薄膜吹塑機(jī)自動稱重系統(tǒng)應(yīng)用

來源：發(fā)布時(shí)間：2014-06-25 12:22:58點(diǎn)擊率：

摘要：本文主要介紹自動稱重系統(tǒng)在多層共擠吹塑機(jī)組的應(yīng)用及電氣控制原理。

關(guān)鍵詞：自動稱重，米重控制, 擠出機(jī)，多層共擠吹塑薄膜。

1、問題提出

　　在薄膜吹塑行業(yè)中，對保證產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)需求不斷地提高，特別在多層共擠產(chǎn)品中，各層厚度比例以及貴重添加劑含量控制更加重要，其穩(wěn)定性將影響薄膜質(zhì)量。傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中，每層厚度都須根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對擠出量進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)原料轉(zhuǎn)變成為產(chǎn)品后才能檢測出來，很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性, 同時(shí)在多層共擠原料中不同成分比例經(jīng)常需要按照產(chǎn)品配方改變，這就要求在多層共擠中提供自由靈活可變換的原料配置系統(tǒng)。從目前情況看，原有不穩(wěn)定非自動的擠出控制工藝不僅影響薄膜整體的質(zhì)量，而且影響產(chǎn)品配方的嚴(yán)格實(shí)施和靈活性，自動稱重喂料系統(tǒng)提供較好解決方法。

　　 2、基本原理

　　自動稱重系統(tǒng)基本原理是通過實(shí)時(shí)監(jiān)測原料的擠出量，控制擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速，使擠出量保持恒定從而保證薄膜厚度（米重）嚴(yán)格控制在工藝要求內(nèi)。原料擠出量檢測采用連續(xù)失重式稱重原理，根據(jù)單位測量周期原料重量變化情況、牽引速度計(jì)算薄膜厚度（米重）。

　　米重=厚度×寬度×密度＝擠出量/牽引速度

　　米重為單位長度薄膜重量，單位為g/m。在寬度和密度不變情況下，米重與厚度成正比，反映薄膜厚度。

　　厚度=（擠出量/牽引速度）/寬度

　　薄膜生產(chǎn)過程中厚度變化主要與擠出量、牽引速度、寬度等變化有關(guān)。一般情況下，薄膜寬度、牽引速度變化很小，對薄膜厚度影響可以忽略。而螺桿擠出量穩(wěn)定直接影響到薄膜厚度，自動稱重系統(tǒng)就是通過控制米重方式來控制各層薄膜平均厚度。擠出過程中重量變化曲線如下圖：

3、系統(tǒng)組成

　　自動稱重系統(tǒng)主要由主料斗、輔助料斗、稱重傳感器、放大器、擠出螺桿速度檢測器、線速度檢測器、運(yùn)算單元、料斗閥門控制、螺桿速度控制等組成。

　　4、系統(tǒng)功能簡介

　　系統(tǒng)分為主料斗和輔助料斗自動稱重控制，主料斗用于控制主原料，輔助料斗用于控制添加劑等。對于多層共機(jī)，主要有擠出機(jī)流量控制、擠出機(jī)米重控制兩種方式，這主要介紹米重控制。

　　擠出機(jī)米重控制。薄膜每層單位長度重量（g/m）預(yù)先設(shè)定，當(dāng)制品單位長度重量發(fā)生變化時(shí)，通過調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)速予以消除，改變薄膜各層厚度時(shí)只需要改變相應(yīng)擠出機(jī)米重（g/m）值。

　　a、主料斗自動稱重控制

　　稱重采樣采用橋式壓力傳感器，輸出信號為0～20mV，該信號經(jīng)放大轉(zhuǎn)換后傳送給PLC。在工作過程中，PLC根據(jù)稱重信號的變化情況測量出當(dāng)前擠出速率（△m/△t），再由牽引速度計(jì)算出當(dāng)前實(shí)際米重，實(shí)際米重與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出擠出量偏差值，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后控制螺桿擠出速度。

