基于PLC的单螺杆木塑挤出机控制系统的研究

摘要

近年来，全球的森林资源日趋枯竭、社会环保意识日见高涨，同时对木材的应用也提出了更高的要求。在这种背景下，一种将木材与塑料通过复合而制得的新型绿色环保型复合材料--木塑复合材料应运而生。随着木塑复合材料制造技术的逐步成熟，各类木塑复合材料制品已在国内外进入小到包装、景观，大到建筑、军事多个领域。单螺杆挤出机是木塑制品生产的主要成型设备，挤出温度控制精度和挤出电机速度的控制对挤出制品的性能和质量起着决定性的作用。本文针对广州某木塑企业设计一套木塑挤出专用控制系统，主要基于PLC技术的过程控制系统和可视化软件组成，实现了对现场设备运行状态的实时监控和重要参数的控制。
　　 首先通过分析木塑挤出成型设备和挤出原理，得出影响木塑成型工艺的关键因素，针对这些关键因素，分析工艺流程，提出了控制系统的总体方案和温度控制方案。螺杆运行速度的控制是通过调节变频器驱动频率从而控制主电机变速来实现的。温度控制是通过温度传感器来测量每个区的温度，通过PLC的输出控制固态继电器通断，从而驱动每个加热区的加热器或冷却风机来达到其设定温度。温度控制方案中分析了本系统温度控制原理及温度PID控制原理。
　　 然后对控制系统进行了硬件和软件的设计，硬件部分详细分析各个设备的选型和硬件的总体配置，软件部分介绍本控制系统程序结构，详细分析了控制系统的主程序及各个子程序的实现流程。
　　 本系统温度控制采用参数自整定的模糊PID控制，在简要介绍了PID控制理论之后，分析了PID算法在本程序中的实现，主要有PID控制器的组态和PID自整定，整定结果经实验满足控制要求，运用TIA Portal V11编程软件进行PLC梯形图程序编写，给出了部分实际整定曲线及算法程序。实验温控效果良好，升温时间短的同时，保证温度超调不超过1℃。
　　 最后根据设计原则及用户要求，设计挤出机控制系统的触摸屏界面，并与PLC通信实现。该界面实现了对各区设定温度和实际温度以及电机速度的实时监控和操作，并有报警信息显示和查询，可显示报警的具体内容，所发生的报警讯息可通过报警目录浏览。