CN116834256A - 制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法、系统和控制台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法、系统和控制台，所述方法，包括：在预设时间间隔内，获取由设置在共挤膜称重系统上的重量传感器所采集的原材料的当前用量；将所述当前用量与预设的标准量进行作差，得到用量差值；将所述用量差值输入到对应的PID控制器中，以使所述PID控制器根据所述用量差值调整对应的螺杆的转速。本发明可以实现自动调整每层膜的厚度，而无需人工进行计算以及调整螺杆的转速，使得在多层共挤膜的制备过程中，提高了每层膜的厚度的调整效率。
Description
技术领域
本发明涉及多层共挤膜制备的技术领域，尤其涉及一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法、系统和控制台。
背景技术
在多层共挤膜的制备方法中，吹塑是一种利用两台及以上的挤出机，将同种或异种树脂在不同的挤出机内熔融混炼后，在同一个膜口内复合、挤出以及吹塑制造多层制品的技术。目前，多层吹塑技术在商业领域具有广阔的应用前景，包括但不限于包装食品、饮料、药品、化妆品和日用容器等。
由于受到螺杆腔内温度、压力、流变性以及熔融指数等多个因素影响，目前多层共挤膜，其每一层膜的厚度偏差都比较大，基本上厚度在±15％之间波动。而厚度是影响膜性能的关键因素，因此能够保障多层共挤膜中每一层膜的厚度偏差稳定就成为控制多层共挤膜性能的重中之重。而目前吹膜生产企业在保证每层膜的厚度相差不大的情况下，均采用吹出一卷多层共挤膜后(约3000米--5000米)，裁切一段留样膜并在电子显微镜下查看留样膜的横截面，并用电子显微镜测量出留样膜的每层厚度数据后，再将测量的厚度数据与标准厚度数据对比，如果发现实测厚度与标准厚度出现较大差异，则再让操作员再去手动调节设备即凭经验增减螺杆转速，以达到调整每层膜的厚度。因此现有技术在对每层膜的厚度进行调控时，仍需人工计算和操作螺杆的转速，而这种需要先取样以及测厚，再手动调整的操作方式十分繁琐，使得在多层共挤膜的制备过程中，每层膜的厚度的调整效率较低。
发明内容
本发明实施例提供一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法、系统和控制台，能有效解决现有技术中这种需要先取样以及测厚，再手动调整的操作方式十分繁琐，使得在多层共挤膜的制备过程中，每层膜的厚度的调整效率较低的问题。
本发明一实施例提供一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法，包括：
在预设时间间隔内，获取由设置在共挤膜称重系统上的重量传感器所采集的原材料的当前用量；
将所述当前用量与预设的标准量进行作差，得到用量差值；
将所述用量差值输入到对应的PID控制器中，以使所述PID控制器在判断所述用量差值大于0时，降低所述PID控制器对应的螺杆的转速，在判断所述用量差值小于0时，增加所述PID控制器对应的螺杆的转速。
优选地，所述PID控制器在判断所述用量差值大于0时，降低所述PID控制器对应的螺杆的转速，包括：
所述PID控制器在判断所述用量差值大于0时，根据所述用量差值计算对应的目标功率，根据目标功率降低所述PID控制器对应的螺杆的转速。
优选地，所述在判断所述用量差值小于0时，增加所述PID控制器对应的螺杆的转速，包括：
所述PID控制器在判断所述用量差值小于0时，根据所述用量差值计算对应的目标功率，根据目标功率增加所述PID控制器对应的螺杆的转速。
优选地，所述根据所述用量差值计算对应的目标功率，包括：
根据如下公式计算得到对应的目标功率：
u(t)＝Kp*e(t)+Ki*∫e(t)dt+Kd*de(t)/dt；
其中，u(t)为目标功率，e(t)为第t次的用量差值，Kp*e(t)表示对e(t)进行比例运算后的结果，Ki*∫e(t)dt表示对e(t)进行积分运算后的结果，Kd*de(t)/dt表示对e(t)进微分运算后的结果。
优选地，还包括：
所述PID控制器在判断所述用量差值等于0时，则不对对应的螺杆的转速进行调整。
在上述的方法实施例的基础上，本发明对应提供了控制台项实施例。
本发明一实施例提供了一种控制台，用于执行一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法。
在上述的方法实施例的基础上，本发明对应提供了系统项实施例。
本发明一实施例提供了一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整系统，包括：控制台、共挤膜称重系统以及PID控制器；所述称重系统包括：重量传感器以及螺杆；
所述PID控制器与所述螺杆连接；
所述控制台，用于在预设时间间隔内，获取由设置在共挤膜称重系统上的重量传感器所采集的原材料的当前用量；将所述当前用量与预设的标准量进行作差，得到用量差值；将所述用量差值输入到对应的PID控制器中；
