CN113942210B - 一种多层共挤每层用料量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层共挤每层用料量控制方法，其特征在于包括如下步骤：（1）根据薄膜规格需要，输入薄膜规格，得出薄膜每层所需预计输出量；（2）得出薄膜预计总厚度，计算各层的厚度占比；（3）计算各个挤出机中螺杆的理论转速；（4）使各个螺杆按照理论转速运行，检测挤出后的薄膜实际总厚度；（5）根据厚度占比计算薄膜各层的实际厚度，并计算各层的实际输出量；（6）根据各层实际输出量与各层预计输出量比值，调整各个挤出机中螺杆实际转速。这种多层共挤每层用料量控制方法能够根据薄膜每层的厚度，自动调节对应挤出机螺杆的转速，使薄膜各层的厚度均能够达到预设厚度，保证薄膜的质量稳定，并能有效节省原材料，降低成本。

Description

一种多层共挤每层用料量控制方法

技术领域

本发明涉及薄膜生产设备控制方法，特别涉及一种多层共挤每层用料量控制方法。

背景技术

随着社会的发展与进步，人们生活质量得到不断改善，对各种塑料包装薄 膜性能的要求也越来越高，多层复合包装薄膜以其更高的稳定性和强度、更好的阻隔性更好和更低的成本，逐渐成为新的选择。目前通常使用共挤吹塑机组进行多层薄膜的制造，制造时，通过多台挤出机分别对各层的原料进行加工后，再进行薄膜挤出成型。然而，由于各台挤出机中存在螺杆与料筒之间具有间隙、原料回流或螺杆磨损等问题，在实际生产中，都会使挤出机的实际输出量小于预计输出量，从而导致生产出的薄膜各层的厚度达不到预期，导致薄膜质量下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多层共挤每层用料量控制方法，这种多层共挤每层用料量控制方法能够根据薄膜每层的厚度，自动调节对应挤出机螺杆的转速，使薄膜各层的厚度均能够达到预设厚度，保证薄膜的质量稳定，并能有效节省原材料，降低成本。

为了解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种多层共挤每层用料量控制方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）根据薄膜规格需要，输入薄膜的牵引线速度，并分别输入薄膜各层的预设宽度、预设厚度和预设密度，得出薄膜每层所需的预计输出量；

（2）将各层预计厚度相加得出薄膜的预计总厚度，并计算薄膜各层的预计厚度在薄膜的预计总厚度中的厚度占比；

（3）根据各层预计输出量算出对应挤出机中螺杆的理论转速；

（4）使各个螺杆按照理论转速运行，对挤出后的薄膜实际总厚度进行检测；

（5）根据薄膜的实际总厚度和薄膜各层的厚度占比计算薄膜各层的实际厚度，并根据实际厚度计算各层的实际输出量；

（6）根据各层实际输出量与各层预计输出量的比值，调整各个挤出机中螺杆的实际转速，使薄膜挤出后，每层的厚度均能够达到预计厚度。

上述多层共挤每层用料量控制方法中，在先输入薄膜的预设宽度、预设厚度、预设密度、牵引线速度和牵引时间后，机组能够自动计算出薄膜每层所需的预计输出量（即指挤出机产量）和对应挤出机中螺杆的理论转速，并控制各个挤出机按照理论转速运行；然而由于挤出机的损耗，因此螺杆在按照该理论转速进行挤出时，得到的实际输出量会小于预计输出量，从而导致薄膜的实际总厚度小于预设总厚度，实际输出量还需要预计输出量*实际输出量转化率得出；因此，可以从薄膜的实际总厚度和薄膜各层的厚度占比反推出薄膜每层的实际厚度，并根据实际厚度计算各层的实际输出量，通过实际输出量与预计输出量的比值得出挤出机的实际输出量转化率，再根据该实际输出量转化率重新计算各个螺杆的所需的实际转速，从而控制各个螺杆按照实际转速进行转动，使薄膜各层的厚度均能够达到预设厚度。

优选方案中，所述步骤（1）中计算薄膜每层所需的预计输出量的方式，是根据“输出量=宽度*厚度*密度*牵引线速度*牵引时间”得出。

优选方案中，所述步骤（3）中计算挤出机中螺杆的理论转速的方式，是根据“预计输出量=转速/[0.06*(螺距-螺棱宽度)*出料端螺槽深度*(螺杆直径-出料端螺槽深度)*圆周率*熔料密度]”得出。

