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薄膜吹塑機自動稱重系統應用
摘要：本文主要介紹自動稱重系統在多層共擠吹塑機組的應用及電氣控制原理。
關鍵詞：自動稱重，米重控制, 擠出機，多層共擠吹塑薄膜。
關鍵詞：自動稱重，米重控制, 擠出機，多層共擠吹塑薄膜。
1、問題提出
在薄膜吹塑行業中，對保證產品質量標準需求不斷地提高，特別在多層共擠產品中，各層厚度比例以及貴重添加劑含量控制更加重要，其穩定性將影響薄膜質量。傳統生產過程中，每層厚度都須根據經驗對擠出量進行調整，當原料轉變成為產品后才能檢測出來，很難保證產品質量的穩定性, 同時在多層共擠原料中不同成分比例經常需要按照產品配方改變，這就要求在多層共擠中提供自由靈活可變換的原料配置系統。從目前情況看，原有不穩定非自動的擠出控制工藝不僅影響薄膜整體的質量，而且影響產品配方的嚴格實施和靈活性，自動稱重喂料系統提供較好解決方法。
2、基本原理
自動稱重系統基本原理是通過實時監測原料的擠出量，控制擠出機螺桿轉速，使擠出量保持恒定從而保證薄膜厚度（米重）嚴格控制在工藝要求內。原料擠出量檢測采用連續失重式稱重原理，根據單位測量周期原料重量變化情況、牽引速度計算薄膜厚度（米重）。
米重=厚度×寬度×密度＝擠出量/牽引速度
米重為單位長度薄膜重量，單位為g/m。在寬度和密度不變情況下，米重與厚度成正比，反映薄膜厚度。
厚度=（擠出量/牽引速度）/寬度
薄膜生產過程中厚度變化主要與擠出量、牽引速度、寬度等變化有關。一般情況下，薄膜寬度、牽引速度變化很小，對薄膜厚度影響可以忽略。而螺桿擠出量穩定直接影響到薄膜厚度，自動稱重系統就是通過控制米重方式來控制各層薄膜平均厚度。擠出過程中重量變化曲線如下圖：
在薄膜吹塑行業中，對保證產品質量標準需求不斷地提高，特別在多層共擠產品中，各層厚度比例以及貴重添加劑含量控制更加重要，其穩定性將影響薄膜質量。傳統生產過程中，每層厚度都須根據經驗對擠出量進行調整，當原料轉變成為產品后才能檢測出來，很難保證產品質量的穩定性, 同時在多層共擠原料中不同成分比例經常需要按照產品配方改變，這就要求在多層共擠中提供自由靈活可變換的原料配置系統。從目前情況看，原有不穩定非自動的擠出控制工藝不僅影響薄膜整體的質量，而且影響產品配方的嚴格實施和靈活性，自動稱重喂料系統提供較好解決方法。
2、基本原理
自動稱重系統基本原理是通過實時監測原料的擠出量，控制擠出機螺桿轉速，使擠出量保持恒定從而保證薄膜厚度（米重）嚴格控制在工藝要求內。原料擠出量檢測采用連續失重式稱重原理，根據單位測量周期原料重量變化情況、牽引速度計算薄膜厚度（米重）。
米重=厚度×寬度×密度＝擠出量/牽引速度
米重為單位長度薄膜重量，單位為g/m。在寬度和密度不變情況下，米重與厚度成正比，反映薄膜厚度。
厚度=（擠出量/牽引速度）/寬度
薄膜生產過程中厚度變化主要與擠出量、牽引速度、寬度等變化有關。一般情況下，薄膜寬度、牽引速度變化很小，對薄膜厚度影響可以忽略。而螺桿擠出量穩定直接影響到薄膜厚度，自動稱重系統就是通過控制米重方式來控制各層薄膜平均厚度。擠出過程中重量變化曲線如下圖：
3、系統組成
自動稱重系統主要由主料斗、輔助料斗、稱重傳感器、放大器、擠出螺桿速度檢測器、線速度檢測器、運算單元、料斗閥門控制、螺桿速度控制等組成。
4、系統功能簡介
