Способ регулирования шнекового экструдера и устройство для его осуществления

(5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ОПИСА К ПАТЕНТУ ОБРЕТЕ1984 1. ШНЕКОВОГОДЛЯ ЕГО ОСУотносит к спосоя шнековьзовано гулированим.б, испо(72) Ласло Эрдеди Габор Серванск(57) Изобретениеи устройствам реэкструдера. Оно юл. Р 38никай Гепдьи, Ласло Ки (Нц)088. 8)У 4480981,опублик.4290986,ублик. 198ЛИРОВАНИЯРОЙСТВО химической промышленности. Цель изобретения - повышение точности и снжение инерционности регулирования. Для этого в шнековом экструдере, снабженном экструдерной головкой и нагреваемыми и охлаждаемыми секторами, измеряется температура. Измеренное значение сравнивается с заданным значением. В соответствии с их разностью вырабатывается регулирующий сигнал, Посредством генератора основных сигналов, генератора разностных сигналов, датчика сигналов и преобразователя сигналов вырабатываются; разностный сигнал, соответствующий разно" сти температур экструдерной головки Ь и материала, базовый сигнал, относящийся к первому сектору шнекового экструдера, и основной сигнал, соответствующий требуемой температурерасплава, затем измеряется температура расплава, На основе измеренной температуры вырабатывается измерительный сигнал. На основе аазностиизмерительного и основного сигналов и с учетом базового и разностногосигналов вырабатываются регулирующий сигнал и сигналы воздействия для установки в секторах экструдера уровня температур в соответствии с заданным режимом. В устройстве термометр расположен в экструдерной головке. Выход генератора основных сигналов подведен к входу соединенногос выходом генератора разностных сигналов первого дифференциального усилителя и к сумматору. Сумматор соединен с выходом преобразователя сигналов, а через операционный усилитель - с арифметическим блоком. Последний входами подключен к первомудифференциальному усилителю и к датчику сигналов, 2 с. и 2 з,п. Ф-лы,1 ил, Изобретение относится к регулированию шнекового экструдера для переработки пластмасс и может быть использовано в химической промышленности.Цель изобретения - повьшение точности и снижение инерционности регулирования.На чертеже показана блок-схема устройства цля осуществления предложенного способа, 1 ОСпособ закяочается в том, что из - меряется характеристическая для процесса обработки температура шнекового экструдера, оснащенного экструдер - ной головкой, имеющего подогреваемые 1 и охлаждаемые секторы, измеренное значение сравнивается с заданным значением и в соответствии с разницей между измеренным значением и заданным значением вырабатывается регугплрующий 2 Д сигнал для регулирования температуры, регулирующий сигнал подается на терморегулятор и таким образом устанавливается заданное значение темпера туры. При этом, во-первых, вырабаты вается разностный сигнал, соответствующий разности температур экструдерной головки и находящегося в последней расплавленного материала, во-вторых, вырабатывается базовый с;лгнал, 10 относящийся к первому сектору шнеко - вого экструдера при переработке материала и соответствующий согласно заранее изве"тному распределению температуры желательному заданному значению температуры данного сектора, и, в-третьих, вырабатывается основной 2сигнал, соответствующий требуемой температуре расплавленного материала, измеряется температура расплавленного материала или в заранее опре,целенной точке экструдерной головки определяется значение температуры, являюшееся характеристическим для расплавленного материала, а на основе измеренной температуры расплавленного материала или характеристического значения температуры расплавленного материала вырабатывается измерительный сигнал, исходя из разницы измерительного сигнала и основного сигнала и с учетом базового сигнала и разностного сигнала, затем на основе регулирующего сигнала вырабатываются сигналы воздействия, с помощью которых в секторах шнекового экструдера, от второго до экструдерной головки, устанавливается такой уровень значений температуры, который обеспечивает распределение температур в соответствии с заданным режимом.Предпочтительный вариант выполнения способа состоит в том, что в целях более точного регулирования условий переработки в продукте, выходящемиз шнекового зкструдера, может определяться заранее заданный признак и на его основе вырабатываться корректирующий сигнал для изменения основного сигнала.Таким образом, при осуществлении предложенного способа измеряется температура веществ расплавленного материала, которьп передается дальшеэкструдерной головки шнекового экструдера, разделенного на охлаждаемые и подогреваемые сектора. Кроме того, обеспечивается возможность измерения температуры в такой точке шнекового экструдера, где может быть получено значение, которое точно соответствует температуре расплавленного материала (зависит от нее точно определимым об 1 О разом) . На основе .