优选方案中，所使用的共挤吹塑机组包括收卷装置、吹膜装置、控制装置、多个挤出机和多个流道，挤出机与流道数量相同并且一一对应，各个挤出机分别包括进料斗、料筒、螺杆、螺杆驱动电机，进料斗的出料口与料筒的入料口相连通，螺杆可转动设置在料筒内，并且螺杆与螺杆驱动电机的动力输出轴传动连接，各个料筒的出料口分别通过对应的流道与吹膜装置连通；收卷装置设置在吹膜装置的后端；控制装置包括操作显示屏、厚度检测仪、微电脑控制器、多个转速测量仪和多个挤出机变频器，厚度检测仪设置在收卷装置上；转速测量仪和挤出机变频器分别与螺杆驱动电机数量相同并且一一对应，转速测量仪用于测量对应螺杆驱动电机的转速；操作显示屏、厚度检测仪和转速测量仪的信号输出端分别与微电脑控制器对应的信号输入端电连接，操作显示屏和各个挤出机变频器的信号输入端分别与微电脑控制器对应的信号输出端电连接，各个挤出机变频器的信号输出端分别与对应螺杆驱动电机的信号输入端电连接；使用时，在操作显示屏上输入薄膜的牵引线速度、预设宽度、预设厚度和预设密度，微电脑控制器通过这些数据计算薄膜每层所需的预计输出量、薄膜的预计总输出量和螺杆的理论转速，并通过挤出机变频器控制对应的螺杆驱动电机按照理论转速进行运转；薄膜在挤出和收卷后，收卷装置上的厚度检测仪对薄膜每层的实际厚度进行检测，微电脑控制器通过实际厚度和实际输出量转化率计算各个螺杆的所需的实际转速，并通过挤出机变频器控制对应的螺杆驱动电机按照实际转速进行转动。上述各种数据均可以在操作显示屏上进行显示。上述操作显示屏可以采用步科MT4512TE显示屏；微电脑控制器可以采用西门子S7-1200可编程控制器；各个挤出机变频器均可以采用台达C2000变频器。

进一步的优选方案中，所述吹膜装置包括挤出模头、进气风机、冷却风环、热交换器、排气风机和膜泡直径检测装置，挤出模头中设有进气管和出气管，冷却风环安装在挤出模头上，并且冷却风环的进气口与挤出模头的进气管相连通，进气风机的出气口与进气管相连通；热交换器呈圆筒状，热交换器设置在所述冷却风环上，并且热交换器的中部空腔与所述挤出模头的出气管相连通，排气风机的抽气口与出气管相连通；膜泡直径检测装置设置在挤出模头吹出膜泡的外侧；膜泡直径检测装置的信号输出端与所述微电脑控制器的信号输入端电连接，进气分级和排气风机的信号输入端分别与微电脑控制器对应的信号输出端电连接。

上述吹膜装置中，微电脑控制器中设有膜泡直径的预设范围值。进气时，进气风机将压缩空气通过进气管向冷却风环的进气口进行输送，压缩空气由冷却风环四周的出气口，沿热交换器的外壁与膜泡之间的间隙向上吹入；同时，排气风机将膜泡内的空气抽出，空气在抽出时由圆筒状的热交换器的中部空腔自上向下收集，并通过出气管排出，但保持进气速度大于排气速度，使膜泡内的气压保持稳定增大，从而使膜泡的直径随之逐渐胀大；随后膜泡直径检测装置对膜泡直径进行检测，并将膜泡的直径数据发送给微电脑控制器，微电脑控制器将直径数据与预设范围值进行对比，并根据对比结果调整进气风机的吹气速度和排气风机的抽气速度；当膜泡的直径数据小于预设范围值的最小值时，微电脑控制器控制进气风机加快吹气速度，同时控制排气风机减缓抽气速度，使膜泡内的气压增大，从而使膜泡能被持续吹大，直至膜泡的直径数据与预设范围值相匹配；当膜泡的直径数据大于预设范围值的最大值时，微电脑控制器控制进气风机减缓吹气速度，同时控制排气风机加快抽气速度，使膜泡内的气压减小，从而使膜泡的直径逐渐减小，直至膜泡的直径数据与预设范围值相匹配。上述吹膜装置通过设置排气风机，能尽快地完成内部气压调整，使膜泡能及时完成直径的调整；同时，在需要增大膜泡内部气压，从而加快进气风机的吹气速度、减缓排气风机的抽气速度时，由于气体由冷却风环的四周边沿吹入，气体在进入时会直接与膜泡的边沿接触，为了避免膜泡内的气体温度由于大量气体吹入而出现骤冷现象，设置热交换器能够将被抽走的气体中的热量交换给吹入的气体中，从而使膜泡内的气体温度保持稳定，膜泡不会由于温度快速降低而导致膜泡上部膜壁受冷固化；由于排出的热气由圆筒状的热交换器的中部空腔排出，排出的热气与进入的冷气能由热交换器的侧壁隔开，不会直接接触，能有效避免冷风与热风直接接触造成膜内气压下降，从而避免整个膜泡出现上下直径不一致、壁厚不均匀的情况，提高薄膜的质量。

