型材擠出設(shè)備的自動(dòng)化控制與故障分析

專家姓名：王 耀　　類別：技術(shù)交流

隨著國內(nèi)建筑業(yè)的迅猛發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，塑鋼門窗正以其環(huán)保、節(jié)能、美觀、實(shí)用等特點(diǎn)逐漸取代鋁合金門窗及鐵、木門窗并對(duì)塑料異型材的需求提出更高的要求，這就必然促進(jìn)異型材擠出生產(chǎn)裝備的技術(shù)升級(jí)與更新?lián)Q代。早期異型材擠出機(jī)的控 制系統(tǒng)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(fù)雜，保養(yǎng)及維修困難，同時(shí)操作也不方便，影響了生產(chǎn)效率與型材制品質(zhì)量。90年代初，國際著名的異型材擠出設(shè)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(jì)算機(jī)控制PCC為核心的智能化人機(jī)界面控制系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的分立元件控制系統(tǒng)，極大地提高了擠出線的生產(chǎn)控制水平。近幾年國內(nèi)進(jìn)口的生產(chǎn)線中，人機(jī)界面控制系統(tǒng)占多數(shù)。國內(nèi)幾家品牌企業(yè)如福田建材、申威達(dá)、震雄也已經(jīng)開始引用并投放市場(chǎng)。因此，基于PCC的智能化人機(jī)界面控制系統(tǒng)將是擠出機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。
型材擠出設(shè)備的自動(dòng)化控制一般由電路和氣路來控制完成，型材擠出機(jī)組由擠出機(jī)、定型臺(tái)、牽引機(jī)、切割機(jī)、翻料架幾個(gè)單無組成，新型的擠出機(jī)組牽引機(jī)、切割機(jī)組合為一個(gè)整體，即牽 引切割機(jī)，更趨和諧和便于操作。
本文以北京福田塑機(jī)E系列SY240E型為例就各單機(jī)及綜合控制的程序原理以及其過程中出現(xiàn)的故障逐一作簡明論述：
一、 擠出機(jī)主機(jī)�？煞譃橐韵聨撞糠郑�
1．傳動(dòng)、擠壓系統(tǒng)，是靠主變頻器控 制變頻調(diào)速電機(jī)，通過減速箱分配箱、十字花鍵，逐級(jí)傳遞給螺桿來完成，其中變頻器中所輸入的程序以及參數(shù)值，在設(shè)備出廠時(shí)已經(jīng)設(shè)定完成，不能隨意更改。
2．加熱、冷卻系統(tǒng)，是由機(jī)筒加熱冷卻、模頭加熱、螺桿芯部加熱冷卻來構(gòu)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(tǒng)溫控表、系統(tǒng)能在加熱過程中自動(dòng)優(yōu)化演算PID各參數(shù)，演算完成后自動(dòng)賦值，也可以根據(jù)自已經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)對(duì)PID各參數(shù)進(jìn)行賦值，溫度控制精確到±℃。其工作原理是在各區(qū)加熱段給定一個(gè)溫度值如180℃，由熱電偶測(cè)得數(shù)據(jù)。加熱時(shí)隨溫度的逐漸升高，其加熱的頻率逐漸降低，加熱時(shí)間也逐漸縮短，當(dāng)≥180℃時(shí) 該區(qū)開始冷卻，風(fēng)機(jī)開始工作。（冷卻又分風(fēng)冷和油冷兩種）當(dāng)≤180℃又開始加熱，周而復(fù)始，最終達(dá)到平衡。芯溫冷卻也是一樣的道理，只是其設(shè)定溫度較低在80℃左右，且是通過導(dǎo)熱介質(zhì)來傳熱，當(dāng)溫度≤80℃芯溫加熱管加熱工作，通過油泵循環(huán)來給螺桿提供熱量，當(dāng)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(huán)來帶走螺桿內(nèi)多余熱量。機(jī)筒二、三、四區(qū)以及芯溫在自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上，另設(shè)有一個(gè)手動(dòng)強(qiáng)制冷卻功能來控制瞬間的溫度增高。
3．自動(dòng)供料系統(tǒng)是由時(shí)間繼電器或料位計(jì)來傳輸信號(hào)控制的，當(dāng)缺料時(shí)料位計(jì)傳輸信號(hào)，系統(tǒng)開始供料，供料滿后料位計(jì)信號(hào)中斷，供料停止。
4．喂料系統(tǒng)，也是由變頻器控制變頻調(diào)速擺線針輪減速器來實(shí)現(xiàn)，其比例根據(jù)主機(jī)螺桿的的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)，主機(jī)電流和轉(zhuǎn)矩直接受加料多少來影響，加料少，主機(jī)電流和轉(zhuǎn)矩降低。反之則升高。當(dāng)喂料過多，實(shí)際電流超過其額定電流或轉(zhuǎn)矩超過其設(shè)定值時(shí)主機(jī)會(huì)過載報(bào)警停機(jī)，一般控制在額定值的50%—80%。
5．真空排氣系統(tǒng)是直接用按鈕來控制真空泵完成的，真空開啟時(shí)電磁閥打開，關(guān)閉時(shí)則電磁閥隨之關(guān)閉。

