機筒區溫度過高 報警、實際溫度比設定溫度高出30℃—50℃ 1．熱電偶虛接或短接。2.熱電偶探頭不到位.3.帶冷卻區域冷卻裝置故障. 4.大幅度改變(降低)設定溫度值. 1.檢查熱電偶接線和探頭虛實情況 2.更換熱電偶 3.大幅度降溫時應關閉該區加熱電源，等溫度相近時開啟并復位.
過渡體溫度過高
機頭區溫度過高
4 機筒加熱裝置故障 1.持續加熱或停止加熱.
2.某一區一直在加熱而溫度遲遲達不到
3.某一區一直在加熱而溫度反而下降
4.某區溫度顯示與相鄰兩區懸殊太大,且用手輕微晃動熱電偶，則溫度上下波動較大 1.加熱片短路或接線柱接觸不良,冷卻系統損壞.
2.誤開啟手動強制冷卻.
3.熱電偶兩接線端“＋”“－”極接反
4.熱電偶探頭懸空或“＋”“－”短路 1. 查加熱片及各接線柱、查冷卻系統
2. 關閉強制冷卻功能
3.重新調整熱電偶或更換接線端“＋”“－”極
4.重新調整熱電偶探頭松緊度或更換熱電偶.

過渡體加熱裝置故障
機頭區加熱裝置故障
5 真空泵故障 真空泵跳閘 1. 缺水發熱或水量過大過載
2.真空泵葉輪有異物卡滯
3.真空罐堵塞或積水 1. 檢查水路
2.用手盤動真空泵風葉看是否卡滯并修復
3.清理真空泵
6 機頭壓力故障 壓力報警 1.壓力超出設定范圍40Mpa
2.壓力傳感器插接部位進水,或損壞 1.提高機體相應區域溫度使物料流動性提高
2.減小加料量使其壓力降低
3.檢修或更換壓力傳感器
7 芯溫故障 報警、起不到降溫作用 1. 缺油報警
2.冷卻水小、熱量不能及時帶走 檢查油路、油位或水路
8 主電機風機故障 報警、長時間會造成主電機過熱跳闡 1. 線路短路
2. 風機損壞 1. 檢查線路
2. 更換風機

二、 定型臺
定型臺相對于主機或牽引機來說要簡單得多。定型臺的控制直接由按鈕來操作各真空泵，給水泵、排水泵以及加熱校直、吹風等裝置且根據需要設有前后、左右、上下、自動或手動調位裝置、這些都是靠直接控制來實現。

定型臺常出現故障：
序號 屏幕顯示故障 現象 原因分析 解決方法
1 真空泵故障，特別是4#泵 跳閘 1．水量過大
2．異物卡滯
3．長時間不用結垢或生銹卡滯
4．電機軸與真空泵聯接處進水，造成電機短路或缺相。 1．調節進水量
2．檢查真空泵是否卡滯結垢或生銹并處理修復
3．檢查并維修
2 上水泵故障 跳閘 1．過載
2．卡滯
3．電機損壞 1．檢查水路、電路
2．清理泵腔
3．更換電機
排水泵故障
3
縱移電機故障 不動作 1．行程開關位置不對
2．卡滯跳閘 1．調整行程開關位置
2．檢查絲桿螺母是否卡滯