更进一步的优选方案中，所述控制处理装置还包括进风变频器和排风变频器，进风变频器和排风变频器的信号输入端分别与所述微电脑控制器对应的信号输出端电连接，进风变频器的信号输出端与所述进气风机的信号输入端电连接，排风变频器的信号输出端与所述排气风机的信号输入端电连接。微电脑控制器接收膜泡直径检测装置检测到的直径数据并与预设范围值进行对比，并且根据对比结果分别通过进风变频器和排风变频器控制进气风机和排气风机转速。进风变频器和排风变频器均可以采用台达C2000变频器。

更进一步的优选方案中，所述膜泡直径检测装置包括至少两个探头，探头沿所述挤出模头的周向设置在挤出模头吹出膜泡的外侧，各个探头的信号输出端分别与所述控制处理装置的信号输入端电连接。各个探头能沿挤出模头的周向共同对膜泡的直径进行探测，使得出的膜泡直径数据更加准确。探头可以采用德国SICK UM30-213113超声波传感器。

进一步的优选方案中，各个所述进料斗中分别设有称重装置，各个称重装置的信号输出端分别与微电脑控制器对应的信号输入端电连接；微电脑控制器通过牵引时间、预计输出量和实际输出量转化率，算出牵引时间内薄膜每层的所需原料用量，并通过操作显示屏进行显示；称重装置对对应进料斗中的实际原料量进行称重，并通过操作显示屏进行显示。通过这种设置，工作人员可以根据操作显示屏显示的所需原料用量和对应进料斗的实际原料量，对进料斗中的原料重量进行调整，避免原料浪费，有效节约成本。

本发明的有益效果在于：这种多层共挤每层用料量控制方法能够根据薄膜每层的厚度，自动调节对应挤出机螺杆的转速，使薄膜各层的厚度均能够达到预设厚度，保证薄膜的质量稳定，并能有效节省原材料，降低成本。

