薄膜吹塑机自动称重系统应用
时间：2012-10-17 阅读：2406
摘要：本文主要介绍自动称重系统在多层共挤吹塑机组的应用及电气控制原理。
关键词：自动称重，米重控制, 挤出机，多层共挤吹塑薄膜。
关键词：自动称重，米重控制, 挤出机，多层共挤吹塑薄膜。
1、问题提出
在薄膜吹塑行业中，对保证产品质量标准需求不断地提高，特别在多层共挤产品中，各层厚度比例以及贵重添加剂含量控制更加重要，其稳定性将影响薄膜质量。传统生产过程中，每层厚度都须根据经验对挤出量进行调整，当原料转变成为产品后才能检测出来，很难保证产品质量的稳定性, 同时在多层共挤原料中不同成分比例经常需要按照产品配方改变，这就要求在多层共挤中提供自由灵活可变换的原料配置系统。从目前情况看，原有不稳定非自动的挤出控制工艺不仅影响薄膜整体的质量，而且影响产品配方的严格实施和灵活性，自动称重喂料系统提供较好解决方法。
2、基本原理
自动称重系统基本原理是通过实时监测原料的挤出量，控制挤出机螺杆转速，使挤出量保持恒定从而保证薄膜厚度（米重）严格控制在工艺要求内。原料挤出量检测采用连续失重式称重原理，根据单位测量周期原料重量变化情况、牵引速度计算薄膜厚度（米重）。
米重=厚度×宽度×密度＝挤出量/牵引速度
米重为单位长度薄膜重量，单位为g/m。在宽度和密度不变情况下，米重与厚度成正比，反映薄膜厚度。
厚度=（挤出量/牵引速度）/宽度
薄膜生产过程中厚度变化主要与挤出量、牵引速度、宽度等变化有关。一般情况下，薄膜宽度、牵引速度变化很小，对薄膜厚度影响可以忽略。而螺杆挤出量稳定直接影响到薄膜厚度，自动称重系统就是通过控制米重方式来控制各层薄膜平均厚度。挤出过程中重量变化曲线如下图：
在薄膜吹塑行业中，对保证产品质量标准需求不断地提高，特别在多层共挤产品中，各层厚度比例以及贵重添加剂含量控制更加重要，其稳定性将影响薄膜质量。传统生产过程中，每层厚度都须根据经验对挤出量进行调整，当原料转变成为产品后才能检测出来，很难保证产品质量的稳定性, 同时在多层共挤原料中不同成分比例经常需要按照产品配方改变，这就要求在多层共挤中提供自由灵活可变换的原料配置系统。从目前情况看，原有不稳定非自动的挤出控制工艺不仅影响薄膜整体的质量，而且影响产品配方的严格实施和灵活性，自动称重喂料系统提供较好解决方法。
2、基本原理
自动称重系统基本原理是通过实时监测原料的挤出量，控制挤出机螺杆转速，使挤出量保持恒定从而保证薄膜厚度（米重）严格控制在工艺要求内。原料挤出量检测采用连续失重式称重原理，根据单位测量周期原料重量变化情况、牵引速度计算薄膜厚度（米重）。
米重=厚度×宽度×密度＝挤出量/牵引速度
米重为单位长度薄膜重量，单位为g/m。在宽度和密度不变情况下，米重与厚度成正比，反映薄膜厚度。
厚度=（挤出量/牵引速度）/宽度
薄膜生产过程中厚度变化主要与挤出量、牵引速度、宽度等变化有关。一般情况下，薄膜宽度、牵引速度变化很小，对薄膜厚度影响可以忽略。而螺杆挤出量稳定直接影响到薄膜厚度，自动称重系统就是通过控制米重方式来控制各层薄膜平均厚度。挤出过程中重量变化曲线如下图：
3、系统组成
自动称重系统主要由主料斗、辅助料斗、称重传感器、放大器、挤出螺杆速度检测器、线速度检测器、运算单元、料斗阀门控制、螺杆速度控制等组成。
4、系统功能简介
