CN113119439A - 一种地膜膜径精准控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地膜膜径精准控制系统，包括：吹膜机；内鼓风机，所述内鼓风机与吹膜机通过内出气孔连通；外鼓风机，所述外鼓风机与吹膜机通过外出气口连通；还包括：控制器，所述控制器与内鼓风机电连接，控制器与外鼓风机电连接；测量光幕，所述测量光幕包括发光器和接收器，接收器与发光器在同一水平面并且相互平行，正常工作时吹膜机吹出的塑料薄膜位于接收器与发光器之间，接收器与发光器与吹膜机吹膜，接收器与控制器电连接。以解决现有技术当薄膜直径出现变化时，制膜机无法及时得到反馈，导致大量废膜产生的问题。

Description

一种地膜膜径精准控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及底面制膜技术领域，尤其涉及一种地膜膜径精准控制系统及控制方法。

背景技术

现有的地膜制膜机包括吹膜机、内鼓风机和外鼓风机，内鼓风机与吹膜机通过内出气孔连通，外鼓风机与吹膜机通过外出气口连通；使用时吹膜机吹膜，内外鼓风机开动使得内外鼓风机之间形成压力差，从而控制薄膜直径。但是现有地膜制膜机为开环控制，仅简单的使用内外鼓风机之间形成压力差控制薄膜直径，这导致当环境变化导致薄膜直径出现变化时，制膜机无法及时得到反馈，导致大量废膜产生。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的是提供一种地膜膜径精准控制系统及控制方法。

本发明的技术方案是：一种地膜膜径精准控制系统，包括：

吹膜机；

内鼓风机，所述内鼓风机与吹膜机通过内出气孔连通；

外鼓风机，所述外鼓风机与吹膜机通过外出气口连通；

还包括：

控制器，所述控制器与内鼓风机电连接，控制器与外鼓风机电连接；

测量光幕，所述测量光幕包括发光器和接收器，接收器与发光器在同一水平面并且相互平行，正常工作时吹膜机吹出的塑料薄膜位于接收器与发光器之间，接收器与发光器与吹膜机吹膜，接收器与控制器电连接；所述测量光幕包括3对，测量光幕沿吹膜机正常工作时吹出的塑料薄膜长度方向均匀分布。

进一步地，所述吹膜机包括：

本体，所述本体为圆盘状，本体上表面中间设有出料口，出料口为与本体同轴的圆盘状，出料口上表面设有吹膜缝，吹膜缝为与本体同轴的圆环；

外风腔，所述外风腔为与本体同轴的圆环，外风腔与出料口通过外出气口连通，靠近本体外侧的外风腔底面开有进风口，进风口与外鼓风机连通；

内风腔，所述内风腔设置在本体下表面，内风腔位于吹膜缝内，内风腔与内出气孔连通，内风腔与内鼓风机连通。

进一步地，所述进风口与出料口之间的外风腔内设有第一缓冲板，第一缓冲板为与外风腔同轴的环状，所述第一缓冲板固定连接在外风腔的上壁或下壁，第一缓冲板与外风腔之间留有空隙，第一缓冲板包括2个以上，第一缓冲板分别固定连接在外风腔上壁或下壁交错分布。

进一步地，还包括：

第一导流环，所述第一导流环与吹膜缝同轴，第一导流环下部固定连接在出料口上表面，第一导流环下部直径大于吹膜缝直径，第一导流环下部直径小于出料口直径，第一导流环从下至上直径逐渐增大。

进一步地，还包括：

第一出风环，所述第一出风环设置在第一导流环与吹膜缝之间的出料口上表面，第一出风环与外风腔连通。

进一步地，还包括：

第二缓冲板，所述第一出风环内设有第二缓冲板，第二缓冲板为环状，第二缓冲板固定连接在第一出风环相对的两侧壁，第二缓冲板与第一出风环之间留有空隙，第二缓冲板包括2个以上，第二缓冲板分别固定连接在外风腔相对的两侧壁交错分布。

进一步地，所述第一出风环两侧壁与第一导流环侧壁平行。

进一步地，还包括：

第二导流环，所述第二导流环下部与本体上表面固定连接，第二导流环下部直径与出料口直径相匹配，第二导流环下部内侧面与第一导流环外侧面平行，第二导流环下部高度大于第一导流环高度，第二导流环上部内侧面与本体中轴线平行。

