中空塑料挤吹机壁厚控制器的研究

作 者 简 介 ：徐 晓风 （ １ ９ ５ ４ 一 ） ，男 ，浙 江杭 州 人 ， 副教 授 ，本 科 ， 主要 从 事 数 控 加 工技 术 与 机 械 设 计 方 面 的 研 究 。
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机 械 工 程 与 自 动 化
２ ０ １ ３年 第 ２期
Байду номын сангаас
具有 较高 的频 率 响应 和 控 制 精 度 ， 在 使 用 时 还 可根 据 中空塑料 制 品 的性 能要 求及 设 备 的性价 比择 优选 用 。
制器 的运行 情 况较好 ， 操 作简单 ， 有 效地 提高 了型 坯壁 厚精 度 ， 大 幅提 高 了 中空制 品的 生产效 率 和质量 ， 降低 了生 产 中空制 品 的成本 。该 壁厚 控制 器具 有一定 的 市 场推 广价值 。
参考文献 ：
［ １ ］ 李建军． 型 坯 壁 厚 控 制 系 统 在 中 空 吹 塑 机 中 的 设 计 与 实
挤 出机 的壁厚 控制 器 中有 ４个位 置安装 了接近 开
关， 其动作 过 程 由时 间 控 制 。采 用 接 近开 关 的 目的是 保 护吹气 机 构 ， 即 当壁 料 未 流 到 预 定位 置或 下 移 信 号 未 给 出时 ， 则 吹气 动作 不能 执行 。这样 就 节省 了开 模 、
１ ． １ 硬 件 控 制 方 案
芯
溯
图 １ 壁 厚 控 制 器 总 体 设 计 方 案
具 有壁 厚控 制功 能 的往 复式 挤 吹机是 一个 多执 行
系统 中挤 出螺 杆 电机的 速度通 过控 制面 板上 的仪
机 构 。该机 构 由壁厚控 制模 头 、 控 制 芯棒 、 高频 响应 电 液 比例 阀 、 伺 服油 缸 和 信号 反 馈 装 置 等 组 成 。具 有 工 作 元件较 多 、 动作较 复 杂 、 动作 之 间 的顺 序 要求严 格 等 特点， 壁 厚控 制 器具 有 一 定 的 动 态 响应 特 性 。壁厚
控 制器 的硬件 控制 主要 由液 压 控 制 系统 实现 ， 该 液 压 控 制系统 采用 闭环反 馈设 计 。 系统采 用 ５ ． ５ ｋ Ｗ 电机和额定流量为 ２ ３ Ｌ ／ ｍｉ ｎ
表 进行 变 频调 节 ， 其 频率 调 节范 围在 ０ Ｈｚ ～４ ０ ０ Ｈｚ ， 与挤 吹成 型 的吹气元 件 动作相 匹配 。 由于采用 变频 调 速， 使挤 出螺杆 电机 的启 动容量 相应 地减小 ， 并 且可 以 取 消一些诸 如 主接触 器 和 热 继 电器 等 电气元 件 ， 以提
※ 杭 州 市 产 学 研 合 作项 目 （ ２ ０ ０ ６ ２ ６ １ ２ Ｅ ３ ２ ） 收 稿 日期 ；２ ０ １ ３ — ０ １ — １ ２ ；修 回 日期 ；２ ０ １ ３ — ０ １ — ２ ５
位 置精 度高 、 响应快 、 重复 精度 良好 等优点 。通 过采 用 电液 比例 阀控制 芯棒 的位 置 精 度 ， 可 以使 壁 厚 控 制 器
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｑ３ ２ ０ ． ６ ６ ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
当系统 压力超 过 １ ５ ＭＰ ａ时该 阀直 接 卸 荷 ， 以保 证 系 统 安全 。二位二通 电磁 阀处于常通 失 电位 置 ， 使 电机启 动 时系统 处于无负荷状 态 ， 工作时 电磁 阀得 电后 油路关 闭， 蓄能器开始充液 ， 并供 油至高频响应 电液 比例 阀。
第 ２期 （ 总第 １ ７ ７期 ）
２ ０ １ ３年 ４月