所述PID控制器，用于在判断所述用量差值大于0时，降低所述PID控制器对应的螺杆的转速，在判断所述用量差值小于0时，增加所述PID控制器对应的螺杆的转速。
优选地，所述共挤膜称重系统自上而下设置有吸料装置、重量传感器、上料阀、容器称以及挤出机；
所述容器称的外壁设置有料位检测装置；
所述挤出机的腔体内设有塑料原材料以及螺杆。
通过实施本发明具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法、系统和控制台，所述方法，包括：在预设时间间隔内，获取由设置在共挤膜称重系统上的重量传感器所采集的原材料的当前用量；将所述当前用量与预设的标准量进行作差，得到用量差值；将所述用量差值输入到对应的PID控制器中，以使所述PID控制器在判断所述用量差值大于0时，降低所述PID控制器对应的螺杆的转速，在判断所述用量差值小于0时，增加所述PID控制器对应的螺杆的转速。与现有技术相比，本发明可以从多层共挤膜系统中的每一层的重量传感器，获得塑料原材料的当前用量，然后将当前用量与标准用量进行计算得到两者的用量差值后，将所述用量差值输入到当前层对应的PID控制器中，可以使PID控制器根据所述用量差值来自动调节螺杆的转速，而不同的转速可以使得螺杆在不同的牵引力下调整了原材料的进料量，同时也调整了螺杆另一端的出料量，从而可以实现自动调整每层膜的厚度，而无需人工进行计算以及调整螺杆的转速，使得在多层共挤膜的制备过程中，提高了每层膜的厚度的调整效率。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法的流程示意图。
图2是本发明一实施例提供的一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整系统的结构示意图。
图3是本发明一实施例提供的螺杆转速调整系统的另一结构示意图。
图4是本发明一实施例提供的共挤膜称重系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，是本发明一实施例提供的一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法的流程示意图，
本发明一实施例提供了一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法，包括：
步骤S1：在预设时间间隔内，获取由设置在共挤膜称重系统上的重量传感器所采集的原材料的当前用量；
步骤S2：将所述当前用量与预设的标准量进行作差，得到用量差值；
步骤S3：将所述用量差值输入到对应的PID控制器中，以使所述PID控制器在判断所述用量差值大于0时，降低所述PID控制器对应的螺杆的转速，在判断所述用量差值小于0时，增加所述PID控制器对应的螺杆的转速。
对于步骤S1，在一个优选的实施例中，本发明的制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法，可以对多层共挤膜制备系统中的每一层共挤膜称重系统进行控制，示意性的，如下是对于某一层中的共挤膜称重系统的采集数据进行处理以及控制的实施例，可以理解的是，对于每一层共挤膜称重系统的调整方法相同。
在预设时间间隔内，获取由设置在共挤膜称重系统上的重量传感器所采集的原材料的当前用量，具体包括：共挤膜称重系统上的重量传感器每5秒将原料容器称的此次重量数据发送给控制台，控制台将此次重量数据和上次重量数据进行比较后，得到原材料的当前用量。
对于步骤S2，在一个优选的实施例中，将所述当前用量与预设的标准量进行作差，得到用量差值，包括：
将5秒的实际的当前用量与设备控制台每5秒的标准使用量相减，得到用量差值▲E。
对于步骤S3，在一个优选的实施例中，将所述用量差值输入到对应的PID控制器中，以使所述PID控制器在判断所述用量差值大于0时，降低所述PID控制器对应的螺杆的转速，在判断所述用量差值小于0时，增加所述PID控制器对应的螺杆的转速，具体包括：
将所述用量差值▲E输入到当前层的PID控制器中，所述PID控制器在判断所述用量差值▲E大于0时，根据所述用量差值▲E计算对应的目标功率u(t)，根据目标功率u(t)降低所述PID控制器对应的螺杆的转速；
所述PID控制器在判断所述用量差值小于0时，根据所述用量差值▲E计算对应的目标功率u(t)，根据目标功率u(t)增加所述PID控制器对应的螺杆的转速。
所述PID控制器在判断所述用量差值▲E等于0时，则不对对应的螺杆的转速进行调整。
在得到所述用量差值▲E计算对应的目标功率u(t)后，根据如下公式计算得到对应的目标功率：
u(t)＝Kp*e(t)+Ki*∫e(t)dt+Kd*de(t)/dt；
其中，u(t)为目标功率，e(t)为第t次的用量差值，Kp*e(t)表示对e(t)进行比例运算后的结果，Ki*∫e(t)dt表示对e(t)进行积分运算后的结果，Kd*de(t)/dt表示对e(t)进微分运算后的结果。