　　由于螺桿結(jié)構(gòu)決定在旋轉(zhuǎn)過程中每一周內(nèi)不同時(shí)刻擠出量不同，為了提高稱重采集精度，螺桿上安裝有轉(zhuǎn)速位置監(jiān)測器，將螺桿每轉(zhuǎn)一周分為5個(gè)位置。在測量過程中，每一周內(nèi)不同時(shí)期物料變化將以位置作為同步信號加以記錄，這樣螺桿擠出量的微小變化都可以紀(jì)錄下來，較大范圍提高測量精度，解決了螺桿擠出瞬時(shí)變化檢測的難題，同時(shí)監(jiān)測器也作為螺桿速度反饋用。

　　b、輔助料斗自動稱重控制

　　輔助料斗控制也就是對各組分自動稱重控制。在多層共擠中，除了對主要原料進(jìn)行控制外，對其他原料如添加劑等控制也很重要。輔助料斗組成與主料斗基本相同，不同之處在于料斗上自帶小型擠出螺桿，用直流電動機(jī)驅(qū)動，采用直流調(diào)速。輔助料斗控制是控制小螺桿擠出速度，而不是控制擠出機(jī)螺桿。在工作過程中，按工藝配方要求將各組分比值、當(dāng)前母料擠出速度、密度計(jì)算出各組分?jǐn)D出速度、控制小螺桿擠出量、控制過程原理與主料斗量。

　　例如，某一配方有兩種添加劑A、B，A占5%，B占10%，當(dāng)前要求產(chǎn)量為50kg/h，則：

　　主原料擠出量=50×（1-5%-10%）=37.5kg/h

　　A組分?jǐn)D出量=50×5%=2.5kg/h

　　B組分?jǐn)D出量=50×10%=5kg/h

　　線速度按30m/min計(jì)數(shù)，

　　主原料米重=37.5/（30×60）=20.8g/m

　　A組分米重=2.5/（30×60）=1.4g/m

　　B組分米重=5/（30×60）=2.8g/m

　　由于各組分?jǐn)D出要求差別較大，輔助料斗擠出量有不同規(guī)格供選擇，應(yīng)根據(jù)不同配方范圍選擇不同組分。一般一個(gè)主料斗多配6個(gè)組分，使用過程中各組分原料還均勻混合到主原料中，同時(shí)起到混料作用。

　　另外主輔料斗上均安裝有控制閥門。一般情況下，當(dāng)料斗內(nèi)原料低于容體體積20%（Mmin）時(shí)，閥門打開；高于80%（Mmax）時(shí)，閥門關(guān)閉。 PLC根據(jù)料斗大容積，原料密度計(jì)算出閥門開關(guān)對應(yīng)的重量，再進(jìn)行控制，保持料斗內(nèi)物料相對穩(wěn)定。

　　5、電氣控制系統(tǒng)

　　控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制，用于控制運(yùn)行狀態(tài)、工藝配方、輸入?yún)?shù)。主要數(shù)據(jù)有米重設(shè)定和實(shí)際值、產(chǎn)量設(shè)定和實(shí)際值、原料密度、牽引速度、螺桿轉(zhuǎn)速、計(jì)米長度等。系統(tǒng)控制框圖如下：

由于螺桿轉(zhuǎn)速較低，螺桿檢測采用編碼器，同時(shí)對編碼器輸入信號進(jìn)行等分，作為稱重同步信號。牽引、擠出機(jī)采用變頻調(diào)速, 均帶速度反饋閉環(huán)控制，使?fàn)恳D出速度穩(wěn)定,擠出電機(jī)調(diào)速控制采用電機(jī)電位器方式。

　　控制軟件設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)統(tǒng)計(jì)原理對傳感器檢測的擠出速度、擠出量、牽引速度等測量值進(jìn)行處理。求出當(dāng)前實(shí)際米重，再根據(jù)薄膜質(zhì)量要求，計(jì)算出偏差值，經(jīng)計(jì)算機(jī)內(nèi)PID調(diào)整后控制擠出機(jī)螺桿速度和輔助料斗擠出速度。軟件還設(shè)有自動調(diào)教功能，對每一個(gè)料斗自重進(jìn)行清零、調(diào)校。

　　6、結(jié)束語

　　由原料密度的變化、松散度的變化、料粒形狀大小的不同以及原料流動性的差異所引起物料擠出的變化，都可以通過自動稱重系統(tǒng)給予控制。同時(shí)還能夠按照產(chǎn)品配方的要求，在多層共擠原料中不同成分的定量應(yīng)用中提供自由可變換的系統(tǒng)配置，另外對縱向厚薄變化也有改善作用。從現(xiàn)場使用效果看，薄膜縱向厚薄均勻度提高1.5～

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