系统分为主料斗和辅助料斗自动称重控制，主料斗用于控制主原料，辅助料斗用于控制添加剂等。对于多层共机，主要有挤出机流量控制、挤出机米重控制两种方式，这主要介绍米重控制。
挤出机米重控制。薄膜每层单位长度重量（g/m）预先设定，当制品单位长度重量发生变化时，通过调整螺杆转速予以消除，改变薄膜各层厚度时只需要改变相应挤出机米重（g/m）值。
a、主料斗自动称重控制
称重采样采用桥式压力传感器，输出信号为0～20mV，该信号经放大转换后传送给PLC。在工作过程中，PLC根据称重信号的变化情况测量出当前挤出速率（△m/△t），再由牵引速度计算出当前实际米重，实际米重与设定值进行比较，得出挤出量偏差值，经PID调节后控制螺杆挤出速度。
由于螺杆结构决定在旋转过程中每一周内不同时刻挤出量不同，为了提高称重采集精度，螺杆上安装有转速位置监测器，将螺杆每转一周分为5个位置。在测量过程中，每一周内不同时期物料变化将以位置作为同步信号加以记录，这样螺杆挤出量的微小变化都可以纪录下来，较大范围提高测量精度，解决了螺杆挤出瞬时变化检测的难题，同时监测器也作为螺杆速度反馈用。
b、辅助料斗自动称重控制
辅助料斗控制也就是对各组分自动称重控制。在多层共挤中，除了对主要原料进行控制外，对其他原料如添加剂等控制也很重要。辅助料斗组成与主料斗基本相同，不同之处在于料斗上自带小型挤出螺杆，用直流电动机驱动，采用直流调速。辅助料斗控制是控制小螺杆挤出速度，而不是控制挤出机螺杆。在工作过程中，按工艺配方要求将各组分比值、当前母料挤出速度、密度计算出各组分挤出速度、控制小螺杆挤出量、控制过程原理与主料斗量。
例如，某一配方有两种添加剂A、B，A占5%，B占10%，当前要求产量为50kg/h，则：
主原料挤出量=50×（1-5%-10%）=37.5kg/h
A组分挤出量=50×5%=2.5kg/h
B组分挤出量=50×10%=5kg/h
线速度按30m/min计数，
主原料米重=37.5/（30×60）=20.8g/m
A组分米重=2.5/（30×60）=1.4g/m
B组分米重=5/（30×60）=2.8g/m
由于各组分挤出要求差别较大，辅助料斗挤出量有不同规格供选择，应根据不同配方范围选择不同组分。一般一个主料斗zui多配6个组分，使用过程中各组分原料还均匀混合到主原料中，同时起到混料作用。
另外主辅料斗上均安装有控制阀门。一般情况下，当料斗内原料低于容体体积20%（Mmin）时，阀门打开；高于80%（Mmax）时，阀门关闭。 PLC根据料斗zui大容积，原料密度计算出阀门开关对应的重量，再进行控制，保持料斗内物料相对稳定。
5、电气控制系统
控制系统采用计算机控制，用于控制运行状态、工艺配方、输入参数。主要数据有米重设定和实际值、产量设定和实际值、原料密度、牵引速度、螺杆转速、计米长度等。系统控制框图如下：
自动称重系统主要由主料斗、辅助料斗、称重传感器、放大器、挤出螺杆速度检测器、线速度检测器、运算单元、料斗阀门控制、螺杆速度控制等组成。
4、系统功能简介
系统分为主料斗和辅助料斗自动称重控制，主料斗用于控制主原料，辅助料斗用于控制添加剂等。对于多层共机，主要有挤出机流量控制、挤出机米重控制两种方式，这主要介绍米重控制。
挤出机米重控制。薄膜每层单位长度重量（g/m）预先设定，当制品单位长度重量发生变化时，通过调整螺杆转速予以消除，改变薄膜各层厚度时只需要改变相应挤出机米重（g/m）值。
