CN107678275B - 用于吹膜机的变频器及其米克重控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于吹膜机的变频器及其米克重控制方法。所述变频器用于采样物料重量和计算输出薄膜的重量，并实现薄膜厚度的精准稳定控制；所述变频器包括微控单元和采样电路，并设有称重差分信号输入端子、速度脉冲输入端子；所述差分采样电路采样物料重量信号；所述微控单元用于计算输出薄膜的重量，并控制保持吹膜机系统进料量与输出薄膜重量的平衡。上述用于吹膜机的变频器及其米克重控制方法，充分利用变频器本身具有的资源，发挥变频器的控制运算优势，改进模拟输入端子的采样电路，把变频器PID控制与吹膜机薄膜控制进行结合，依据吹膜机系统进料量与输出薄膜重量保持平衡，实现吹膜机米克重控制一体化变频器。

Description

用于吹膜机的变频器及其米克重控制方法

技术领域

本发明涉及变频器技术领域，特别是涉及一种用于吹膜机的变频器及其米克重控制方法。

背景技术

吹膜机是塑料制品行业一种常用设备，主要用于生产塑料膜、包装膜等，其组成结构包括挤出机、机头、模头、冷却装置、变频器、牵引、收卷等装置，其中变频器作为吹膜机动力部分驱动装置，控制主机螺杆旋转推料，带动风机在风盘子对加热后的塑料原料鼓风吹膜，调节牵引辊速度来控制薄膜厚度，驱动收卷电机对输出薄膜进行收卷。薄膜的厚度是否均匀直接影响着薄膜的质量，其关键是保证单位长度的薄膜米克重恒定，对生产厂家来说，保证薄膜质地均匀往往是不够的，还需要考虑成本的控制，不容许存在单位长度薄膜偏重或偏轻的情况出现，这就对薄膜的米克重精度提出了高要求，而吹膜机的牵引装置就是控制这一环节的关键，牵引电机的速度快慢直接影响着薄膜的厚薄，速度的稳定性影响着薄膜的质地均匀度。

目前变频器在吹膜机行业的应用仅作为执行机构，不涉及控制部分，并没有发挥出变频器的大部分功能，因此存在着以下一些问题：

1、变频器具有独立的控制单元和丰富的模拟端子和数字端子，若不加以利用，造成变频器资源的浪费。

2、变频器仅作为执行机构，吹膜机系统还需要额外增加控制单元，增加了设备成本。

发明内容

基于此，有必要提供一种集米克重控制功能为一体的变频器，充分利用变频器本身具有的资源，发挥变频器的控制运算优势。

一种用于吹膜机的变频器，用于采样物料重量和计算输出薄膜的重量，并实现薄膜厚度的精准稳定控制；其特征在于，包括微控单元和差分采样电路；所述变频器还设有称重差分信号输入端子和速度脉冲输入端子；所述差分采样电路连接所述称重差分信号输入端子以获取称重差分信号、并连接微控单元以将称重差分信号处理后的物料重量信号提供给微控单元；所述微控单元通过速度脉冲输入端子获取体现牵引电机转速的速度脉冲信号、并根据速度脉冲信号计算输出薄膜的重量；所述微控单元根据物料重量和输出薄膜的重量做PID控制，以通过控制牵引电机的频率来实现薄膜厚度的控制。

在其中一个实施例中，所述称重差分信号输入端子用于连接外部的称重传感器，所述称重传感器用于将物料重量信号转化为电信号输出，并通过称重差分信号输入端子输入至差分采样电路。

在其中一个实施例中，所述差分采样电路用于将称重差分信号进行差分比例放大，并转换为共模信号输出；所述共模信号输入至模数转换器进行精确采样。

在其中一个实施例中，所述差分采样电路包括4个运算放大器：第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器以及第四运算放大器；所述4个运算放大器中，第一运算放大器和第二运算放大器将差分信号第一级放大，所述差分信号经放大后进入下一级第三运算放大器；所述第三运算放大器将上一级差分信号进行差分比例放大，并转化为共模信号；所述共模信号进入最后一级第四运算放大器，并放大输出。

在其中一个实施例中，所述速度脉冲输入端子用于连接外部的速度传感器，所述速度传感器用于将牵引电机的速度信号转化为电信号输出，并通过速度脉冲输入端子输入至微控单元；所述微控单元对速度脉冲信号进行计数，并结合牵引轴每转脉冲和牵引轴的直径，计算出薄膜的输出长度，然后再结合设定袋长和设定袋重，计算出输出的薄膜重量。