系統分為主料斗和輔助料斗自動稱重控制，主料斗用于控制主原料，輔助料斗用于控制添加劑等。對于多層共機，主要有擠出機流量控制、擠出機米重控制兩種方式，這主要介紹米重控制。
擠出機米重控制。薄膜每層單位長度重量（g/m）預先設定，當制品單位長度重量發生變化時，通過調整螺桿轉速予以消除，改變薄膜各層厚度時只需要改變相應擠出機米重（g/m）值。
a、主料斗自動稱重控制
稱重采樣采用橋式壓力傳感器，輸出信號為0～20mV，該信號經放大轉換后傳送給PLC。在工作過程中，PLC根據稱重信號的變化情況測量出當前擠出速率（△m/△t），再由牽引速度計算出當前實際米重，實際米重與設定值進行比較，得出擠出量偏差值，經PID調節后控制螺桿擠出速度。
由于螺桿結構決定在旋轉過程中每一周內不同時刻擠出量不同，為了提高稱重采集精度，螺桿上安裝有轉速位置監測器，將螺桿每轉一周分為5個位置。在測量過程中，每一周內不同時期物料變化將以位置作為同步信號加以記錄，這樣螺桿擠出量的微小變化都可以紀錄下來，較大范圍提高測量精度，解決了螺桿擠出瞬時變化檢測的難題，同時監測器也作為螺桿速度反饋用。
b、輔助料斗自動稱重控制
輔助料斗控制也就是對各組分自動稱重控制。在多層共擠中，除了對主要原料進行控制外，對其他原料如添加劑等控制也很重要。輔助料斗組成與主料斗基本相同，不同之處在于料斗上自帶小型擠出螺桿，用直流電動機驅動，采用直流調速。輔助料斗控制是控制小螺桿擠出速度，而不是控制擠出機螺桿。在工作過程中，按工藝配方要求將各組分比值、當前母料擠出速度、密度計算出各組分擠出速度、控制小螺桿擠出量、控制過程原理與主料斗量。
例如，某一配方有兩種添加劑A、B，A占5%，B占10%，當前要求產量為50kg/h，則：
主原料擠出量=50×（1-5%-10%）=37.5kg/h
A組分擠出量=50×5%=2.5kg/h
B組分擠出量=50×10%=5kg/h
線速度按30m/min計數，
主原料米重=37.5/（30×60）=20.8g/m
A組分米重=2.5/（30×60）=1.4g/m
B組分米重=5/（30×60）=2.8g/m
由于各組分擠出要求差別較大，輔助料斗擠出量有不同規格供選擇，應根據不同配方范圍選擇不同組分。一般一個主料斗zui多配6個組分，使用過程中各組分原料還均勻混合到主原料中，同時起到混料作用。
另外主輔料斗上均安裝有控制閥門。一般情況下，當料斗內原料低于容體體積20%（Mmin）時，閥門打開；高于80%（Mmax）時，閥門關閉。 PLC根據料斗zui大容積，原料密度計算出閥門開關對應的重量，再進行控制，保持料斗內物料相對穩定。
5、電氣控制系統
控制系統采用計算機控制，用于控制運行狀態、工藝配方、輸入參數。主要數據有米重設定和實際值、產量設定和實際值、原料密度、牽引速度、螺桿轉速、計米長度等。系統控制框圖如下：
自動稱重系統主要由主料斗、輔助料斗、稱重傳感器、放大器、擠出螺桿速度檢測器、線速度檢測器、運算單元、料斗閥門控制、螺桿速度控制等組成。
4、系統功能簡介
系統分為主料斗和輔助料斗自動稱重控制，主料斗用于控制主原料，輔助料斗用于控制添加劑等。對于多層共機，主要有擠出機流量控制、擠出機米重控制兩種方式，這主要介紹米重控制。
擠出機米重控制。薄膜每層單位長度重量（g/m）預先設定，當制品單位長度重量發生變化時，通過調整螺桿轉速予以消除，改變薄膜各層厚度時只需要改變相應擠出機米重（g/m）值。
a、主料斗自動稱重控制