主機(jī)常見的故障如下表：

序號(hào) 故障屏幕顯示 現(xiàn)象 原因分析 解決方法
1 主螺桿變頻器故障 報(bào)警、螺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng) 因塑化不良或加料過多造成的轉(zhuǎn)矩升高、過載停機(jī) 關(guān)閉總電源、將機(jī)筒中的余料用手動(dòng)盤出或拆卸螺桿清理后恢復(fù)并復(fù)位
2 喂料變頻器故障 報(bào)警、停止加料 喂料螺桿固卡滯或轉(zhuǎn)速過低電機(jī)發(fā)熱跳閘 1．清理喂料螺桿或提高喂料轉(zhuǎn)速。2.低速需選配減速比大的減速機(jī)
3 機(jī)筒區(qū)溫度過高 報(bào)警、實(shí)際溫度比設(shè)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(qū)域冷卻裝置故障. 4.大幅度改變(降低)設(shè)定溫度值. 1.檢查熱電偶接線和探頭虛實(shí)情況 2.更換熱電偶 3.大幅度降溫時(shí)應(yīng)關(guān)閉該區(qū)加熱電源，等溫度相近時(shí)開啟并復(fù)位.
過渡體溫度過高
機(jī)頭區(qū)溫度過高
4 機(jī)筒加熱裝置故障 1.持續(xù)加熱或停止加熱.
2.某一區(qū)一直在加熱而溫度遲遲達(dá)不到
3.某一區(qū)一直在加熱而溫度反而下降
4.某區(qū)溫度顯示與相鄰兩區(qū)懸殊太大,且用手輕微晃動(dòng)熱電偶，則溫度上下波動(dòng)較大 1.加熱片短路或接線柱接觸不良,冷卻系統(tǒng)損壞.
2.誤開啟手動(dòng)強(qiáng)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(tǒng)
2. 關(guān)閉強(qiáng)制冷卻功能
3.重新調(diào)整熱電偶或更換接線端“＋”“－”極
4.重新調(diào)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(jī)頭區(qū)加熱裝置故障
5 真空泵故障 真空泵跳閘 1. 缺水發(fā)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(dòng)真空泵風(fēng)葉看是否卡滯并修復(fù)
3.清理真空泵
6 機(jī)頭壓力故障 壓力報(bào)警 1.壓力超出設(shè)定范圍40Mpa
2.壓力傳感器插接部位進(jìn)水,或損壞 1.提高機(jī)體相應(yīng)區(qū)域溫度使物料流動(dòng)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(bào)警、起不到降溫作用 1. 缺油報(bào)警
2.冷卻水小、熱量不能及時(shí)帶走 檢查油路、油位或水路
8 主電機(jī)風(fēng)機(jī)故障 報(bào)警、長時(shí)間會(huì)造成主電機(jī)過熱跳闡 1. 線路短路
2. 風(fēng)機(jī)損壞 1. 檢查線路
2. 更換風(fēng)機(jī)

二、 定型臺(tái)
定型臺(tái)相對(duì)于主機(jī)或牽引機(jī)來說要簡單得多。定型臺(tái)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(fēng)等裝置且根據(jù)需要設(shè)有前后、左右、上下、自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)位裝置、這些都是靠直接控制來實(shí)現(xiàn)。

定型臺(tái)常出現(xiàn)故障：
序號(hào) 屏幕顯示故障 現(xiàn)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(shí)間不用結(jié)垢或生銹卡滯
4．電機(jī)軸與真空泵聯(lián)接處進(jìn)水，造成電機(jī)短路或缺相。 1．調(diào)節(jié)進(jìn)水量
2．檢查真空泵是否卡滯結(jié)垢或生銹并處理修復(fù)
3．檢查并維修
2 上水泵故障 跳閘 1．過載
2．卡滯
3．電機(jī)損壞 1．檢查水路、電路
2．清理泵腔
3．更換電機(jī)
排水泵故障
3
縱移電機(jī)故障 不動(dòng)作 1．行程開關(guān)位置不對(duì)
2．卡滯跳閘 1．調(diào)整行程開關(guān)位置
2．檢查絲桿螺母是否卡滯