在其中一个实施例中，所述变频器还设有用于与吹膜机的主机连接的主机频率输入端子、用于与进料阀门连接的进料阀门端子、用于与报警系统连接的报警系统端子；所述主机频率输入端子输入主机运行的频率至微控单元，所述微控单元实时检测主机运行的频率变化，进而判断进料料斗流量是否变化；所述进料阀门端子用于输出自动控制是否进料的信号；所述报警系统端子用于输出料斗缺料报警信号、进料超时报警信号、阀门故障报警信号和滤网堵塞报警信号中的一种以上。

一种吹膜机的米克重控制方法，包括：

检测料斗实时料重，将所检测的周期内进料重量作为PID给定；

根据牵引轴的转速和直径，计算出周期内输出薄膜长度，进而换算成周期内薄膜重量，将所述周期内薄膜重量作为PID反馈；

保持PID给定与PID反馈平衡；

进行PID运算，并输出电机频率。

在其中一个实施例中，保持PID给定与PID反馈平衡的步骤包括：

根据进料料斗重量做报警处理；

判断系统是否处在进料期间和是否到达控制周期，若系统处在进料期间，则PID给定与PID反馈保持不变；若系统不处在进料期间且没有到达控制周期，则PID给定与PID反馈保持不变；若系统不处在进料期间且到达了控制周期，则计算此周期内的进料重量，并进行低通滤波，将此周期内的进料重量作为PID给定；

判断系统进料流量速度的变化量是否大于预设值，若是，则PID给定在进料流量速度变化时间内的滤波次数少于滤波预设次数或不滤波；否则PID给定按照滤波预设次数进行低通滤波，滤除干扰信号，保持系统稳定运行。

输出周期内的薄膜重量作为PID反馈。

在其中一个实施例中，所述报警处理包括：

当实时料重低于料斗下限时，料斗缺料报警；当阀门开启时间超过所预设时间时，进料超时报警；当检测产量率低于换网报警值时，滤网堵塞报警。

在其中一个实施例中，判断系统进料流量速度的变化量是否大于预设值的的方法包括：

判断PID给定在连续五次或五次以上的递增量或递减量是否大于PID给定变化量预设值，若是，则判定系统进料流量速度的变化量大于预设值；或者通过手动按键来提示系统进料流量速度的变化量是否大于预设值；或者通过模拟量输入来获取主机的运行速度，进而判断进料流量速度的变化量是否大于预设值。

上述用于吹膜机的变频器充分利用变频器本身具有的资源，发挥变频器的控制运算优势，改进模拟输入端子的采样电路，把变频器PID控制与吹膜机薄膜控制进行结合，依据吹膜机系统进料量与输出薄膜重量保持平衡，实现吹膜机米克重控制一体化变频器。

附图说明

图1为一实施例的用于吹膜机的变频器模块图；

图2为一实施例的高精度差分采样电路图；

图3为一实施例的变频器米克重控制方法流程图；

图4为图3中步骤S300的一种实现方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的内容公开更加透彻全面。

图1为一实施例的用于吹膜机的变频器模块图。该变频器100用于采样物料重量和计算输出薄膜的重量，并实现薄膜厚度的精准稳定控制；其包括差分采样电路110和微控单元120；所述变频器还设有称重差分信号输入端子400和速度脉冲输入端子500；所述差分采样电路110连接所述称重差分信号输入端子400以获取称重差分信号、并连接微控单元120以将称重差分信号处理后的物料重量信号提供给微控单元120；所述微控单元120通过速度脉冲输入端子500获取体现牵引电机转速的速度脉冲信号、并根据速度脉冲信号计算输出薄膜的重量；所述微控单元120根据物料重量和输出薄膜的重量做PID控制，以通过控制牵引电机的频率来实现薄膜厚度的控制。

在一个实施例中，所述称重差分信号输入端子400用于连接外部的称重传感器200，所述称重传感器200用于将物料重量信号转化为电信号输出，并通过称重差分信号输入端子400输入至差分采样电路110。所述差分采样电路110用于将称重差分信号进行差分比例放大，并转换为共模信号输出；所述共模信号输入至模数转换器进行精确采样。