一种地膜膜径精准控制系统的控制方法，所述方法包括以下步骤：

S01、3对测量光幕在t时刻测量的塑料薄膜直径为d1(t)、d2(t)和d3(t)；

S02、计算3对测量光幕在t时刻与设定值D的差值，Δd1(t)＝d1(t)-D，Δd2(t)＝d2(t)-D，Δd3(t)＝d3(t)-D；

S03、如果其中任意两对光幕测量结果同时超出设定值5％，则计算3对光幕在t时刻测量的塑料薄膜直径的平均值

S04、控制器控制外鼓风机在t时刻的功率P(t)通过如下公式计算：

P(t)＝K_pΔd_ave(t)+K_i∑^t _n＝0Δd_ave(n)+K_d[Δd_ave(t)-Δd_ave(t-1)]；

式中，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_p为微分系数；K_p、K_i和K_p通过衰减曲线法整定。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，

1)本发明通过测量光幕测量塑料薄膜实时直径，然后将测量结果反馈给控制器，控制器通过塑料薄膜实时直径控制外鼓风机出气量大小，使得塑料薄膜内外气压产生变化，从而通过气压精准控制塑料薄膜直径；

2)本发明通过3对以上测量光幕，对塑料薄膜长度方向两端和中部直径进行实时检测，从而避免单点测量导致的随机误差，使得塑料薄膜直径测量结果更加稳定和真实，大大消除了随机误差影响；

3)本发明通过外风腔向塑料薄膜外部吹气，通过内风腔向塑料薄膜内部吹气，一是起到冷却塑料薄膜的作用，二是起到在塑料薄膜内外部施加气压，需要改变塑料薄膜直径时只需调节塑料薄膜内外压差，即可实现塑料薄膜直径的精确控制；

4)本发明通过第一缓冲板，使得外风腔吹到出料口的风经过第一缓冲板后，外风腔向出料口的风沿出料口周向更加均匀，避免塑料薄膜各处由于气压不均匀导致形状变化；

5)本发明通过第一导流环，使得外风腔向出料口吹去的风不会直接吹到塑料薄膜上，使得塑料薄膜成型更加均匀；

6)本发明通过第一出风环，使得外风腔的气流能够通过第一出风环吹到第一导流环与塑料薄膜之间，在第一导流环与塑料薄膜之间形成气压，使得塑料薄膜不会贴在第一导流环上；

7)本发明通过第二缓冲板对第一出风环的出风沿出料口周向更加均匀，避免塑料薄膜各处由于气压不均匀导致形状变化；

8)本发明通过使第一出风环两侧壁与第一导流环侧壁平行，从而使得第一出风环的出风不直接吹到塑料薄膜上，而是顺着第一导流环表面运动，从而避免塑料薄膜各处由于气压不均匀导致形状变化；

9)本发明通过第二导流环使得外风腔出来的气流顺着第二导流环内表面运动，在第二导流环上部气流方向变为竖直向上，使得气流对塑料薄膜的作用长度更长，从而保证塑料薄膜在完全冷却以前，第二导流环附近塑料薄膜内外气压压差一定，使得塑料薄膜直径大小变化只在第二导流环处，从而通过控制塑料薄膜内外气压压差控制塑料薄膜直径更加精准；

10)本发明通过3对光幕测量塑料薄膜直径，然后通过其中任意两对光幕测量结果超出设定值作为调整动作的判断条件，然后通过PID算法控制外鼓风机功率，从而达到塑料薄膜直径的精准控制，这里通过其中任意两对光幕测量结果超出设定值作为调整动作的判断条件，相比通过单个光幕测量结果作为判断条件，避免单点测量导致的随机误差，使得塑料薄膜直径测量结果更加稳定和真实，大大消除了随机误差影响。

附图说明

图1为本发明的立体视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为图2中A-A剖面线处的剖视图；

图4为图3中B处的局部视图；

图5为图4中D处的局部视图；

图6为图4中C处的局部视图；

图7为本发明的电路连接框图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：

参考图1至图7，本发明的技术方案是：一种地膜膜径精准控制系统，包括：吹膜机1；内鼓风机3，所述内鼓风机3与吹膜机1通过内出气孔1-6连通；外鼓风机2，所述外鼓风机2与吹膜机1通过外出气口1-1-3连通；还包括：控制器6，所述控制器6与内鼓风机3导线连接，控制器6与外鼓风机2导线连接，这里的控制器6为PLC、Arduino或树莓派等带外围电路的控制组件；测量光幕4，所述测量光幕4包括发光器401和接收器402，接收器402与发光器401在同一水平面并且相互平行，正常工作时吹膜机1吹出的塑料薄膜5位于接收器402与发光器401之间，接收器402与发光器401与吹膜机1吹膜，接收器402与控制器6导线连接。所述测量光幕4包括3对，测量光幕4沿吹膜机1正常工作时吹出的塑料薄膜5长度方向均匀分布。