измеренного значения вырабатывается измерительный сигнал. Перед началом переработки на основе характеристик поступающего вещества и конструкции применяемого шнекового экструдера определяется температура, которая должна быть преобладающей в первом секторе (начальный сектор) с тем, чтобы на выходе получить расплавленный материал требуемой температуры (и качества). Этой температуре соответствует базовый сигнал, а требуемой температуре расплавленного материала - основной сигнал, Одновременно необходимо уста новить, на сколько велика разница между температурой экструдерной головки данной конструкции и температурой расплавленного материала, и этой разности соответствует разностный сигнал, Основной, базовый и разностный сигналы применяются для выработки регулирующих сигналов, причем эти сигналы, применяемые во внимание при выработке регулирующего сигнала, во время переработки такого же синте- З 5 тического материала остаются неизменными.1 Во время переработки синтетическо го материала, как было упомянуто, измеряется температура экструдерной головки, т.е. температура полученного в результате переработки расплавленного материала, на основе чего вы рабатывается измерительный сигнал. Измерительный сигнал сравнивается с основным сигналом,. т.е. с сигналом, который представляет собой такую температуру расплавленного материала, которая является необходимой для достижения требуемого качества изготовляемого из расплавленного материала конечного продукта. Основной сигнал можно в случае необходимости заменить корректирующим сигналом еще до сравнения его с измерительным сигналом, если параметр конечного продукта требует подобной корректировки на основе неизмеряемой отметки в экструдерпойголовке,Функция шнекового экотрудера,определяющая распределение температур, может быть определена на основетеоретических рассуждений. Эта функция дает требуемую температуру какпервого сектора, разделенного на исекторов шнекового экструдера, тактемпературу (и+1)-го сектора, т.е.температуру экструдерной головки.Основой предложенного способа является отклонение от последней температуры, с регулированием первой теьпературы при учете прочих необходимыхфакторов изменения.Устройство для регулирования шнекового экструдера содержит термоь 1 етр1 для материала, установленный на шнековом эксгрудере, разделенном ип и секторов оснащенном экструдернайголовкой, которая является (и+1) -м сектором экструдера, и вырабатывающем расплавленный материал из подлежащего переработке материала, а также регулирующий блок, который на одном входе принимает выходной сигнал термометра 1 для материала и снабжен арифметическим блоком 2, который пг дусмотрен для выработки сигнплст действия для управления устапоь:., регулирующими температуру секторов", причем термометр 1 для материала расположен в экструдерной головке, регулирующий блок содержит датчик 3 сигналов для регулирования темиерату" ры первого сектора шнекового экструдера в соответствии с заданной, характеризующей переработку функцией распределения температур, преобразователь 4 сигналов для выработки сигнала, соответствующего измеренной термометром 1 для материала температуре в экструдерной головке, генератор 5 разностньтх сигналов для выработки разностного сигнала в соответствии с определенной опытным путем разностью между температурами экструдерной головки и содержащегося в ней расплавленного материала, а также генератор 6 основных сигналов для вы - работки сигналов в соответствии с требуемой температурой расплавленного материала, причем выход генератора 6 основных сигналов подведен к входу соединенного с входом генератора 5 разностных сигналов первого дифференциального усилителя 7, а14315также к сумматорс 8, причем сумматор8 соединен с выходом преобразователя4 сигналов,.а также операционным усилителем 9 с арифметическим блоком5которыи входами подключен к первомудифференциальному усилитела 7, а также к датчику 3 сигналов, Генератор6 основных сигналов подклачен к входу второго дифференциального усилитеОля 1 О, другой вход которого через накопитель 11 соединен с выходом генератора 1 2 корректирующих сигналов.Арифметический блок 2 оснащен программируемым центральным пропессором.Генератор 12 корректирующих сигналовсоединен с расположенным вне шнекового экструдера чувствительным элементом, вырабатывающим сигнал, являющийся характеристическим для гарамет- бра конечного продукта. Преобразователь 2 сигналов вырабатывает измерительный сигнал 1 3, соответствующий измеренной термометром 1 температуре, для сумматора 8. 