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薄膜吹塑機自動稱重系統(tǒng)應用
摘要：本文主要介紹自動稱重系統(tǒng)在多層共擠吹塑機組的應用及電氣控制原理。
關(guān)鍵詞：自動稱重，米重控制, 擠出機，多層共擠吹塑薄膜。
關(guān)鍵詞：自動稱重，米重控制, 擠出機，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)量標準需求不斷地提高，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)驗對擠出量進行調(diào)整，當原料轉(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)品配方的嚴格實施和靈活性，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)基本原理是通過實時監(jiān)測原料的擠出量，控制擠出機螺桿轉(zhuǎn)速，使擠出量保持恒定從而保證薄膜厚度（米重）嚴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：
在薄膜吹塑行業(yè)中，對保證產(chǎn)品質(zhì)量標準需求不斷地提高，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)驗對擠出量進行調(diào)整，當原料轉(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)品配方的嚴格實施和靈活性，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)基本原理是通過實時監(jiān)測原料的擠出量，控制擠出機螺桿轉(zhuǎn)速，使擠出量保持恒定從而保證薄膜厚度（米重）嚴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，主要有擠出機流量控制、擠出機米重控制兩種方式，這主要介紹米重控制。
擠出機米重控制。薄膜每層單位長度重量（g/m）預先設(shè)定，當制品單位長度重量發(fā)生變化時，通過調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)速予以消除，改變薄膜各層厚度時只需要改變相應擠出機米重（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前擠出速率（△m/△t），再由牽引速度計算出當前實際米重，實際米重與設(shè)定值進行比較，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個位置。在測量過程中，每一周內(nèi)不同時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錄下來，較大范圍提高測量精度，解決了螺桿擠出瞬時變化檢測的難題，同時監(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，而不是控制擠出機螺桿。在工作過程中，按工藝配方要求將各組分比值、當前母料擠出速度、密度計算出各組分擠出速度、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組分擠出量=50×5%=2.5kg/h
B組分擠出量=50×10%=5kg/h
線速度按30m/min計數(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
由于各組分擠出要求差別較大，輔助料斗擠出量有不同規(guī)格供選擇，應根據(jù)不同配方范圍選擇不同組分。一般一個主料斗zui多配6個組分，使用過程中各組分原料還均勻混合到主原料中，同時起到混料作用。
另外主輔料斗上均安裝有控制閥門。一般情況下，當料斗內(nèi)原料低于容體體積20%（Mmin）時，閥門打開；高于80%（Mmax）時，閥門關(guān)閉。 PLC根據(jù)料斗zui大容積，原料密度計算出閥門開關(guān)對應的重量，再進行控制，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)采用計算機控制，用于控制運行狀態(tài)、工藝配方、輸入?yún)?shù)。主要數(shù)據(jù)有米重設(shè)定和實際值、產(chǎn)量設(shè)定和實際值、原料密度、牽引速度、螺桿轉(zhuǎn)速、計米長度等。系統(tǒng)控制框圖如下：
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，主要有擠出機流量控制、擠出機米重控制兩種方式，這主要介紹米重控制。
擠出機米重控制。薄膜每層單位長度重量（g/m）預先設(shè)定，當制品單位長度重量發(fā)生變化時，通過調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)速予以消除，改變薄膜各層厚度時只需要改變相應擠出機米重（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前擠出速率（△m/△t），再由牽引速度計算出當前實際米重，實際米重與設(shè)定值進行比較，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個位置。在測量過程中，每一周內(nèi)不同時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錄下來，較大范圍提高測量精度，解決了螺桿擠出瞬時變化檢測的難題，同時監(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，而不是控制擠出機螺桿。在工作過程中，按工藝配方要求將各組分比值、當前母料擠出速度、密度計算出各組分擠出速度、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組分擠出量=50×5%=2.5kg/h
B組分擠出量=50×10%=5kg/h
線速度按30m/min計數(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
由于各組分擠出要求差別較大，輔助料斗擠出量有不同規(guī)格供選擇，應根據(jù)不同配方范圍選擇不同組分。一般一個主料斗zui多配6個組分，使用過程中各組分原料還均勻混合到主原料中，同時起到混料作用。
另外主輔料斗上均安裝有控制閥門。一般情況下，當料斗內(nèi)原料低于容體體積20%（Mmin）時，閥門打開；高于80%（Mmax）時，閥門關(guān)閉。 PLC根據(jù)料斗zui大容積，原料密度計算出閥門開關(guān)對應的重量，再進行控制，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)采用計算機控制，用于控制運行狀態(tài)、工藝配方、輸入?yún)?shù)。主要數(shù)據(jù)有米重設(shè)定和實際值、產(chǎn)量設(shè)定和實際值、原料密度、牽引速度、螺桿轉(zhuǎn)速、計米長度等。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，同時對編碼器輸入信號進行等分，作為稱重同步信號。牽引、擠出機采用變頻調(diào)速, 均帶速度反饋閉環(huán)控制，使牽引、擠出速度穩(wěn)定,擠出電機調(diào)速控制采用電機電位器方式。
控制軟件設(shè)計，主要是根據(jù)統(tǒng)計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行處理。求出當前實際米重，再根據(jù)薄膜質(zhì)量要求，計算出偏差值，經(jīng)計算機內(nèi)PID調(diào)整后控制擠出機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，對每一個料斗自重進行清零、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1.5～2個百分點。
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