a、主料斗自动称重控制
称重采样采用桥式压力传感器，输出信号为0～20mV，该信号经放大转换后传送给PLC。在工作过程中，PLC根据称重信号的变化情况测量出当前挤出速率（△m/△t），再由牵引速度计算出当前实际米重，实际米重与设定值进行比较，得出挤出量偏差值，经PID调节后控制螺杆挤出速度。
由于螺杆结构决定在旋转过程中每一周内不同时刻挤出量不同，为了提高称重采集精度，螺杆上安装有转速位置监测器，将螺杆每转一周分为5个位置。在测量过程中，每一周内不同时期物料变化将以位置作为同步信号加以记录，这样螺杆挤出量的微小变化都可以纪录下来，较大范围提高测量精度，解决了螺杆挤出瞬时变化检测的难题，同时监测器也作为螺杆速度反馈用。
b、辅助料斗自动称重控制
辅助料斗控制也就是对各组分自动称重控制。在多层共挤中，除了对主要原料进行控制外，对其他原料如添加剂等控制也很重要。辅助料斗组成与主料斗基本相同，不同之处在于料斗上自带小型挤出螺杆，用直流电动机驱动，采用直流调速。辅助料斗控制是控制小螺杆挤出速度，而不是控制挤出机螺杆。在工作过程中，按工艺配方要求将各组分比值、当前母料挤出速度、密度计算出各组分挤出速度、控制小螺杆挤出量、控制过程原理与主料斗量。
例如，某一配方有两种添加剂A、B，A占5%，B占10%，当前要求产量为50kg/h，则：
主原料挤出量=50×（1-5%-10%）=37.5kg/h
A组分挤出量=50×5%=2.5kg/h
B组分挤出量=50×10%=5kg/h
线速度按30m/min计数，
主原料米重=37.5/（30×60）=20.8g/m
A组分米重=2.5/（30×60）=1.4g/m
B组分米重=5/（30×60）=2.8g/m
由于各组分挤出要求差别较大，辅助料斗挤出量有不同规格供选择，应根据不同配方范围选择不同组分。一般一个主料斗zui多配6个组分，使用过程中各组分原料还均匀混合到主原料中，同时起到混料作用。
另外主辅料斗上均安装有控制阀门。一般情况下，当料斗内原料低于容体体积20%（Mmin）时，阀门打开；高于80%（Mmax）时，阀门关闭。 PLC根据料斗zui大容积，原料密度计算出阀门开关对应的重量，再进行控制，保持料斗内物料相对稳定。
5、电气控制系统
控制系统采用计算机控制，用于控制运行状态、工艺配方、输入参数。主要数据有米重设定和实际值、产量设定和实际值、原料密度、牵引速度、螺杆转速、计米长度等。系统控制框图如下：
由于螺杆转速较低，螺杆检测采用编码器，同时对编码器输入信号进行等分，作为称重同步信号。牵引、挤出机采用变频调速, 均带速度反馈闭环控制，使牵引、挤出速度稳定,挤出电机调速控制采用电机电位器方式。
控制软件设计，主要是根据统计原理对传感器检测的挤出速度、挤出量、牵引速度等测量值进行处理。求出当前实际米重，再根据薄膜质量要求，计算出偏差值，经计算机内PID调整后控制挤出机螺杆速度和辅助料斗挤出速度。软件还设有自动调教功能，对每一个料斗自重进行清零、调校。
6、结束语
由原料密度的变化、松散度的变化、料粒形状大小的不同以及原料流动性的差异所引起物料挤出的变化，都可以通过自动称重系统给予控制。同时还能够按照产品配方的要求，在多层共挤原料中不同成分的定量应用中提供自由可变换的系统配置，另外对纵向厚薄变化也有改善作用。从现场使用效果看，薄膜纵向厚薄均匀度提高1.5～2个百分点。