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吹塑机自动风环原理及应用
在吹塑薄膜生产过程中,薄膜厚薄均匀度是一个很关键的指标,其中纵向厚薄均匀度可以通过挤出和牵引速度稳定性加以控制,而薄膜横向厚薄均匀度一般依耐于模头精密制造,且随着生产工艺参数变化而变化,为了提高薄膜横向厚薄均匀度,须引进自动横向厚薄控制系统,常用控制方法有自动模头(热膨胀螺丝控制)和自动风环,这里主要介绍自动风环原理与应用。
1.基本原理:
自动风环结构上采用双风口方式,其中下风口风量保持恒定,上风口圆周上分为若干个风道,每个风道由风室、阀门、电机等组成,由电机驱动阀门调整风道开口度,控制每个风道风量大小。
控制过程中,由测厚探头检测到薄膜厚薄信号传送到计算机,计算机把厚薄信号与当前设定平均厚度进行对比,根据厚薄偏差量以及曲线变化趋势进行运算,控制电机驱动阀门移动,当薄膜偏厚时,电机正向移动,风口关小;相反,电机反向移动,风口增大,通过改变风环圆周上各点风量大小,调整各点冷却速度,使薄膜横向厚薄偏差控制在目标的范围。
2.控制方案设计
自动风环是一种在线实时控制系统,系统被控对象为分布在风环上的若干个电机。由风机送来的冷却气流经风环风室恒压后分配到每个风道上,由电机驱动阀门作开合运动以调整风口及风量的大小,改变模头出料处膜坯的冷却效果,从而控制薄膜厚度,从控制过程看,薄膜厚度变化与电机控制量之间找不到明确关系,不同厚度薄膜以及阀门不同位置厚薄变化与控制量之间程非线性无规律变化,每调整一个阀门时对相邻点影响都很大,且调整有滞后性,使不同时刻之间又互相关联,对于这种高度非线性、强耦合、时变性和控制不确定性系统,其精确数学模型几乎无法建立,即使能建立数学模型,也非常复杂,难以求解,以致没实用价值,而传统控制对较确定控制模型控制效果较好,而对于高度非线性,不确定性,复杂反馈信息控制效果很差甚至无能为力。鉴于此我们选择了模糊控制算法。同时采用改变模糊量化因子方式更好适应系统参数的改变。
3.模糊控制结构原理及实施
模糊控制工作原理:
模糊控制过程中,根据厚度设定值s与反馈值y的偏差量e以及偏差量的变化率e’,按模糊控制算法运算,得出输出控制量u,再转换为电机控制脉冲,驱动阀门开口量,调整风量,控制薄膜厚薄度。
实际控制过程中,偏差量e及偏差量的变化率e’分别乘以量化因子Ke,Ke’得出模糊量E,E’再调用查表程序,从控制表中查出对应模糊控制量的输出值u,再乘以量化因子Ku得出实际控制量。
模糊控制量表是根据现场调试经验总结出来的控制规律,利用输入输出各量的隶属函数表,计算出不同的E、E’和U对应的模糊关系,并将它们关系合并,再经过合并运算,求出各种输入状态所对应的控制决策的隶属函数向量,然后由隶属函数最大原则进行判断,得出相应控制量模糊值U,当求出各种输入状态所对应模糊控制量输出值时,就可以得出模糊控制量表。
为了使薄膜不同工艺参数下能得到较好控制效果,量化因子Ke、Ke′、Ku根据系统参数改变而自动调节,在调试过程中,量化因子Ke、Ke′、Ku对控制系统性能指标影响规律如下:
a)Ke越大,稳态情况下误差较小,系统响应越快,但超调量会增加,甚至产生厚薄振动现象,Ke越小则反之;
b)Ke’越大,系统快速性能减低,反映较慢,超调量会减小,对偏差量的变化率灵敏度增加,Ke`越小则反之;
c)Ku越大,系统响应越快,超调量会增加,对输出的反映最为明显。
根据以上规律,为了顾及系统快速动态性能和静态精度,运行过程中依据对被控制对象偏差值大小,对量化因子Ke、Ke’、Ku进行动态修改,修改方法是预先对于不同偏差值的各个量化因子Ke、Ke’、Ku设置相应分段曲线,控制过程中通过偏差值对应找出Ke、Ke’、Ku,各条曲线是在生产过程中根据经验调整后得出。
控制过程中另一个难点是自动找点,厚度检测反馈信号与风环上风道是否对应将影响整个控制,每一次投入自动前都必须做一次自动找点,控制上是选择检测到曲线中变化比较平缓,且较能反映控制效果的那一段区域做为检测对象,将相邻3个风道风量调小,其中中间风道为全关闭状态,左右开口度为50%,经过几周扫描测量稳定后,检测出区域内最薄点,该点就是对应全关闭状态的风道,控制软件再根据检测出来的偏移量进行补偿,另外,自动找点还与旋转牵引旋转速度,旋转方向,以及测厚传感器旋转速度,旋转方向有关,软件对这些都要进行补偿。
4.系统组成
电气控制系统由旋转扫描式测厚传感器、计算机、工业控制器(PCC)、显示器、驱动器、控制器及电机、风道风口位置检测传感器等组成。
5.硬件简介
旋转扫描式测厚传感器采用电容式测厚仪,根据不同厚度薄膜介电常数不同原理进行测量,测量范围为0~200um,本系统采用计算机、PCC控制器。其中cpu采用CP380,CP476,步进控制采用高速I/O模块DO135,开关输入输出采用DM465模块,系统采用多cpu CAN网络总线结构,计算机与PCC之间采用以太网连接,PCC与扫描式测厚传感器之间采用PCD-LINK通讯方式传输数据,CP380主要进行数据采集运算处理,CP476,DO135主要完成步进电机驱动控制,计算机主要完成测厚传感器数据采集、运算、统计、历史数据记录,运行状态监控等。
经过多次试验、调试,自动风环研发获得成功,从使用情况上,可以使吹塑薄膜厚薄均匀都提高3~5%,平均极限偏差达到4%,取得较好控制效果。

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