5В ходе функционирования сумматор8 учитывает знак поступающего в него сигнала. Вход сумматора 8 соединен с генератором 6 основных сигналов, вследствие чего передается дальше основной сигнал 14, соответствуюший требуемой температуре расплавпенкого материала. Выход генератора 6 основных сигналов подведен к входу первсго дифферекциального усилителя 7. Другой вход последнего подключен к35 выходу генератора 5 разносткьгх сигналов, причем последний отражает разность температур расплавленного материала и экструдерной головки, кото 40 рая определяется на основании опыта. На выходе генератора 6 основных сигналов можно включить второй дифференциальный усилитель 10, один из входов которого соединен накопителем 11 с45 генератором 12 корректирующих сигналов. Выход второго дифференциального усилителя 1 О подключен к сумматору 8 и к первому дифференциальному усилитела 7. На выходе сумматора 8 имеет 50 ся операционный усилитель 9, который передает первый регулирующий сигнал 15 на вход арифметического блока 2, Последний блок предпочтительно является программируемым и его другой вход подведен к выходу первого диф 55 ференциального усилителя 7, причем второй регулирующий сигнал 16 передается дальше. Следующий яхо,п арифме 6656тического блока 2 соединен с датчиком 3 сигналов. который вырабатываетхарактеристический сигнал для требуе"мой температуры первого сектора шнекового экструдера, Арифметическийблок 2 вырабатывает сигналы 17 воз -действия, которые могут передаватьсячерез выходы последнего на такие блоки, которые могут устанавливать требуемую температуру секторов шнекового экструдера посредством блоков дляотдачи требуемой мощности. Таким путем может устанавливаться требуемоераспределение температур шнековогоэкструдера,Согласно изобретению преобразователь 4 сигналов вырабатывает основной сигнал 13 из сигнала термометрадля материала, генератор 12 корректирующих сигналовкоторый расположен,например, в регулирующем контуре)вырабатывает сигнал, соответствующийзаданному значению параметра, и этозначение автоматически удерживаетсяв накопителе 11 до тех пор, пока новое измерение параметра не дает новое значение. Генератор 5 разностныхсигналов вырабатывает сигнал, соответствующий разности температур между экструдерн й головкой и содержащимся в ней расплавленным материалом,а датчик 3 сигналов генерирует сигнал, обеспечивающий регулированиетемпературы первого сектора шнекового экструдера, затем выход генератора6 основных сигналов передает дальшесигнал, соответствующий требуемойтемпературе расплавленного материала.Устройство согласно изобретениюдействует следующим образом. Перед началом переработки устанавливают функцию, которая определяет в зависимости от конструкции шнекового экструдера и от подлежащего переработке вещества характеристическое распределение температур вдоль шнекового экструдера, которое необходимо при получении конечного продукта требуемого качества. Эта функция накапливается в арифметическом блоке 2, и последний лучше всего выполнять с программируемым блоком ввода данных, так как таким путем можно легко хранить и функцию, изменяюпгуюся в зависимости от вещества, На основе накопленной Функции определяют, какую температуру должек иметь первый сектор10 15 20 25 35 30 40 45 50 при требуемой температуре расплавленного материала. Регулирование этойтемпературы обеспечивается с помощью ф датчика 3 сигналов в первом сектореэкструдера. Арифметический блок 2 определяет на основе накопленной функции, какая температура должна бытьустановлена в отдельных секторах. Определенные значения устанавливаются при первой операции после включения устройства. Единственное измеренное значение при переработке - это температура расплавленного материала,которую измеряют на выходе из экструдерной головки. Эта температура всегда отличается на постоянную величинуот температуры экструдерной головкив цикле обработки, и генератор 5разностных сигналов вырабатывает соответствующий сигнал. Если необходимо, то на основе измеренного признака конечного продукта генератор 12корректирующих сигналов может всегдавыработать корректирующий сигнал. Таким образом процесс экструзии можетбыть улучшен. Генератор 6 основныхсигналов устанавливают на уровень,соответствующий требуемой температуре вещества (измеренной термометром1 для материала). На основе сигналатермометра 1 для материала первыйдифференциальный усилитель 7 и операционный усилитель 9 вырабатывают сигнал, соответствующий разности междуфактической и требуемой температурой,и на его основе арифметический блок2 может определить, в какой степенитребуется вмешательство в секторах. Из упомянутой функции устройство осуществляет ступенчатое шаговое приближение необходимого распределения температур, и в ходе этого процесса в .