机 械 工 程 与 自 动 化 ＭＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩ ＯＮ
ＮＯ ． ２
Ａ ｐｒ ．
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ １ ４ １ — ０ ２
示 测 出的值 为 ０ ． １ ｍｍ。 自整定 Ｐ Ｉ Ｄ 参数 控制 及 Ｐ Ｉ Ｄ 控 制 模 块 控 制 强 制 冷 却 的开槽 加 料 段 温 度 。原 Ｐ Ｉ Ｄ 参 数 是 通 过 人 工 整 定 的， 需要 熟练 的 技 巧 ， 通 常 比较 费 时 费 力 ， 而且 Ｐ Ｉ Ｄ 调节器 不 能根据 被控 对象 发 生 的变化 而作 出 相应 的调 整， 需 要靠 人工 重 新整 定 参 数 。本 系统 中 主要 通 过 对 输入输 出关 系在 线 识 别 而整 定 控 制 参 数 ， Ｐ Ｉ Ｄ控 制 器 是通 过 Ｐ Ｉ Ｄ控 制算法 实现 的 ［ ４ ］ 。 厚度 检测 报警 程序 的 主要 功能 是 ： 当测 量 制 品 的 厚度值 超 出了规定 上 限 或规 定 下 限 的报 警 标 志 时 ， 采
合 模 以及上 移 的 自检 时 间 ， 而 且 可 以 进 一 步提 高 壁 厚 控 制器 的可 靠性 。 ３ 结 束语
目前 ， 所开发的 ５ Ｏ点 ～ １ ０ ０点挤 吹机 型 坯控 制 器 已在华 东某 知 名饮料 集 团公 司 中获 得应 用 。该 壁 厚控
数据 存储 的起 始 位置 、 起始地址 、 通 道数 、 数 据 号 以及 输 入模 块是 可 以变化 的 。其 中数据 存储 中的数 字量 表
切刀 信号
０
目前社 会对 中空 塑 料 制 品 的需 求 增 加 ， 而 中空 塑
料 制 品的制 作方 法主要 靠挤 出 吹塑 。通 常塑料 中空 制 品规格 可分 为超 大型 、 大型 、 中型 和小 型 。 由于用 于制 造 中空 制 品的设 备造价 较低 ， 加工 成 型的 周期 比较 短 ， 特 别是 规格较 大 的制 品 ， 其壁 厚 的控制 不太 容 易 ， 存 在 着 表面外 观质 量 不高 和 有 夹 料缝 等缺 点 。因此 ， 中 空 制 品 的壁 厚控 制是 塑料 挤吹成 型过 程 中 比较 关键 的 因
的定 量齿轮 泵驱 动 ， 其 中电 机直 立 安 装 。系统 安 全 阀 压力设 置 为 １ ８ ＭＰ ａ ， 高 压 滤 油 器保 证 系 统 油 液 的清
洁 。发 讯器 用于 在滤 油 器堵 塞 的情 况 下 发 讯 报 警 ， 以 便 及 时清洗 或更换 。压 力截 止 阀的作 用是 保证 系统 的 工 作压力 和 蓄 能 器 的充 液压 力 在 １ ４ ＭＰ ａ １ ５ ＭＰ ａ ，
２ 系统安 全 可靠性 设计
通 常挤 吹型坯壁 厚控制 系统采用 直流 电动机 调速 ， 以手动 的方 式进行速度控制 ； 采用 温度控 制仪 表测 量和 控制 温度 ； 低压 电器采用 以接触器 为 主的控制 元件 。挤 吹机 壁厚器 的 主要 控 制对 象 为制 品 的壁 厚 ， 而Ｐ Ｌ Ｃ在 控制领域具 有很高的可靠性 和广 泛 的适用性 ， 因此 该壁 厚控制器软 件控制采用 可编程控 制器 Ｐ Ｌ Ｃ来 实现 。 挤 吹型坯 控 制 系 统 的 软 件 编 程 工 具 采 用 Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ ７ Ｖ５ ． ３ ［ ２ ］ 。软件控 制 的功 能 模 块 主要 有 读 模 拟 输 入 量 程序 、 Ｐ Ｉ Ｄ控 制程 序 、 Ｐ Ｉ Ｄ参 数 自整定 程 序 ［ ３ ］ 和 壁 厚检 测报 警程 序等 ４个 模块 。 读模 拟输 入 量程序 功 能模 块 主要完 成读 出输 入模 块输 人 量 ， 并 转换 成实 际 的厚度 数值 存 人数 据存 储器 。