具体的，经过PID的比例调节运算目标功率输出给对应的直流电机，直流电机对螺杆的变频电机进行功率补偿后改变螺杆的当前转速，进而可以改变进料量及输出量；示意性的，补偿功率(P)和第二差值(▲E)之间是线性关系。
而在通过PID的调节运算时，每层均有一个PID控制器，PID控制器由比例调节、积分调节、微分调节三部分组成。先是通过P算法，即对e(t)进行比例运算，用公式表示为：▲P＝KP*▲E；其中，Kp值越大控制系统的响应速度就越快，但是在接近标准用量时会因为惯性增减，使得调控的难度就越大(接近目标值时的震荡越严重)，即进料量和出料量补偿多了，另外，单位时间内惯性增减速度越大也越容易造成电机损坏和螺杆损坏。因此，本发明引入了微分算法；
根据如下公式对e(t)进行微分运算：Kd*d(▲E)/dt＝速度，即补偿量÷补偿时间＝补偿速度，当惯性增减速度过快时，该微分算法会抵消一部分惯性增减速度，即进料量和出料量补偿多了也不会太多，电机和螺杆也得到了保护。而由于现实生产中还有螺杆腔内压力变化，流变性、温度等其他因素抵消了部分补偿量，造成一直不能达到标准用量(稳态误差)，在出现这种离散情况时，仍需要累加误差进行修正，进而提供更大的功率打破稳态误差，向标准用量靠近，因此本发明还引入了积分运算；
根据如下公式对e(t)进行积分算法(I算法)：Ki*∫e(t)dt，即从第一次到第t次调整的累计误差量的加权平均值；因此通过上述的三个算法的叠加，使得所算出来每次功率调整量可以无限接近标准量，并通过直流电机P(功率)＝U(电压)I(电流)得到补偿功率，然后辅助螺杆变频电机对螺杆转速进行调整；根据功率和转矩(T)*转速之间的关系和9550系数的关系，可得到转速n＝9550*P/T(螺杆转矩))。因此本发明可以使得螺杆的转速发生调整，使得调整了进料量，也调整了螺杆另一端的出料量，因此从螺杆出来熔融状态的料用于吹膜时，保证了其厚度与标准差的误差不大。
即本发明通过“采集数据→对比标准使用量→PID运算→通过PLC输出调整的运算结果→螺杆变频→电机受控调整转速→继续采集数据“形成一个循环过程，持续自动循环调整，达到每层对应的螺杆都做到无限接近标准用量，也就满足每层膜厚度均匀稳定。
在一个优选的实施例中，在调整螺杆的转速时，尺寸环(底边＝2πr,r不变)和牵引力(长度L不变)固定不变的情况下唯一可变的是厚度(d)，根据质量体积公式(厚度＝质量÷密度÷表面积)即d＝▲E/(2πr*L*ρ)。
因此，本发明可以通过逻辑公式为：差值(▲E)＝实际用量(M)-标准用量(S)，来得到差值，如果差值为正，则降低螺杆转速；如果差值为负，则增加螺杆转速；据输入的偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用于控制输出的功率来调整螺杆的转速。每层均用这种自动化采集、实时对比反馈并自动调整系统辅助吹膜设备调整螺杆进料量稳定，进而达到调整膜厚度稳定的目的(由于是多层共挤，每层的性能相差较大，任何对膜泡的调整都是共同调整，造成各层之间离散性变大，因此吹膜牵引力和吹胀比固定不变)，均匀可实现高质量产品的生产。
在上述各种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法实施例的基础上，本发明对应提供了控制台项实施例。
本发明一实施例提供了一种控制台，用于执行一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法。
如图2所示，在上述各种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法的实施例的基础上，本发明对应提供了系统项实施例；
本发明一实施例提供了一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整系统，包括：控制台、共挤膜称重系统以及PID控制器；所述称重系统包括：重量传感器以及螺杆；
所述PID控制器与所述螺杆连接；
所述控制台，用于在预设时间间隔内，获取由设置在共挤膜称重系统上的重量传感器所采集的原材料的当前用量；将所述当前用量与预设的标准量进行作差，得到用量差值；将所述用量差值输入到对应的PID控制器中；
所述PID控制器，用于在判断所述用量差值大于0时，降低所述PID控制器对应的螺杆的转速，在判断所述用量差值小于0时，增加所述PID控制器对应的螺杆的转速。
在一个优选的实施例中，一个控制台可以对应多个PID控制器，每一PID控制器与一称重系统连接。
如图3所示，多层共挤膜系统中的其中的一层膜的制备，可以通过本发明的螺杆转速调整系统的控制台、共挤膜称重系统以及PID控制器进行实现，各层的调整原理相同，在每个称重系统可以通过膜口和其他成的原材料进行制备多层膜，由于各层的原料不一样，所对应的熔融温度、熔融指数、密度、流变性等均不相同，因此，每层都有自己的螺杆挤出机和自己的一个PID控制器，其对应的调节参数也不相同。即各层的PID控制器可以控制各自的螺杆运转变频电机，进行各自的熔融挤出，在膜口处各层一起熔融贴合成膜，形成所需要的多层共挤膜。