在一个实施例中，如图2所示，所述差分采样电路110包括4个运算放大器：第一运算放大器111、第二运算放大器112、第三运算放大器113以及第四运算放大器114；所述4个运算放大器中，第一运算放大器111和第二运算放大器112将差分信号第一级放大，所述差分信号经放大后进入下一级第三运算放大器113；所述第三运算放大器113将上一级差分信号进行差分比例放大，并转化为共模信号；所述共模信号进入最后一级第四运算放大器114，并放大输出。

在一个实施例中，所述速度脉冲输入端子500用于连接外部的速度传感器300，所述速度传感器300用于将牵引电机的速度信号转化为电信号输出，并通过速度脉冲输入端子500输入至微控单元120；所述微控单元120根据速度脉冲信号计算出薄膜重量。在本实施例中，微控单元对速度脉冲信号进行计数，并结合牵引轴每转脉冲和牵引轴的直径，计算出薄膜的输出长度，然后再结合设定袋长和设定袋重，计算出输出的薄膜重量。

在一个实施例中，所述变频器还设有用于与吹膜机的主机连接的主机频率输入端子600、用于与进料阀门连接的进料阀门端子700、用于与报警系统连接的报警系统端子800；所述主机频率输入端子600输入主机运行的频率至微控单元120，所述微控单元120实时检测主机运行的频率变化，进而判断进料料斗流量是否变化；所述进料阀门端子700用于输出自动控制是否进料的信号；所述报警系统端子800用于输出料斗缺料报警信号、进料超时报警信号、阀门故障报警信号和滤网堵塞报警信号中的一种以上。

在本实施例中，当物料低于料斗下线时开阀门；当物料高于料斗上限时关阀门。当实时料重低于下限时，料斗缺料报警；当阀门开启时间超过预设时间时，进料超时报警；当实时料重高于上限时，阀门故障报警；当检测产量率低于换网报警值时，滤网堵塞报警。

基于相同的发明构思，提供一种变频器米克重控制方法。

图3为一实施例的变频器米克重控制方法流程图。该方法包括以下步骤S100～S400。

步骤S100：料斗实时料重检测，将所检测的周期内进料重量作为PID给定。

步骤S200：薄膜重量计算，将所计算的周期内薄膜重量作为PID反馈。具体的，根据牵引轴的转速和直径，计算出周期内输出薄膜长度，进而换算成周期内薄膜重量。，

步骤S300：保持PID给定与PID反馈的平衡。

步骤S400：进行PID运算，并输出电机频率。

在本实施例中，步骤S100所述的检测料斗实时料重的过程包括：称重传感器200获取物料重量信号，并将其转化为电信号输出；称重差分电信号通过称重差分信号输入端子400输入至差分采样电路110；差分采样电路110将称重差分电信号进行差分比例放大，并转换为共模信号；将共模信号输入至模数转换器进行精确采样。步骤S200中，周期内薄膜重量的计算方法为：通过速度脉冲信号计算周期内薄膜长度(周期内脉冲数/每转脉冲数×牵引辊周长)；通过周期内薄膜长度推算出周期内薄膜重量(周期内薄膜长度/设定袋长×设定袋重)。

在其中一个实施例中，如图4所示，步骤S300包括：

步骤S310：根据进料重量做报警处理。当实时料重低于料斗下限时，料斗缺料报警；当阀门开启时间超过预设时间时，进料超时报警，当检测产量率低于换网报警值时，滤网堵塞报警。

步骤S320：判断是否在进料期间。当处于进料期间，PID给定与PID反馈保持不变；否则，则执行步骤S330。

步骤S330：判断是否到达控制周期。当系统的控制时间未达到预设的控制周期时，PID给定与PID反馈保持不变；否则，执行步骤S340。

步骤S340：设定周期内的进料重量为PID给定。当系统的控制时间达到预设的控制周期时，检测在一个周期内料斗称重的变化量，并将其作为PID给定。

步骤S350：判断系统进料流量速度的变化量是否大于预设值，若是，则PID给定在进料流量速度变化时间内的滤波次数少于滤波预设次数或不滤波；待进料流量速度的变化量小于预设值时，执行步骤S360。

步骤S360：PID给定按照滤波预设次数进行低通滤波。当吹膜机整个系统开启后，料斗会受机械影响存在一定程度的抖动，导致PID给定波动，因此需要对PID给定进行滤波处理，滤波时间不宜过长，会影响控制系统对流量变化的响应速度。对PID给定进行多次低通滤波，滤除干扰信号，保持系统稳定运行。

