全自动石蜡成型机电气控制系统的总体设计组成以及螺杆挤出机构设计

其一、石蜡成型机电气控制系统的总体设计组成
1配电系统
石蜡成型机电气控制系统在完成总体设计之后，先要确定生产中的配电设计，利用工业生产的电网来实现整个生产线中所需要的电源。配电系统在严格满足工艺要求及标准的前提下要贯彻控制，操作简单，检查维修方便的原则。电气控制柜安装在指定区(配电室)。PLC输入系统采用本质型技术，输出系统采用隔爆型技术。在严格满足工艺要求的前提下做到动作有检测，故障有保护。主要停止器设有动作开关，驱动、张紧设有故障检测保护开关及相应软件逻辑保护。
石蜡成型机电气控制系统的配电系统主要包括380V的工业三相交流电和经过变压器变成控制电压和直流电压。由电网提供的380V的工业三相交流电可以分为六条支路，一条支路实现给传送带的电机，喂料控制部分的变频器，石蜡成型机的冷却风机，控制系统的液压部分供电；另一部分经过变压器变成230V/115V的单向交流电控制电压和24V直流电控制电压；还有一部分是给成型系统的成型切割机、冷却水泵电机，颗粒下泄装置电机、干燥电机、颗粒运送风机等供电；二条支路主要是给石蜡成型机的两个加热区和膜头电机；第三条支路是给石蜡成型机的自动换网装置和石蜡成型机头区供电，第四条支路是给传送运料区的金属探测器供电；第五条支路是给物料压实电机供电；第六条给石蜡成型机电机和变频供电。
2速度控制
传动系统是成型生产线的主要组成部分之一。它的作用是驱动生产中的设备，并使它们能在设定的工艺条件下(如压力、温度、转速等)获得所转矩且能均匀地旋转。
石蜡成型机的传动系「统通常包括电动机、减速装置和调速装置三部分组成。成型过程的生产速度控制主要包括传动带电机的速度、喂料电机的喂料速度、成型切割电机的旋转速度和挤出电机的速度等。根据不同的生产情况，如产量变化、原料或品种改变等，要求整个生产线的转速可以随时改变。在生产过程中，也要根据工艺要求对速度进行小范围调节。在出现故障时，则要立即减速，以便排除故障，而又不致产生大量废品。故对电动机要求能调速的，即要求采用调速电动机或者变频器进行调速。在石蜡成型机生产线上石蜡成型机的产量与螺杆的转速基本呈线性关系，螺杆转速的波动将直接导致制品的尺寸波动，因此石蜡成型机的传动系统的挤出过程中非常重要。同时，喂料电机和旋转切刀电机也根据产量大小自动调整对整个生产过程起着非常大的作用。
在成型生产过程中，石蜡成型机电机的速度直接影响生产量，其确定后，整个生产速度也就跟着确定下来。物料压实机的速度根据生产速度的变化，及时准确地变化，与石蜡成型机速度达到同步。石蜡成型机电机、喂料电机和旋转切刀电机的速度采用变频调速方式，用PLC对变频器直接控制。这样，生产速度的信号通过触摸屏传给PLC，根据编制的控制算法的运行结果，经脉冲输出以控制各个生产过程的速度信号。
3温度控制
温度控制是整个生产线。在挤出塑化生产过程中，加热和冷却是挤出成型过程能够正常世行的条件。随着螺杆的转速、挤出压力、外加热功率、以及石蜡成型机周围介质的温度变化，料筒中熔体温度也会相应地变化，为使始终能在其工艺所要求的温度范围内挤出.一般是通过对加热和冷却元件的通断控制，不断地调节机筒内的温度。因此，在石蜡成型机一般都设有加热冷却装置以及温度测量、温度控制的仪器仪表等。
对于一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。我们采用多回路的温度控制系统实现整个生产线的温度调节。而石蜡成型机的温度控制部位一般是在挤出塑化部分的料筒熔体温度与模头温度。模头温度直接影响产品的表面光亮度，料筒熔体温度影响产品的内在塑化效果，两者原理一样，起主要作用的是料筒熔体温度控制。对于石蜡成型机温度控制系统一般采用“温控仪表+接触器+电加热器”的控制方式，该方案温控效果很不理想，超调量大，响应时间长，稳态误差大(达±10℃)。我们通过采用多回路温度控制器来实现料筒和模头的温度单个闭合回路温度控制，同时采用增量式PID控制算法提高温度控制，这样的稳态误差大约为±1℃。
其二、石蜡成型机螺杆挤出机构设计
挤出成型工艺具有应用广泛、产品花样多、连续喂料、操作简便以及成本低等优点。挤出成型主要设备是挤出机，挤出机主要有单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、往复式单螺杆挤出机和行星螺杆挤出机，而单螺杆挤出机是聚合物工业中重要的挤出机类型。单螺杆挤出机至关重要的优点是相对成本低、结构设计简单。单螺杆挤出机能加工几乎所有类型的聚合物，包括了很宽的设计要求，所以有着很受欢迎的性价比。
螺杆是挤出生产线的基础组成成分，也是重要的一个组成部分。
现在的螺杆几何学非常复杂，螺杆的设计对于非常有经验的工程师来说也面临很大的困难。螺杆挤出结构的设计不可能，需要进行多次试验之后并加以优化改进。
常规的工业生产用的单螺杆挤出机分喂料段、挤压段(熔融段)和计量段(均化段)三段，其结构原理。螺杆的三段区域螺槽以及功能各不相同，喂料段主要是进行固相聚合物的输送，所以螺槽要求较深；压缩段中固相聚合物逐渐受热转变为液相，完成聚合物的熔融过程，其螺槽逐渐变浅，并逐步积累挤压力；计量段中充满的是熔融状态的聚合物，该聚合物溶体在螺槽中进一步受到螺杆旋转时对其产生的剪切力和挤压力，在该J恒定的压力以及温度作用下，熔融体聚合物不断混合和塑化，并经滤网从模板挤出，后完成成型。
热风循环熔融石蜡成型机和传统的工业生产用的挤出成型机不同，在熔融箱体内受热熔融后才会流入螺杆机筒内，即螺杆机筒内的都是熔融，所以螺杆的设计不需要具备输送、压缩和塑化的功能，即只需要有后的计量段即可，螺杆的设计长度便可以缩短，在不影响其功能的情况下降低了成本。
常规的单螺杆挤出机只要不停地加入固体料，螺杆就能在机筒内不断积聚挤压力将熔融段的聚合物挤出。上文中所叙述的搅拌机构中的螺旋带设计就是出于对熔融顺利挤出的考虑，螺旋带能够向下给予熔融一个挤压力将熔融不停地挤压到螺杆机筒内，同时螺杆采用的是等距变深的结构设计方案，越到口模处落槽越浅，这样螺杆的旋转所产生的剪切力和挤压力也会沿着口模方向越来越大，如此将熔融顺利挤出。