图4为多层共挤膜制备系统其中的一层膜制备对应的安装的称重系统的机构示意图，所述共挤膜称重系统包括吸料装置1、重量传感器2、上料阀3、容器称4、料位检测装置5、固定支架6、塑料原材料7、挤出机8以及挤出机的螺杆9；
所述共挤膜称重系统自上而下设置有吸料装置1、重量传感器2、上料阀3、容器称4以及挤出机8；
所述容器称4的外壁设置有料位检测装置5；用于固定支架6提供支撑力给重量传感器2、上料阀3以及容器称4形成的封闭体；
所述挤出机8的腔体内设有塑料原材料7以及螺杆9。
本发明可以通过使PID控制器根据所述用量差值来自动调节螺杆的转速，而不同的转速可以使得螺杆在不同的牵引力下调整了原材料的进料量，同时也调整了螺杆另一端的出料量，从而可以实现自动调整每层膜的厚度，而无需人工进行计算以及调整螺杆的转速，使得在多层共挤膜的制备过程中，提高了每层膜的厚度的调整效率。
本发明的调整方法以及对应系统，可以实现通过将每5秒内的用量差值与5秒内的标准用量进行对比，让得到的差值进行PID的比例、积分以及微分的运算，运算结果用于控制输出的功率来调整螺杆的转速后输出运算结果去控制调整螺杆的速度，在调整后继续获取下一个5秒实际用量差值，再与5秒的标准用量对比，形成了无限循环调整，使得用料量无限接近标准用量，进而在多层共挤膜的制备过程中，达到膜厚可以均匀稳定的结果，全过程不仅实现了自动化控制，而且也保证了膜厚调整的准确率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法，其特征在于，包括：
在预设时间间隔内，获取由设置在共挤膜称重系统上的重量传感器所采集的原材料的当前用量；
将所述当前用量与预设的标准量进行作差，得到用量差值；
将所述用量差值输入到对应的PID控制器中，以使所述PID控制器在判断所述用量差值大于0时，降低所述PID控制器对应的螺杆的转速，在判断所述用量差值小于0时，增加所述PID控制器对应的螺杆的转速。
2.如权利要求1所述的一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法，其特征在于，所述PID控制器在判断所述用量差值大于0时，降低所述PID控制器对应的螺杆的转速，包括：
所述PID控制器在判断所述用量差值大于0时，根据所述用量差值计算对应的目标功率，根据目标功率降低所述PID控制器对应的螺杆的转速。
3.如权利要求1所述的一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法，其特征在于，所述在判断所述用量差值小于0时，增加所述PID控制器对应的螺杆的转速，包括：
所述PID控制器在判断所述用量差值小于0时，根据所述用量差值计算对应的目标功率，根据目标功率增加所述PID控制器对应的螺杆的转速。
4.如权利要求2或3所述的一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法，其特征在于，所述根据所述用量差值计算对应的目标功率，包括：
根据如下公式计算得到对应的目标功率：
u(t)＝Kp*e(t)+Ki*∫e(t)dt+Kd*de(t)/dt；
其中，u(t)为目标功率，e(t)为第t次的用量差值，Kp*e(t)表示对e(t)进行比例运算后的结果，Ki*∫e(t)dt表示对e(t)进行积分运算后的结果，Kd*de(t)/dt表示对e(t)进微分运算后的结果。
5.如权利要求1所述的一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法，其特征在于，还包括：
所述PID控制器在判断所述用量差值等于0时，则不对对应的螺杆的转速进行调整。
6.一种控制台，其特征在于，用于执行如权利要求1至5中任意一项所述的一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整方法。
7.一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整系统，其特征在于，包括：控制台、共挤膜称重系统以及PID控制器；所述称重系统包括：重量传感器以及螺杆；
所述PID控制器与所述螺杆连接；
所述控制台，用于在预设时间间隔内，获取由设置在共挤膜称重系统上的重量传感器所采集的原材料的当前用量；将所述当前用量与预设的标准量进行作差，得到用量差值；将所述用量差值输入到对应的PID控制器中；
所述PID控制器，用于在判断所述用量差值大于0时，降低所述PID控制器对应的螺杆的转速，在判断所述用量差值小于0时，增加所述PID控制器对应的螺杆的转速。
8.如权利要求7所述的一种制备多层共挤膜的螺杆转速调整系统，其特征在于，所述共挤膜称重系统自上而下设置有吸料装置、重量传感器、上料阀、容器称以及挤出机；
所述容器称的外壁设置有料位检测装置；
所述挤出机的腔体内设有塑料原材料以及螺杆。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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