步骤S370：输出周期内的薄膜重量作为PID反馈。

步骤S380：进行PID运算，输出电机频率。

在本实施例中，步骤S320所述的进料期间指的是：当实时料重低于料斗下限时，料斗缺料报警，系统控制进料阀门打开，开始进料。所述的料斗分为大料斗和小料斗，大料斗位于小料斗上方。当检测到小料斗物料不足时，通过进料阀门控制大料斗输送物料到小料斗。在输送过程中，大料斗进料，小料斗出料，此时检测小料斗周期内的物料重量是不准确的，所以进料期间PID给定与PID反馈保持不变。步骤S330所述的PID给定与PID反馈保持不变指：进料期间，不再计算新的PID给定和PID反馈，而是保持进料期间之前的周期所计算的PID给定与PID反馈。步骤S350中，预设值指的是系统进料流量速度的变化量所允许的一个波动阈值，若变化量超过波动阈值，则系统进料流量速度突变或变化较大。此时，在系统进料流量速度突变的一段时间内减少滤波次数或者不滤波。具体的，减少滤波次数指滤波次数少于滤波预设次数，滤波预设次数指系统进料流量速度变化较小或不变时，对PID给定进行的滤波次数。

在其中一个实施例中，步骤S350所述的判断系统进料流量速度的变化量是否大于预设值的方法包括：

判断PID给定在连续五次或五次以上的递增量或递减量是否大于PID给定变化量预设值，若是，则判定系统进料流量速度的变化量大于预设值；或者通过手动按键来提示，根据提示可以判断系统进料流量速度的变化量是否大于预设值；或者通过模拟量输入来获取主机的运行速度，进而判断进料流量速度的变化量是否大于预设值。可以理解的，PID给定指的是系统周期内的进料重量，因此，PID给定变化越大，系统进料流量速度变化越大。当PID给定的变化量大于其预设值时，系统进料流量速度的变化量也大于其预设值。具体的，主机与螺杆相连，螺杆旋转推动物料进入挤出设备，因此判断主机运行速度变化就能判断进料流量速度变化。所述的模拟量输入指：主机运行的频率通过主机频率输入端子输入至变频器微控单元，并实时检测主机频率的变化，进而判断进料料斗流量的变化情况。

当进料流量速度发生突变或者变化较大时，PID给定由于滤波会造成牵引电机响应速度变慢，此时PID给定在此后一段时间内减少滤波次数或不滤波，待系统下料流量速度稳定下来后，再进行多次低通滤波，滤除干扰信号，保持系统稳定运行，加快牵引电机跟随流量变化速度。

上述用于吹膜机的变频器充分利用变频器本身具有的资源，发挥变频器的控制运算优势，改进模拟输入端子的采样电路，把变频器PID控制与吹膜机薄膜控制进行结合，依据吹膜机系统进料量与输出薄膜重量保持平衡，实现吹膜机米克重控制一体化变频器。该变频器可以接受各种称重传感器差分信号，并精确检测料斗进料流量的实时变化，以及输出薄膜卷长；该变频器采用高精度的PID控制，实现对薄膜厚度的精确稳定控制，确保薄膜单位长度重量波动范围保持在0.1g以内；该变频器在运行过程中，可以自动控制进料阀门，随时改变料斗进料流量大小，并且变频器控制系统能够快速的跟随变化量迅速达到下一个稳定状态。此外，该变频器具有完善的报警系统，能够减少生产人力的投入。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种用于吹膜机的变频器，用于采样物料重量和计算输出薄膜的重量，并实现薄膜厚度的精准稳定控制，其特征在于，包括微控单元和差分采样电路；所述变频器还设有称重差分信号输入端子和速度脉冲输入端子；所述差分采样电路连接所述称重差分信号输入端子以获取称重差分信号、并连接微控单元以将称重差分信号处理后的物料重量信号提供给微控单元；所述微控单元通过速度脉冲输入端子获取体现牵引电机转速的速度脉冲信号、并根据速度脉冲信号计算输出薄膜的重量；所述微控单元根据物料重量和输出薄膜的重量做PID控制，以通过控制牵引电机的频率来实现薄膜厚度的控制；