附图说明

图1为本发明实施例中所使用的共挤吹塑机组的结构示意图；

图2为本发明实施例中共挤吹塑机组中吹膜装置的结构示意图；

图3为图2中A位置的放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述：

一种多层共挤每层用料量控制方法，包括以下步骤：

（1）根据薄膜规格需要，输入薄膜的牵引线速度，并分别输入薄膜各层的预设宽度、预设厚度和预设密度，得出薄膜每层所需的预计输出量；

（2）将各层预计厚度相加得出薄膜的预计总厚度，并计算各层的预计厚度在薄膜的预计总厚度中的厚度占比；

（3）根据各层预计输出量算出对应挤出机4中螺杆的理论转速；

（4）使各个螺杆按照理论转速运行，对挤出后的薄膜实际总厚度进行检测；

（5）根据薄膜的实际总厚度和薄膜各层的厚度占比计算薄膜各层的实际厚度，并根据实际厚度计算各层的实际输出量；

（6）根据各层实际输出量与各层预计输出量的比值，调整各个挤出机4中螺杆的实际转速，使薄膜挤出后，每层的厚度均能够达到预计厚度。

上述多层共挤每层用料量控制方法中，在先输入薄膜的预设宽度、预设厚度、预设密度、牵引线速度和牵引时间后，机组能够自动计算出薄膜每层所需的预计输出量（即指挤出机4产量）和对应挤出机4中螺杆的理论转速，并控制各个挤出机4按照理论转速运行；然而由于挤出机4的损耗，因此螺杆在按照该理论转速进行挤出时，得到的实际输出量会小于预计输出量，从而导致薄膜的实际总厚度小于预设总厚度，实际输出量还需要预计输出量*实际输出量转化率得出；因此，可以从薄膜的实际总厚度和薄膜各层的厚度占比反推出薄膜每层的实际厚度，并根据实际厚度计算各层的实际输出量，通过实际输出量与预计输出量的比值得出挤出机4的实际输出量转化率，再根据该实际输出量转化率重新计算各个螺杆的所需的实际转速，从而控制各个螺杆按照实际转速进行转动，使薄膜各层的厚度均能够达到预设厚度。

步骤（1）中计算薄膜每层所需的预计输出量的方式，是根据“输出量=宽度*厚度*密度*牵引线速度*牵引时间”得出。

步骤（3）中计算挤出机4中螺杆的理论转速的方式，是根据“预计输出量=转速/[0.06*(螺距-螺棱宽度)*出料端螺槽深度*(螺杆直径-出料端螺槽深度)*圆周率*熔料密度]”得出。

如图1-3所示的，所使用的共挤吹塑机组包括收卷装置1、吹膜装置2、控制装置3、多个挤出机4和多个流道5，挤出机4与流道5数量相同并且一一对应，各个挤出机4分别包括进料斗401、料筒402、螺杆（图中看不见）、螺杆驱动电机403，进料斗401的出料口与料筒402的入料口相连通，螺杆可转动设置在料筒402内，并且螺杆与螺杆驱动电机403的动力输出轴传动连接，各个料筒402的出料口分别通过对应的流道5与吹膜装置2连通；各个进料斗401中分别设有称重装置（图中看不见）；收卷装置1设置在吹膜装置2的后端；控制装置3包括操作显示屏301、厚度检测仪（图中看不见）、微电脑控制器302、多个转速测量仪（图中看不见）和多个挤出机变频器303，厚度检测仪设置在收卷装置1上；转速测量仪和挤出机变频器303分别与螺杆驱动电机403数量相同并且一一对应，转速测量仪用于测量对应螺杆驱动电机403的转速；操作显示屏301、厚度检测仪、转速测量仪和各个称重装置的信号输出端分别与微电脑控制器302对应的信号输入端电连接，操作显示屏301和各个挤出机变频器303的信号输入端分别与微电脑控制器302对应的信号输出端电连接，各个挤出机变频器303的信号输出端分别与对应螺杆驱动电机403的信号输入端电连接；使用时，在操作显示屏301上输入薄膜的牵引线速度、预设宽度、预设厚度和预设密度，微电脑控制器302通过这些数据计算薄膜每层所需的预计输出量、薄膜的预计总输出量和螺杆的理论转速，并通过挤出机变频器303控制对应的螺杆驱动电机403按照理论转速进行运转；薄膜在挤出时，称重装置对对应进料斗401中的实际原料量进行称重，并通过操作显示屏301进行显示；薄膜在挤出和收卷后，收卷装置1上的厚度检测仪对薄膜每层的实际厚度进行检测，微电脑控制器302通过牵引时间、预计输出量和实际输出量转化率，算出牵引时间内薄膜每层的所需原料用量，并通过操作显示屏301进行显示；微电脑控制器302通过实际厚度和实际输出量转化率计算各个螺杆的所需的实际转速，并通过挤出机变频器303控制对应的螺杆驱动电机403按照实际转速进行转动。上述各种数据均可以在操作显示屏301上进行显示。