进一步地，所述吹膜机1包括：本体1，所述本体1为圆盘状，本体1上表面中间设有出料口1-2，出料口1-2为与本体1同轴的圆盘状，出料口1-2上表面设有吹膜缝1-4，吹膜缝1-4为与本体1同轴的圆环；外风腔1-1，所述外风腔1-1为与本体1同轴的圆环，外风腔1-1与出料口1-2通过外出气口1-1-3连通，靠近本体1外侧的外风腔1-1底面开有进风口1-1-2，进风口1-1-2与外鼓风机2连通；内风腔1-3，所述内风腔1-3设置在本体1下表面，内风腔1-3位于吹膜缝1-4内，内风腔1-3与内出气孔1-6连通，内风腔1-3与内鼓风机3连通。

进一步地，所述进风口1-1-2与出料口1-2之间的外风腔1-1内设有第一缓冲板1-1-1，第一缓冲板1-1-1为与外风腔1-1同轴的环状，所述第一缓冲板1-1-1固定连接在外风腔1-1的上壁或下壁，第一缓冲板1-1-1与外风腔1-1之间留有空隙，第一缓冲板1-1-1包括2个以上，第一缓冲板1-1-1分别固定连接在外风腔1-1上壁或下壁交错分布。

进一步地，还包括：第一导流环1-5，所述第一导流环1-5与吹膜缝1-4同轴，第一导流环1-5下部固定连接在出料口1-2上表面，第一导流环1-5下部直径大于吹膜缝1-4直径，第一导流环1-5下部直径小于出料口1-2直径，第一导流环1-5从下至上直径逐渐增大。

进一步地，还包括：第一出风环1-7，所述第一出风环1-7设置在第一导流环1-5与吹膜缝1-4之间的出料口1-2上表面，第一出风环1-7与外风腔1-1连通。

进一步地，还包括：第二缓冲板1-7-1，所述第一出风环1-7内设有第二缓冲板1-7-1，第二缓冲板1-7-1为环状，第二缓冲板1-7-1固定连接在第一出风环1-7相对的两侧壁，第二缓冲板1-7-1与第一出风环1-7之间留有空隙，第二缓冲板1-7-1包括2个以上，第二缓冲板1-7-1分别固定连接在外风腔1-1相对的两侧壁交错分布。

进一步地，所述第一出风环1-7两侧壁与第一导流环1-5侧壁平行。

进一步地，还包括：第二导流环1-8，所述第二导流环1-8下部与本体1上表面固定连接，第二导流环1-8下部直径与出料口1-2直径相匹配，第二导流环1-8下部内侧面与第一导流环1-5外侧面平行，第二导流环1-8下部高度大于第一导流环1-5高度，第二导流环1-8上部内侧面与本体1中轴线平行。

一种地膜膜径精准控制系统的控制方法，所述方法包括以下步骤：

S01、3对测量光幕4在t时刻测量的塑料薄膜5直径为d1(t)、d2(t)和d3(t)；

S02、计算3对测量光幕4在t时刻与设定值D的差值，Δd1(t)＝d1(t)-D，Δd2(t)＝d2(t)-D，Δd3(t)＝d3(t)-D；

S03、如果其中任意两对光幕测量结果同时超出设定值5％，则计算3对光幕在t时刻测量的塑料薄膜5直径的平均值

S04、控制器6控制外鼓风机2在t时刻的功率P(t)通过如下公式计算：

式中，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_p为微分系数；K_p、K_i和K_p通过衰减曲线法整定。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种地膜膜径精准控制系统，包括：

吹膜机(1)；

内鼓风机(3)，所述内鼓风机(3)与吹膜机(1)通过内出气孔(1-6)连通；

外鼓风机(2)，所述外鼓风机(2)与吹膜机(1)通过外出气口(1-1-3)连通；

其特征在于，还包括：

控制器(6)，所述控制器(6)与内鼓风机(3)电连接，控制器(6)与外鼓风机(2)电连接；

测量光幕(4)，所述测量光幕(4)包括发光器(401)和接收器(402)，接收器(402)与发光器(401)在同一水平面并且相互平行，正常工作时吹膜机(1)吹出的塑料薄膜(5)位于接收器(402)与发光器(401)之间，接收器(402)与发光器(401)与吹膜机(1)吹膜，接收器(402)与控制器(6)电连接；所述测量光幕(4)包括3对，测量光幕(4)沿吹膜机(1)正常工作时吹出的塑料薄膜(5)长度方向均匀分布。