其中，根据物料重量和输出薄膜的重量做PID控制包括：检测料斗实时料重，将所检测的周期内进料重量作为PID给定；根据牵引轴的转速和直径，计算出周期内输出薄膜长度，进而换算成周期内薄膜重量，将所述周期内薄膜重量作为PID反馈；保持PID给定与PID反馈平衡；进行PID运算，并输出电机频率；

其中，保持PID给定与PID反馈平衡包括：根据进料重量做报警处理；判断系统是否处在进料期间和是否到达控制周期，若系统处在进料期间，则PID给定与PID反馈保持不变；若系统不处在进料期间且没有到达控制周期，则PID给定与PID反馈保持不变；若系统不处在进料期间且到达了控制周期，则计算此周期内的进料重量，并进行低通滤波，将此周期内的进料重量作为PID给定；判断系统进料流量速度的变化量是否大于预设值，若是，则PID给定在进料流量速度变化时间内的滤波次数少于滤波预设次数或不滤波；否则PID给定按照滤波预设次数进行低通滤波；输出周期内的薄膜重量作为PID反馈；

所述微控单元对速度脉冲信号进行计数，并结合牵引轴每转脉冲和牵引轴的直径，计算出薄膜的输出长度，再结合设定袋长和设定袋重，计算出输出的薄膜重量；

所述变频器还设有用于与吹膜机的主机连接的主机频率输入端子、用于与进料阀门连接的进料阀门端子、用于与报警系统连接的报警系统端子；所述主机频率输入端子输入主机运行的频率至微控单元，所述微控单元实时检测主机运行的频率变化，进而判断进料料斗流量是否变化；所述进料阀门端子用于输出自动控制是否进料的信号；所述报警系统端子用于输出料斗缺料报警信号、进料超时报警信号、阀门故障报警信号和滤网堵塞报警信号中的一种以上；其中，当物料低于料斗下线时输出自动控制进料的信号；当物料高于料斗上限时输出自动控制不进料的信号，当实时料重低于下限时，输出料斗缺料报警信号；当阀门开启时间超过预设时间时，输出进料超时报警信号；当实时料重高于上限时，输出阀门故障报警信号；当检测产量率低于换网报警值时，输出滤网堵塞报警信号。

2.根据权利要求1所述的用于吹膜机的变频器，其特征在于，所述称重差分信号输入端子用于连接外部的称重传感器，所述称重传感器用于将物料重量信号转化为电信号输出，并通过称重差分信号输入端子输入至差分采样电路。

3.根据权利要求2所述的用于吹膜机的变频器，其特征在于，所述差分采样电路用于将称重差分信号进行差分比例放大，并转换为共模信号输出；所述共模信号输入至模数转换器进行精确采样。

4.根据权利要求3所述的用于吹膜机的变频器，其特征在于，所述差分采样电路包括4个运算放大器：第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器以及第四运算放大器；所述4个运算放大器中，第一运算放大器和第二运算放大器将差分信号第一级放大，所述差分信号经放大后进入下一级第三运算放大器；所述第三运算放大器将上一级差分信号进行差分比例放大，并转化为共模信号；所述共模信号进入最后一级第四运算放大器，并放大输出。

5.根据权利要求1所述的用于吹膜机的变频器，其特征在于，所述速度脉冲输入端子用于连接外部的速度传感器，所述速度传感器用于将牵引电机的速度信号转化为电信号输出，并通过速度脉冲输入端子输入至微控单元；所述微控单元根据速度脉冲信号计算出薄膜重量。

6.一种吹膜机的米克重控制方法，基于权利要求1～5任一项所述的变频器，其特征在于，根据进料重量做报警处理的方法包括:

当实时料重低于料斗下限时，料斗缺料报警；

当阀门开启时间超过所预设时间时，进料超时报警；

当检测产量率低于换网报警值时，滤网堵塞报警。

7.根据权利要求6所述的吹膜机的米克重控制方法，其特征在于，判断系统进料流量速度的变化量是否大于预设值的方法包括：

判断PID给定在连续五次或五次以上的递增量或递减量是否大于PID给定变化量预设值，若是，则判定系统进料流量速度的变化量大于预设值；或者通过手动按键来提示系统进料流量速度的变化量是否大于预设值；或者通过模拟量输入来获取主机的运行速度，进而判断进料流量速度的变化量是否大于预设值。

Images