качестве основы всегда служит температура экструдерной головки, причемтемпература первого сектора экструдера всегда остается постоянной. Исходя из опыта, этот итерационный процесс может осуществляться быстро инадежно. Предложенный способ, а также устройство для его осуществления позволяют в ходе регулирования шнековых экструдеров снизить продолжительность регулирования, повысить его точность и, таким образом, позволяет легко обеспечить требуемое качество конеч" ного продукта. Формула изобретения 1. Способ регулирования шнекового экструдера, имеющего экструдерную головку и нагреваемые и охлаждаемые секторы, заключающийся в том, что измеряют температуру, определяющую пр. - цесс переработки, сравнивают измеренное значение с заданным и в соответствии с разностью с измеренным значением вырабатывают регулирующий сигнал для температуры, который подают на терморегулятор для установки заданного значения температуры, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и снижения инерционности регулирования, вырабатывакт разностный сигнал, соответствующий разности температур экструдерной головки и находящегося в ней расплавленного материала, вырабатывают базовый сигнал, относяпцйся к первому сектору экструдера и соответствующий согласно заранее известному распределению температур требуемому заданному значению температуры данного сектора, вырабатывают основной сигнал, соответствующий температуре расплавленного материала, измеряют температуру расплавленного материала или в заранее определенной точке экструдерной головки определяют значение температуры, характеристическое для расплавленного материала, и на основе измеренной температуры расплавленного материала или характеристического значения температуры расплавленного материала вырабатывают измерительный сигнал,. причем регулирующий сигнал вырабатывают исходя из разницы измерительного сигнала и основного сигнала с учетом базового и разностного сигналов, затем на основе регулирую" щего сигнала вырабатывают сигналы воздействия для установки в секторах шнекового экструдера от второго до экструдерной головки уровня значений температуры, обеспечивающего распределение температур в соответствии с заданным режимом.2. Устройство для регулирования шнекового экструдера, содержащее термометр, установленный на шнековом экструдере, разделенном на секторы и снабженном экструдерной головкой для получения расплавленного материа-. ла иэ подлежащего переработке матери" ала, регулирующий блок, один вход1431 бб 5 10 Составитель Л. КольцоваТехред Л,Олийнык Корректор 1 д, Васильева Редактор М, Келемеш Заказ 535658 Тираж 559 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, 11 осква, Ж, Раушская наб., д 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 которого связан с выходом термометра,причем регулирующий блок снабженарифметическим блоком для выработкисигналов воздействия для управленияустановками, регулирующими температуру секторов, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности и снлжения инерционности регулирования, термометр расположен вэкструдерной головке, регулирующийблок снабжен датчиком сигналов длярегулирования температуры первогосектора шнекового экструдера в соответствии с заданной, характеризующейпереработку функцией распределениятемператур, преобразователем сигналовдля выработки сигнала, соответствующего измеренной термометром температуре, генератором разностных сигналовдля выработки разностного сигнала всоответствии с определенной опытнымпутем разностью между температурамиэкструдерной головки и находящегосяв ней расплавленного материала, генератором основных сигналов для выработки сигналов в соответствии с требуемой температурой расплавленногоматериала первым дифференциальным усилителем, сумматором и операционным усилителем, причем выход генератора основных сигналов соединен с Бвходом первого дифференциального усилителя, который соединен входом с генератором разностных сигналов, и ссумматором, который соединен с выходом преобразователя сигналов, а. по О средством операционного усилителяс арифметическим блоком, который входами подключен к первому дифференциальному усилителю и к датчику сигналов.3. Устройство по и. 2, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что оно снабже"но вторым дифференциальным усилителем накопителем и генератором корректирующих сигналов, причем генератор основных сигналов подключен квходу второго дифференциального усилителя, другой вход которого черезнакопитель соединен с выходом генератора корректирующих сигналов25 Устройство по пп. 2 и 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что арифметический блок снабжен программируемым центральным процессором.