稱重采樣采用橋式壓力傳感器，輸出信號為0～20mV，該信號經放大轉換后傳送給PLC。在工作過程中，PLC根據稱重信號的變化情況測量出當前擠出速率（△m/△t），再由牽引速度計算出當前實際米重，實際米重與設定值進行比較，得出擠出量偏差值，經PID調節后控制螺桿擠出速度。
由于螺桿結構決定在旋轉過程中每一周內不同時刻擠出量不同，為了提高稱重采集精度，螺桿上安裝有轉速位置監測器，將螺桿每轉一周分為5個位置。在測量過程中，每一周內不同時期物料變化將以位置作為同步信號加以記錄，這樣螺桿擠出量的微小變化都可以紀錄下來，較大范圍提高測量精度，解決了螺桿擠出瞬時變化檢測的難題，同時監測器也作為螺桿速度反饋用。
b、輔助料斗自動稱重控制
輔助料斗控制也就是對各組分自動稱重控制。在多層共擠中，除了對主要原料進行控制外，對其他原料如添加劑等控制也很重要。輔助料斗組成與主料斗基本相同，不同之處在于料斗上自帶小型擠出螺桿，用直流電動機驅動，采用直流調速。輔助料斗控制是控制小螺桿擠出速度，而不是控制擠出機螺桿。在工作過程中，按工藝配方要求將各組分比值、當前母料擠出速度、密度計算出各組分擠出速度、控制小螺桿擠出量、控制過程原理與主料斗量。
例如，某一配方有兩種添加劑A、B，A占5%，B占10%，當前要求產量為50kg/h，則：
主原料擠出量=50×（1-5%-10%）=37.5kg/h
A組分擠出量=50×5%=2.5kg/h
B組分擠出量=50×10%=5kg/h
線速度按30m/min計數，
主原料米重=37.5/（30×60）=20.8g/m
A組分米重=2.5/（30×60）=1.4g/m
B組分米重=5/（30×60）=2.8g/m
由于各組分擠出要求差別較大，輔助料斗擠出量有不同規格供選擇，應根據不同配方范圍選擇不同組分。一般一個主料斗zui多配6個組分，使用過程中各組分原料還均勻混合到主原料中，同時起到混料作用。
另外主輔料斗上均安裝有控制閥門。一般情況下，當料斗內原料低于容體體積20%（Mmin）時，閥門打開；高于80%（Mmax）時，閥門關閉。 PLC根據料斗zui大容積，原料密度計算出閥門開關對應的重量，再進行控制，保持料斗內物料相對穩定。
5、電氣控制系統
控制系統采用計算機控制，用于控制運行狀態、工藝配方、輸入參數。主要數據有米重設定和實際值、產量設定和實際值、原料密度、牽引速度、螺桿轉速、計米長度等。系統控制框圖如下：
由于螺桿轉速較低，螺桿檢測采用編碼器，同時對編碼器輸入信號進行等分，作為稱重同步信號。牽引、擠出機采用變頻調速, 均帶速度反饋閉環控制，使牽引、擠出速度穩定,擠出電機調速控制采用電機電位器方式。
控制軟件設計，主要是根據統計原理對傳感器檢測的擠出速度、擠出量、牽引速度等測量值進行處理。求出當前實際米重，再根據薄膜質量要求，計算出偏差值，經計算機內PID調整后控制擠出機螺桿速度和輔助料斗擠出速度。軟件還設有自動調教功能，對每一個料斗自重進行清零、調校。
6、結束語
由原料密度的變化、松散度的變化、料粒形狀大小的不同以及原料流動性的差異所引起物料擠出的變化，都可以通過自動稱重系統給予控制。同時還能夠按照產品配方的要求，在多層共擠原料中不同成分的定量應用中提供自由可變換的系統配置，另外對縱向厚薄變化也有改善作用。從現場使用效果看，薄膜縱向厚薄均勻度提高1.5～2個百分點。
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