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ Ｐ ｕ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ ，１ ９ ８ ０ ．
用发 光二 极 管发 光的形 式报 警 。如果 壁 厚测 量值 小 于 规定 的上 限中扣 除死 区后 的 数 值 时 ， 将 进 行 上 限 复位
Ｔｈ ｉ ｃ ｋｎ ｅ ｓ ｓ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ Ｈｏ ｌ ｌ ｏ ｗ Ｐｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｅｘ ｔ ｒ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｂｌ ｏ ｗ Ｍａ ｃ ｈｉ ｎｅ
１ ． ２ 软 件 控 制 方 案
报警 ； 如果 壁厚测 量值 大 于下 限规定 值 时 ， 将 进行 下 限 复位报 警 。通 常 ， 这 里 的上 、 下 限的规定 值 以及死 区定
义均 可表示 为 静态 数值 变量 ， 并 可 以通 过 修 改 相 应 报 警程 序 中相应 数据块 的变量值 来 实现 限值壁 厚控 制 器 参数 的整 定 。
ＸＵ Ｘｉ ａ ｏ － ｆ ｅ ｎ ｇ． ＧＡｏ Ｙｏ ｎ ｇ－ ｘ ｉ ａ ｎｇ
（ Ｚ ｈ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｈａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ １ ０ ０ ５ ３ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
现Ｅ Ｊ ］ ． 自动化 博 览 ， ２ ０ ０ ６ 。 ５ （ ５ ） ： ７ ４ － ７ ６ ．
［ ２ ］ 王 志新 ， 张华 ， 黄树 新． 吹 塑 型 坯 的 计 算 机 辅 助 设 计 及 程 序 编制 ［ Ｊ ］ ． 中 国 塑 料 ，１ ９ ９ ６ 。 ｉ ０ （ １ ） ： ６ ７ — ７ １ ． ［ ３ ］ 杜 巧连 ， 陈旭辉 ， 孙慧平 ， 等． 中 空 吹 塑 成 形 系 统 的 设 计 与 研 究［ Ｊ ］ ． 机 床 与 液 压 。２ ０ ０ ３ ，２ （ ２ ） ： １ ６ ０ — １ ６ ２ ． ［ ４ ］ Ｖ ｉ ｅ ｒ ｓ ｍａ Ｔ Ｊ ． Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｕ ｌ ｉ ｃ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ － ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ Ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ［ Ｍ］ ． Ａｍｓ ｔ ｅ ｒ ｄ ａ ｍ： Ｅ ｌ ｓ ｅ ｖ ｉ ｅ ｒ
高节 能降耗 效果 。 系统 中采用 电液 比例 阀作为控 制元 件 。用户 在壁 厚控制 器 的面板 上设 定 型坯 壁 厚 轴 向 变化 曲线 ， 控 制 器可根 据 曲线 输 出变化 的 电压或者 电流信号 至 电液 比 例阀 ， 驱 动执行 机 构控制 芯棒 的上 下移 动 ， 从 而造成 芯 棒 缝隙 的变化 。系统 中 的 电液 比例 阀具 有 运 动 平稳 、