吹膜装置2包括挤出模头201、进气风机202、冷却风环203、热交换器204、排气风机205和膜泡直径检测装置206，挤出模头201中设有进气管2011和出气管2012，冷却风环203安装在挤出模头201上，并且冷却风环203的进气口与挤出模头201的进气管2011相连通，进气风机202的出气口与进气管2011相连通；热交换器204呈圆筒状，热交换器204设置在冷却风环203上，并且热交换器204的中部空腔与挤出模头201的出气管2012相连通，排气风机205的抽气口与出气管2012相连通；膜泡直径检测装置206包括多个探头2061，探头2061沿挤出模头201的周向设置在挤出模头201吹出膜泡的外侧；控制处理装置还包括进风变频器304和排风变频器305，各个探头2061的信号输出端分别与微电脑控制器302的信号输入端电连接，进风变频器304和排风变频器305的信号输入端分别与微电脑控制器302对应的信号输出端电连接，进风变频器304的信号输出端与进气风机202的信号输入端电连接，排风变频器305的信号输出端与排气风机205的信号输入端电连接。

上述吹膜装置2中，微电脑控制器302中设有膜泡直径的预设范围值。进气时，进气风机202将压缩空气通过进气管2011向冷却风环203的进气口进行输送，压缩空气由冷却风环203四周的出气口，沿热交换器204的外壁与膜泡之间的间隙向上吹入；同时，排气风机205将膜泡内的空气抽出，空气在抽出时由圆筒状的热交换器204的中部空腔自上向下收集，并通过出气管2012排出，但保持进气速度大于排气速度，使膜泡内的气压保持稳定增大，从而使膜泡的直径随之逐渐胀大；随后膜泡直径检测装置206对膜泡直径进行检测，并将膜泡的直径数据发送给微电脑控制器302，微电脑控制器302将直径数据与预设范围值进行对比，并根据对比结果通过进风变频器304和排风变频器305调整进气风机202的吹气速度和排气风机205的抽气速度；当膜泡的直径数据小于预设范围值的最小值时，微电脑控制器302控制进气风机202加快吹气速度，同时控制排气风机205减缓抽气速度，使膜泡内的气压增大，从而使膜泡能被持续吹大，直至膜泡的直径数据与预设范围值相匹配；当膜泡的直径数据大于预设范围值的最大值时，微电脑控制器302控制进气风机202减缓吹气速度，同时控制排气风机205加快抽气速度，使膜泡内的气压减小，从而使膜泡的直径逐渐减小，直至膜泡的直径数据与预设范围值相匹配。上述吹膜装置2通过设置排气风机205，能尽快地完成内部气压调整，使膜泡能及时完成直径的调整；同时，在需要增大膜泡内部气压，从而加快进气风机202的吹气速度、减缓排气风机205的抽气速度时，由于气体由冷却风环203的四周边沿吹入，气体在进入时会直接与膜泡的边沿接触，为了避免膜泡内的气体温度由于大量气体吹入而出现骤冷现象，设置热交换器204能够将被抽走的气体中的热量交换给吹入的气体中，从而使膜泡内的气体温度保持稳定，膜泡不会由于温度快速降低而导致膜泡上部膜壁受冷固化；由于排出的热气由圆筒状的热交换器204的中部空腔排出，排出的热气与进入的冷气能由热交换器204的侧壁隔开，不会直接接触，能有效避免冷风与热风直接接触造成膜内气压下降，从而避免整个膜泡出现上下直径不一致、壁厚不均匀的情况，提高薄膜的质量。

上述操作显示屏301可以采用步科MT4512TE显示屏；微电脑控制器302可以采用西门子S7-1200可编程控制器；进风变频器304、排风变频器305和各个挤出机变频器303均可以采用台达C2000变频器。探头2061可以采用德国SICK UM30-213113超声波传感器。

Claims (5)

1.一种多层共挤每层用料量控制方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）根据薄膜规格需要，输入薄膜的牵引线速度，并分别输入薄膜各层的预设宽度、预设厚度和预设密度，并根据“输出量=宽度*厚度*密度*牵引线速度*牵引时间”计算得出薄膜每层所需的预计输出量；

（2）将各层预计厚度相加得出薄膜的预计总厚度，并计算各层的预计厚度在薄膜的预计总厚度中的厚度占比；

（3）根据各层预计输出量算出对应挤出机中螺杆的理论转速，计算挤出机中螺杆的理论转速的方式，是根据“预计输出量=转速/[0.06*(螺距-螺棱宽度)*出料端螺槽深度*(螺杆直径-出料端螺槽深度)*圆周率*熔料密度]”得出；

