[发明专利]一种吹塑薄膜自动厚度控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于塑料工业的多层共挤吹塑机技术领域，具体涉及一种吹塑薄膜自动厚度控制系统及控制方法。

背景技术

吹塑成型技术是塑料成型工艺的一种重要方式，吹塑成型产品所占塑料产品比例越来越大。吹塑成型主要通过多台挤出机将不同熔点不同功用的树脂熔融挤出，通过多层共挤模头复合共挤，经过薄膜冷却装置冷却成型。在吹塑薄膜生产过程中，薄膜冷却成型是非常关键的一个环节，对于薄膜表面质量、产量、厚薄均匀性有极大影响。薄膜厚度不均匀，不但会影响到薄膜各处的拉伸强度、撕裂强度、阻隔性等，更会影响薄膜的后续加工。

目前薄膜横向厚度控制系统主要采用传统的自动风环控制系统，如图1所示，为目前工业上采用的自动风环控制系统的原理图，包括薄膜1、测厚装置2、工业计算机3、吹风口4、风环5以及控制系统6。其中风环内部安装一定数量的步进电机分别驱动均匀分布在风环圆周方向的风门调节器，由控制系统控制步进电机驱动阀门移动，继而控制风道风口的风量大小。然而采用阀门的开合控制风量大小，消耗能源较大，输出功率主要消耗在阀门截流过程中，并且阀门开度与电机转速呈非线性关系，控制难度很大。传统的自动风环控制系统主要采用基于工业计算机的传统PID控制方法，通过选取比例系数K_p、积分系数K_d、微分系数K_i进行控制，PID控制原理如图2所示。PID控制方法以其算法简单、鲁棒性好、可靠性高而得到广泛的应用，但是由于薄膜厚度控制系统是一个高度非线性、强耦合、时变性和控制不确定系统，其精确数学模型几乎无法建立。虽然在给定厚度情况下，将PID控制过程参数调整到合适值时可以很好地满足控制要求，但是如果厚度设定值改变，则需要重新调整控制参数，不能实现自动控制，这样对操作人员要求高，而且费时费力，因此采用传统PID控制方法，用户使用极为不便，且难达到高精度控制。传统薄膜厚度控制系统中，多采用工业计算机进行控制，而且为了提高控制精度，多采用进口设备，这将大大提高设备的成本，计算机控制方式中系统不稳定、控制周期长、控制效果不稳定、造价高等缺点，采用计算机控制方式程序和参数很容易被获取。因此改变薄膜横向厚度控制方法，以及对厚度实现实时采集并快速响应成为设计薄膜横向厚度系统所需亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能够快速响应、操控简单、自动对薄膜横向厚度均匀化进行适应性控制的吹塑薄膜自动厚度控制系统及控制方法。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种吹塑薄膜自动厚度控制系统，包括用于检测薄膜圆周径向厚度和用于检测薄膜圆周方向各区段所对应风道风口位置的薄膜厚度检测模块、带有FPGA控制芯片的薄膜厚度控制模块、带有若干无刷直流电机的薄膜冷却成型模块以及用于设定系统初始值并进行工作信息显示的操控面板；其中，薄膜厚度检测模块的信号输出端与薄膜厚度控制模块的信号输入端相连，薄膜厚度控制模块分别与薄膜冷却成型模块和操控面板相交互；FPGA控制芯片用于实现模糊控制算法和无刷直流电机双闭环控制算法。

所述的薄膜厚度检测模块包括用于检测薄膜圆周径向厚度的薄膜厚度采集单元以及若干用于检测薄膜圆周方向各区段所对应风道风口位置的风道风口位置采集单元；薄膜厚度采集单元和风道风口位置采集单元的信号输出端均与薄膜厚度控制模块中的FPGA控制芯片相连。

所述的薄膜厚度采集单元包括用于采集薄膜圆周厚度信号的旋转扫描式电容厚度测厚仪和用于将单端厚度信号转换为差分信号的单端转差分驱动器；单端转差分驱动器的输出端与第一A/D转换电路的输入端相连。

所述的风道风口位置采集单元包括用于采集薄膜圆周方向若干个控制区段所对应若干个风道风口位置的若干个位置检测传感器；这些位置检测传感器的输出端与第二A/D转换电路的输入端相连。

所述的薄膜厚度控制模块还包括用于转换薄膜厚度信号的第一A/D转换电路、与风道风口位置采集单元相对应的若干用于转换风道风口位置信号的第二A/D转换电路以及若干用于控制风量大小的无刷直流电机控制模块；其中，第一A/D转换电路和第二A/D转换电路的信号输入端分别与薄膜厚度采集单元和风道风口位置采集单元的信号输出端相连，第一A/D转换电路和第二A/D转换电路的信号输出端均连接到FPGA控制芯片的信号输入端上，无刷直流电机控制模块分别与FPGA控制芯片和薄膜冷却成型模块相交互。