三、 牽引切割機
1． 牽引切割機控制系統與翻料架組合完成，最終有電器和氣路來實現。可分為以下幾個部分：
1．1牽引傳動。牽引傳動部分也是靠變頻器來同時控制上下兩個減速裝置來完成，上下履帶的壓緊放松靠電路控制，氣路由氣缸來完成。
1．2切割部位。切割部位是由切割鋸結合氣路來完成，其原理：當型材移動觸碰翻料架上的切割行程開關（或手動切割時）此時電磁離合器吸合，壓緊氣缸壓緊型材，回程氣缸與電磁離合器所帶鏈條同時推動切割小車與型材同步移動，切割電機旋轉且氣缸同時抬升鋸片切割完成后（由行程開關控制并延時）回鋸、壓緊氣缸放松，電磁離合器放松，當小車滑動碰到回程行程開關時，回程氣缸反動作將小車拉回位，其進鋸放鋸的快慢，行程回程等動作的實現以及協調性都是由調節控制各動作的氣路節流閥或排氣閥以及延時來控制。當型材碰到下一個行程開關時翻料架釋放，型材落架，延時3-5秒后回復原狀態，此時一上完整的動作已經完成。
1． 3牽引切割機在運行中應注意：
1．3．1履帶壓緊氣缸兩調壓閥的壓力差一般在2㎏/㎝2左右，而且正壓負壓的調壓閥不可以顛倒，負壓的讀數不能為零，如為零則無法測算其作用在型材的壓力大小，很容易使型材壓扁，且會增大機器磨損。
1．3．2手動切割一次或數次一定要手動翻架一次，以免造成程序混亂，且在第二次手動切割時必須在第一次切割小車復位后進行，以免造成切割超程，在動作還未完成時頂壞鋸片或損傷其他部件。
1．3．3當切割鋸片有尖銳噪聲時，查鋸片是否反轉，此時鋸屑多為黃色或褐色。
1．3．4當個別程序或動作自動不動作而手動（氣路）能完成時，應查其相應控制電磁閥此時一般由信號輸入無輸出。如有輸入也有輸出但不動作，應查其對應氣路的節流閥快排閥單向閥或梭閥是否損壞。
1．3．5牽引割機所有動作的完成一般是靠可編程控制器即工業微機PLC編程后來控制的，任何誤動作時都有可能造成程序混亂，先進的控制方式是由CX408模塊通過微機來完成。

牽引常見故障
序號 屏幕故障顯示 現象 原因分析 解決方法
1 牽引變頻器故障 跳閘 1．過載
2．線路故障 檢查線路
2 切割超程 報警切割動作紊亂 1．第二次切割在第一次切割未復位時操作
2．氣路、電磁離合器故障造成小車不復位 1．嚴格操作程序
2．查氣路和電磁離合器
3 牽引電機熱保護（上）
（下） 上牽引機停轉或下牽引機停轉 過熱保護 電機散熱風機是否停轉或損壞

4 型材定長不準 1．行程開關松動
2．電磁離合器同步鏈條松動 1．檢修行程開關
2．檢修鏈條松緊度
5 型材打滑 1．氣壓不足
2．履帶有水 1．調整氣壓
2．打開定型臺吹風裝置
6 型材壓扁 壓力過大 調整氣壓
7 切割電機、以及 吸屑電機故障 報警、跳閘 1．型材夾鋸、型材與小車不同步
2．多數因卡滯造成 1．調整同步動作
2．檢查風機葉片

四、在主機與輔機之間采用CAN總線方式通訊控制，下位機CPN2003與定型臺、牽引機通過CX408擴展模塊，其相互間也采用CAN總線方式通訊，其作用是信號傳輸來完成整線操作和同步調速，同步調速時要將畫面狀態調到微調功能后先將擠出、喂料、牽引按一定的比例調其數據＞0后，換到同步功能后調速到工藝要求的數值，應該注意的是在同步調速時任何一項不能為零。然后再調回微調來對個別數據進行調整來滿足型材擠出的要求。
電腔控制的優點是一般設備故障都會在屏幕上顯示，比較直觀，只要對其顯示的故障進得排除使其復位，便能使設備恢復正常運行，與以前的控制方式相比，除變頻器故障外，其他故障只能靠經驗來逐項排查，要費時間。但電腔控制的設備缺點在于，一般的故障都有可能造成全線停機。
總之，隨著機械化、自動化程序的提高，越來越先進的技術在設備領域中得到推廣和應用，從而大大降低了勞動強度，提高了生產效率和型材制品的質量。

發表時間：2007-11-16

免責聲明：以上所展示的信息由專家自行提供，內容的真實性、準確性和合法性未經中國化工網證實，僅供您參考，請謹慎采用，風險自負。