雙向拉伸薄膜厚度測控系統(tǒng)的設計和MCGS仿真

1、雙向拉伸薄膜厚度測控系統(tǒng)的設計和MCGS仿真    雙向拉伸薄膜厚度測控系統(tǒng)的設計和MCGS仿真摘 要:以桂林電器科學研究所BOPP2500型薄膜生產(chǎn)線為原型,利用MCGS組態(tài)軟件和PID控制方法設計和仿真了一個雙向拉伸薄膜厚度測控系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明,該測控系統(tǒng)可實時、精確地測量和控制雙向拉伸薄膜的厚度,提高薄膜產(chǎn)品的質(zhì)量,且控制參數(shù)調(diào)整方便,控制效果、可視性和可維     摘 要:以桂林電器科學研究所BOPP2500型薄膜生產(chǎn)線為原型,利用MCGS組態(tài)軟件和PID控制方法設計和仿真了一個雙向拉伸薄膜厚度測控系統(tǒng)。

2、仿真結(jié)果表明,該測控系統(tǒng)可實時、精確地測量和控制雙向拉伸薄膜的厚度,提高薄膜產(chǎn)品的質(zhì)量,且控制參數(shù)調(diào)整方便,控制效果、可視性和可維護性好,具有較大的應用價值,對于有效提高國產(chǎn)薄膜成套生產(chǎn)設備的行業(yè)競爭力有實際意義。 關(guān)鍵詞:雙向拉伸薄膜;厚度測控系統(tǒng);MCGS仿真;PID控制 中圖分類號:TP273文獻標識碼:A 文章編號:1004-373X(2010)01-163-04 Design and Simulation of a Biaxially Oriented Polypropylene Film Thickness Measuring and Control System Based on

3、 MCGS LI Yangfan,JIANG Pinqun,LI Tinghui,LUO Xiaoshu,LONG Yuanyuan (College of Electronic Engineering,Guangxi Normal University,Guilin,541004,China) Abstract:Taking the Guilin Electrical Equipment Research Institutes BOPP2500 film production line as a prototype,a thickness measuring and control syst

4、em of the biaxially oriented polypropylene film is designed and simulated based on MCGS configuration software as well as PID control method.The simulation results show that the control system can measure and control the thickness of film real-time and accurately to improve its quality.It can adjust

5、 the parameters easily,and control effectively,its visibility and maintainability are prime as well.It has a good application value and practical significance to effectively improving the competition of domestic film production facility in complete set. Keywords:biaxially oriented polypropylene film

6、;thickness control system;MCGS simulation;PID control 0 引 言 隨著我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品業(yè)和包裝業(yè)等的快速發(fā)展,塑料薄膜的使用越來越廣,對其要求也越來越高。雙向拉伸聚丙烯(Biaxially Oriented Polypropylene,BOPP)薄膜是近年來興起的一類非常重要的軟包裝材料,因抗拉伸強度高,耐沖擊、透明性好,防水、防銹、環(huán)保,而廣泛應用于食品、糖果、香煙、茶葉、果汁、牛奶、紡織品等的包裝,贏得了“包裝皇后”的美稱1,2。雙向拉伸薄膜技術(shù),在國外發(fā)展迅速,并日趨完善,如德國的BRUECKNER公司、日本的三菱公司、法國的TM

7、D公司等已具備很高的水平3,4,但是價格昂貴。與國外相比,由于起步晚和國外的技術(shù)封鎖,國內(nèi)雙向拉伸聚丙烯薄膜生產(chǎn)線的厚度控制精度還很低,產(chǎn)品質(zhì)量不高,高質(zhì)量薄膜生產(chǎn)線主要進口國外的成套薄膜生產(chǎn)設備。這不僅使國內(nèi)成套薄膜生產(chǎn)設備的技術(shù)檔次難以提高,而且對相關(guān)產(chǎn)品的核心競爭力和經(jīng)濟效益也產(chǎn)生了嚴重的影響。因此,研制國產(chǎn)的雙向拉伸薄膜厚度控制系統(tǒng),已成為一項非常緊迫的戰(zhàn)略性任務。MCGS軟件是一套可運行于Windows 98/NT/2000等多種操作系統(tǒng),用于快速構(gòu)造和生成監(jiān)控系統(tǒng)的國產(chǎn)工控組態(tài)軟件5,6。為了提高國產(chǎn)雙向拉伸薄膜生產(chǎn)線的控制精度和自動化水平,本文參照桂林電器科學研究所BOPP250

8、0型薄膜生產(chǎn)線,采用MCGS軟件,結(jié)合PID控制算法,設計和仿真了一個雙向拉伸薄膜厚度測控系統(tǒng)。 1 雙向拉伸薄膜生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)與厚度控制方法 1.1 薄膜生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu) 完整的雙向拉伸塑料薄膜生產(chǎn)線如圖1所示,可分為擠出成型(EXT/CR)、縱向拉伸(MDO)、橫向拉伸(TDO)、牽引處理(PRS)和卷取(WD)五大部分。其工作過程:薄膜原料,即塑料粒子由投料口投入,經(jīng)加熱熔化后由擠出機將液態(tài)原料送到模頭,通過模頭唇口處熱膨脹螺栓擠出,經(jīng)冷卻轉(zhuǎn)鼓冷卻成為固體狀厚片,該厚片經(jīng)同步傳動系統(tǒng)傳送,首先通過縱向拉伸,使厚片變薄,然后經(jīng)橫拉機進行橫向拉伸,使薄膜進一步變薄變寬,最后通過定型、收卷得到成品膜

9、7,8。 其厚度控制部分由掃描儀、PLC和控制計算機組成。生產(chǎn)線采用第一厚度掃描儀檢測厚片的橫向厚度,第二掃描儀檢測成品膜的縱向厚度,并分別送至各自的PLC進行數(shù)值變換和補償計算,再經(jīng)主計算機中的控制系統(tǒng)進行計算后,輸出控制信號,用以調(diào)整模頭螺栓的溫度,進行橫向厚度的控制;調(diào)整冷卻轉(zhuǎn)鼓的速度,進行縱向厚度的控制9。 圖1 雙向拉伸薄膜生產(chǎn)線 1.2 厚度控制方法 (1) 薄膜橫向厚度控制系統(tǒng)是一個多輸入、多輸出的復雜系統(tǒng)。將每一個模頭螺栓看成一個獨立的控制回路,仍然用經(jīng)典的PID調(diào)節(jié)器對其進行控制。薄膜橫向厚度控制方框圖如圖2所示,第一測厚儀測得的拉伸薄膜橫向厚度經(jīng)濾波后,與設定值比較,得到一

10、個誤差值,再通過PID調(diào)節(jié)器,改變模頭螺栓加熱占空度,從而改變擠出口孔大小,達到控制薄膜橫向厚度的目的。 圖2 薄膜橫向厚度控制方框圖 (2) 薄膜縱向厚度控制方框圖如圖3所示。第二測厚儀測得的薄膜縱向厚度平均值經(jīng)濾波后,與設定值比較,得到誤差信號,再通過PID調(diào)節(jié)器,改變冷卻轉(zhuǎn)鼓的線速度,從而達到控制薄膜縱向厚度的目的10。 圖3 薄膜縱向平均厚度控制方框圖 1.3 PID控制算法 采用PID控制方法調(diào)節(jié)螺栓加熱占空度和冷鼓線速度,從而控制薄膜橫向厚度和縱向厚度。PID控制器是一種線性控制器,它根據(jù)厚度設定值rin(t)與實際輸出值yout(t)構(gòu)成的控制偏差: error(t)=rin(t)-yout(t)(1) PID控制