2.根据权利要求1所述的地膜膜径精准控制系统，其特征在于，所述吹膜机(1)包括：

本体(1)，所述本体(1)为圆盘状，本体(1)上表面中间设有出料口(1-2)，出料口(1-2)为与本体(1)同轴的圆盘状，出料口(1-2)上表面设有吹膜缝(1-4)，吹膜缝(1-4)为与本体(1)同轴的圆环；

外风腔(1-1)，所述外风腔(1-1)为与本体(1)同轴的圆环，外风腔(1-1)与出料口(1-2)通过外出气口(1-1-3)连通，靠近本体(1)外侧的外风腔(1-1)底面开有进风口(1-1-2)，进风口(1-1-2)与外鼓风机(2)连通；内风腔(1-3)，所述内风腔(1-3)设置在本体(1)下表面，内风腔(1-3)位于吹膜缝(1-4)内，内风腔(1-3)与内出气孔(1-6)连通，内风腔(1-3)与内鼓风机(3)连通。

3.根据权利要求2所述的地膜膜径精准控制系统，其特征在于，所述进风口(1-1-2)与出料口(1-2)之间的外风腔(1-1)内设有第一缓冲板(1-1-1)，第一缓冲板(1-1-1)为与外风腔(1-1)同轴的环状，所述第一缓冲板(1-1-1)固定连接在外风腔(1-1)的上壁或下壁，第一缓冲板(1-1-1)与外风腔(1-1)之间留有空隙，第一缓冲板(1-1-1)包括2个以上，第一缓冲板(1-1-1)分别固定连接在外风腔(1-1)上壁或下壁交错分布。

4.根据权利要求2所述的地膜膜径精准控制系统，其特征在于，还包括：

第一导流环(1-5)，所述第一导流环(1-5)与吹膜缝(1-4)同轴，第一导流环(1-5)下部固定连接在出料口(1-2)上表面，第一导流环(1-5)下部直径大于吹膜缝(1-4)直径，第一导流环(1-5)下部直径小于出料口(1-2)直径，第一导流环(1-5)从下至上直径逐渐增大。

5.根据权利要求4所述的地膜膜径精准控制系统，其特征在于，还包括：

第一出风环(1-7)，所述第一出风环(1-7)设置在第一导流环(1-5)与吹膜缝(1-4)之间的出料口(1-2)上表面，第一出风环(1-7)与外风腔(1-1)连通。

6.根据权利要求5所述的地膜膜径精准控制系统，其特征在于，还包括：

第二缓冲板(1-7-1)，所述第一出风环(1-7)内设有第二缓冲板(1-7-1)，第二缓冲板(1-7-1)为环状，第二缓冲板(1-7-1)固定连接在第一出风环(1-7)相对的两侧壁，第二缓冲板(1-7-1)与第一出风环(1-7)之间留有空隙，第二缓冲板(1-7-1)包括2个以上，第二缓冲板(1-7-1)分别固定连接在外风腔(1-1)相对的两侧壁交错分布。

7.根据权利要求5所述的地膜膜径精准控制系统，其特征在于，所述第一出风环(1-7)两侧壁与第一导流环(1-5)侧壁平行。

8.根据权利要求5所述的地膜膜径精准控制系统，其特征在于，还包括：

第二导流环(1-8)，所述第二导流环(1-8)下部与本体(1)上表面固定连接，第二导流环(1-8)下部直径与出料口(1-2)直径相匹配，第二导流环(1-8)下部内侧面与第一导流环(1-5)外侧面平行，第二导流环(1-8)下部高度大于第一导流环(1-5)高度，第二导流环(1-8)上部内侧面与本体(1)中轴线平行。

9.一种根据权利要求1所述的地膜膜径精准控制系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S01、3对测量光幕(4)在t时刻测量的塑料薄膜(5)直径为d1(t)、d2(t)和d3(t)；

S02、计算3对测量光幕(4)在t时刻与设定值D的差值，Δd1(t)＝d1(t)-D，Δd2(t)＝d2(t)-D，Δd3(t)＝d3(t)-D；

S03、如果其中任意两对光幕测量结果同时超出设定值5％，则计算3对光幕在t时刻测量的塑料薄膜(5)直径的平均值

S04、控制器(6)控制外鼓风机(2)在t时刻的功率P(t)通过如下公式计算：

式中，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_p为微分系数；K_p、K_i和K_p通过衰减曲线法整定。

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