（4）使各个螺杆按照理论转速运行，对挤出后的薄膜实际总厚度进行检测；

（5）根据薄膜的实际总厚度和薄膜各层的厚度占比计算薄膜各层的实际厚度，并根据实际厚度计算各层的实际输出量；

（6）根据各层实际输出量与各层预计输出量的比值，调整各个挤出机中螺杆的实际转速，使薄膜挤出后，每层的厚度均能够达到预计厚度；

所使用到的共挤吹塑机组包括收卷装置、吹膜装置、控制装置、多个挤出机和多个流道，挤出机与流道数量相同并且一一对应，各个挤出机分别包括进料斗、料筒、螺杆、螺杆驱动电机，进料斗的出料口与料筒的入料口相连通，螺杆可转动设置在料筒内，并且螺杆与螺杆驱动电机的动力输出轴传动连接，各个料筒的出料口分别通过对应的流道与吹膜装置连通；收卷装置设置在吹膜装置的后端；控制装置包括操作显示屏、厚度检测仪、微电脑控制器、多个转速测量仪和多个挤出机变频器，厚度检测仪设置在收卷装置上；转速测量仪和挤出机变频器分别与螺杆驱动电机数量相同并且一一对应，转速测量仪用于测量对应螺杆驱动电机的转速；操作显示屏、厚度检测仪和转速测量仪的信号输出端分别与微电脑控制器对应的信号输入端电连接，操作显示屏和各个挤出机变频器的信号输入端分别与微电脑控制器对应的信号输出端电连接，各个挤出机变频器的信号输出端分别与对应螺杆驱动电机的信号输入端电连接；使用时，在操作显示屏上输入薄膜的牵引线速度、预设宽度、预设厚度和预设密度，微电脑控制器通过这些数据计算薄膜每层所需的预计输出量、薄膜的预计总输出量和螺杆的理论转速，并通过挤出机变频器控制对应的螺杆驱动电机按照理论转速进行运转；薄膜在挤出和收卷后，收卷装置上的厚度检测仪对薄膜每层的实际厚度进行检测，微电脑控制器通过实际厚度和实际输出量转化率计算各个螺杆的所需的实际转速，并通过挤出机变频器控制对应的螺杆驱动电机按照实际转速进行转动。

2.如权利要求1所述的一种多层共挤每层用料量控制方法，其特征在于：所述吹膜装置包括挤出模头、进气风机、冷却风环、热交换器、排气风机和膜泡直径检测装置，挤出模头中设有进气管和出气管，冷却风环安装在挤出模头上，并且冷却风环的进气口与挤出模头的进气管相连通，进气风机的出气口与进气管相连通；热交换器呈圆筒状，热交换器设置在所述冷却风环上，并且热交换器的中部空腔与所述挤出模头的出气管相连通，排气风机的抽气口与出气管相连通；膜泡直径检测装置设置在挤出模头吹出膜泡的外侧；膜泡直径检测装置的信号输出端与所述微电脑控制器的信号输入端电连接，进气风机和排气风机的信号输入端分别与微电脑控制器对应的信号输出端电连接。

3.如权利要求2所述的一种多层共挤每层用料量控制方法，其特征在于：所述控制处理装置还包括进风变频器和排风变频器，进风变频器和排风变频器的信号输入端分别与所述微电脑控制器对应的信号输出端电连接，进风变频器的信号输出端与所述进气风机的信号输入端电连接，排风变频器的信号输出端与所述排气风机的信号输入端电连接。

4.如权利要求2所述的一种多层共挤每层用料量控制方法，其特征在于：所述膜泡直径检测装置包括至少两个探头，探头沿所述挤出模头的周向设置在挤出模头吹出膜泡的外侧，各个探头的信号输出端分别与所述控制处理装置的信号输入端电连接。

5.如权利要求1所述的一种多层共挤每层用料量控制方法，其特征在于：各个所述进料斗中分别设有称重装置，各个称重装置的信号输出端分别与微电脑控制器对应的信号输入端电连接；微电脑控制器通过牵引时间、预计输出量和实际输出量转化率，算出牵引时间内薄膜每层的所需原料用量，并通过操作显示屏进行显示；称重装置对对应进料斗中的实际原料量进行称重，并通过操作显示屏进行显示。