三、 牽引切割機(jī)
1． 牽引切割機(jī)控制系統(tǒng)與翻料架組合完成，最終有電器和氣路來實(shí)現(xiàn)�？煞譃橐韵聨讉�(gè)部分：
1．1牽引傳動(dòng)。牽引傳動(dòng)部分也是靠變頻器來同時(shí)控制上下兩個(gè)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(jié)合氣路來完成，其原理：當(dāng)型材移動(dòng)觸碰翻料架上的切割行程開關(guān)（或手動(dòng)切割時(shí)）此時(shí)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(shí)推動(dòng)切割小車與型材同步移動(dòng)，切割電機(jī)旋轉(zhuǎn)且氣缸同時(shí)抬升鋸片切割完成后（由行程開關(guān)控制并延時(shí)）回鋸、壓緊氣缸放松，電磁離合器放松，當(dāng)小車滑動(dòng)碰到回程行程開關(guān)時(shí)，回程氣缸反動(dòng)作將小車?yán)�回位，其進(jìn)鋸放鋸的快慢，行程回程等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)以及協(xié)調(diào)性都是由調(diào)節(jié)控制各動(dòng)作的氣路節(jié)流閥或排氣閥以及延時(shí)來控制。當(dāng)型材碰到下一個(gè)行程開關(guān)時(shí)翻料架釋放，型材落架，延時(shí)3-5秒后回復(fù)原狀態(tài)，此時(shí)一上完整的動(dòng)作已經(jīng)完成。
1． 3牽引切割機(jī)在運(yùn)行中應(yīng)注意：
1．3．1履帶壓緊氣缸兩調(diào)壓閥的壓力差一般在2㎏/㎝2左右，而且正壓負(fù)壓的調(diào)壓閥不可以顛倒，負(fù)壓的讀數(shù)不能為零，如為零則無法測(cè)算其作用在型材的壓力大小，很容易使型材壓扁，且會(huì)增大機(jī)器磨損。
1．3．2手動(dòng)切割一次或數(shù)次一定要手動(dòng)翻架一次，以免造成程序混亂，且在第二次手動(dòng)切割時(shí)必須在第一次切割小車復(fù)位后進(jìn)行，以免造成切割超程，在動(dòng)作還未完成時(shí)頂壞鋸片或損傷其他部件。
1．3．3當(dāng)切割鋸片有尖銳噪聲時(shí)，查鋸片是否反轉(zhuǎn)，此時(shí)鋸屑多為黃色或褐色。
1．3．4當(dāng)個(gè)別程序或動(dòng)作自動(dòng)不動(dòng)作而手動(dòng)（氣路）能完成時(shí)，應(yīng)查其相應(yīng)控制電磁閥此時(shí)一般由信號(hào)輸入無輸出。如有輸入也有輸出但不動(dòng)作，應(yīng)查其對(duì)應(yīng)氣路的節(jié)流閥快排閥單向閥或梭閥是否損壞。
1．3．5牽引割機(jī)所有動(dòng)作的完成一般是靠可編程控制器即工業(yè)微機(jī)PLC編程后來控制的，任何誤動(dòng)作時(shí)都有可能造成程序混亂，先進(jìn)的控制方式是由CX408模塊通過微機(jī)來完成。

牽引常見故障
序號(hào) 屏幕故障顯示 現(xiàn)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(bào)警切割動(dòng)作紊亂 1．第二次切割在第一次切割未復(fù)位時(shí)操作
2．氣路、電磁離合器故障造成小車不復(fù)位 1．嚴(yán)格操作程序
2．查氣路和電磁離合器
3 牽引電機(jī)熱保護(hù)（上）
（下） 上牽引機(jī)停轉(zhuǎn)或下牽引機(jī)停轉(zhuǎn) 過熱保護(hù) 電機(jī)散熱風(fēng)機(jī)是否停轉(zhuǎn)或損壞

4 型材定長不準(zhǔn) 1．行程開關(guān)松動(dòng)
2．電磁離合器同步鏈條松動(dòng) 1．檢修行程開關(guān)
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(diào)整氣壓
2．打開定型臺(tái)吹風(fēng)裝置
6 型材壓扁 壓力過大 調(diào)整氣壓
7 切割電機(jī)、以及 吸屑電機(jī)故障 報(bào)警、跳閘 1．型材夾鋸、型材與小車不同步
2．多數(shù)因卡滯造成 1．調(diào)整同步動(dòng)作
2．檢查風(fēng)機(jī)葉片

四、在主機(jī)與輔機(jī)之間采用CAN總線方式通訊控制，下位機(jī)CPN2003與定型臺(tái)、牽引機(jī)通過CX408擴(kuò)展模塊，其相互間也采用CAN總線方式通訊，其作用是信號(hào)傳輸來完成整線操作和同步調(diào)速，同步調(diào)速時(shí)要將畫面狀態(tài)調(diào)到微調(diào)功能后先將擠出、喂料、牽引按一定的比例調(diào)其數(shù)據(jù)＞0后，換到同步功能后調(diào)速到工藝要求的數(shù)值，應(yīng)該注意的是在同步調(diào)速時(shí)任何一項(xiàng)不能為零。然后再調(diào)回微調(diào)來對(duì)個(gè)別數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整來滿足型材擠出的要求。
電腔控制的優(yōu)點(diǎn)是一般設(shè)備故障都會(huì)在屏幕上顯示，比較直觀，只要對(duì)其顯示的故障進(jìn)得排除使其復(fù)位，便能使設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)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(jīng)驗(yàn)來逐項(xiàng)排查，要費(fèi)時(shí)間。但電腔控制的設(shè)備缺點(diǎn)在于，一般的故障都有可能造成全線停機(jī)。
總之，隨著機(jī)械化、自動(dòng)化程序的提高，越來越先進(jìn)的技術(shù)在設(shè)備領(lǐng)域中得到推廣和應(yīng)用，從而大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率和型材制品的質(zhì)量。

發(fā)表時(shí)間：2007-11-16

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