片材生产线中的控制系统

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《塑料挤出制品生产工艺手册》第386页（2753字）

挤出系统的分析方法同样也可适用于其它加工系统。如上所述的片材、薄膜、异型材、挤出包覆及其它生产线亦采用配有必要辅助设备的挤出系统来加工产品。这些设备的规格及选择基于挤出机产量，以及为了满足制品尺寸及特性而采用的一些特殊功效的设备。其它类型的制品与管材一样也需对树脂进行选择。

例如生产线若实现自动控制，则需制定系统流程如图19－22所示的系统图解。另外，与表示挤出机产量(单位时间的质量)一致的生产线速度，也会为设备的选择提供依据。而这些设备应具备适合牵引、标志打印及其它操作的适当速度范围。它们的性能亦与生产线速度有关，附加的尺寸监测功能可对制品尺寸加以控制，并使其波动达到最小。依赖于控制要求是关键，开环式或闭环式控制装置均可采用，另外，在计算机控制下可对工艺条件是否合理进行测试。

从系统的角度来说，对片材生产线进行检测可为控制装置、挤出机部件的选择以及了解不同部件的相互作用提供依据。对于片材挤出工艺的在线控制，这一点显得尤为重要。图19－23为一片材生产线的系统图解。其口模的开启在挤出过程中不可调，在该图中也对片材共挤出给予了说明。

图19－23 塑料片材挤出流程图对于单层和共挤出片材显示了相互关系和相互作用

(1)共挤片材生产线该生产线包括：

①挤出系统；②Autoflex模唇控制片材机头；③三辊压光机；④可来回移动的厚度传感器；⑤用于片材厚度控制的自动反馈系统；⑥自动切片装置；⑦片材堆放。

挤出系统为片材生产线提供一定产量的物料，相应的设备为片材生产提供最大的挤出量。就许多加工片材的原料而言(如ABS、HIPS及丙烯酸类树脂等)，为获得最佳的产品质量通常采用排气式挤出机，这种特性在系统图解中有所反映。新型挤出系统还需附加的检测与控制装置来实现排气的正常进行，而排气是将熔体中的挥发物排出，并要做到不发生溢流及下游等料的现象。它通常采用手工操作——在螺杆的第一段设置背压，而完成对树脂的完全塑化，在一定生产量下做到这一点可为螺杆的第二段达到一定的输送能力作好准备。在某些情况下，它可通过闭环控制装置来加以调节。

挤出机的稳定输出非常必要。要做到这一点，可通过以下几个方面来实现：挤出机的精心安装、采用封闭式控制进料以及回流控制系统。

片材挤出机采用在线计算机循环控制系统，挤出机产量的波动可产生一控制载荷，从而可用于对物料的监测控制。

现在，在片材挤出生产线中，通常采用安装熔体泵(即齿轮泵)的方法来稳定产量，这一装置已在本书第二章详细介绍。不管挤出机头压力如何波动，齿轮泵均可为挤片机头提供稳定连续的熔体，特别是在最大产量下运行时，这一点尤为重要。在提高产量及制品质量时，齿轮泵也有一定的能量消耗。

可以发现，在系统图解中各种部件之间的相互关系非常复杂。单层片材的挤出控制系统可为机头输送恒定的料流。滤网自动更换装置会过滤出熔体中各种杂质，其操作时间取决于物料通过换网装置的压力降。这一点对防止背压降低很有必要。

Flex－lip(柔性模唇即自弯模唇)口模与辊筒间隙的复杂作用控制着片材的厚度，模唇及其开启度均设置在必要的范围内。螺杆的转速亦设定在一定的范围内，以与口模中挤片速度相适应。若通过厚度传感器监测到厚度发生变化，可从两方面加以控制：一是螺杆转速，二是模唇开启度。随着控制技术的逐步完善，可判定调节哪一方面及厚度的校正量。通常，调节螺杆转速和模唇开启度可分别解决长时间的厚度变化及短暂的厚度波动等问题。

切割装置常配备有电锯或剪刀，其操作方式与挤管类似，该项操作包括长度传感器、电锯及同步驱动装置，其它常用部件是相同的。通常，片材不能在线轧花，但是，对标志印刷的同步需求与挤管生产线一样。

(2)共挤片材生产线的工作特点 共挤片材生产线有以下特点：

两股料流增大了操作的复杂性，必须对复合挤出机的相对料流进行控制。在图19－23的共挤设置中，也对两股料流的控制方式作了说明，一种采用挤出速度控制，另一种为阀门控制，其信号来源于厚度传感器。这种装置现在较为复杂，因为它须对各层及整个片材的厚度进行测量。由于透视关系，上图中并未将所有内部相关的控制装置均表示出来。片材挤出生产线首先采用计算机控制，这对于带有单独进料装置的共挤出系统而言亦如此，因为可对数据进行完整分析，对运行有利。

生产线中各设备的选取需综合考虑。口模具有Autoflex特性，并能实现在线厚度控制。口模设置范围取决于制品要求，选择过滤网时应满足产量及计量的要求，所用的各种阀应与控制方法相适应，为达到所需的压力与流量，可采取自动调节或手工调节的方法。选择三辊机应考虑制品的宽度及厚度。由于辊筒冷却能力是制约整个生产线速度的关键因素，辊的规格(直径)要相应选择，而冷却系统也应按最大冷却能力来设计。辊速通常采用SCR控制或类似设备，其速度可通过适合于尺寸控制要求的相关信号来控制。Autoflex口模采用移动式原子标准传感器输入方式进行控制。其它传感器，如在共挤出工艺中，用于多层感应的超声波装置会使这种控制方式进一步增多。

从整个系统角度而对片材生产线进行的测试，清楚地反映出生产线中所需的各部件规格及控制，对各装置的尺寸，驱动速度，制品线速度及其它工艺参数的确定亦非常有效。同时也有利于寻求制品加工的控制要求。

挤出生产线控制系统设计也同样适用于电线包覆、发泡、异型材、涂层及其它挤出体系。其步骤为将原料加工成一定性能及质量的制品的各种情况下，挤出机可看作为塑料塑化装置，如提供一定质量的熔体、压力及温度从而在所需的速率下加工制品。生产线中的其它部件有挤出物成型、定型、形状及尺寸控制、制品堆放以及整个生产线及挤出物质量的控制装置。