双向拉伸薄膜厚度测控系统的设计和MCGS仿真

1、双向拉伸薄膜厚度测控系统的设计和MCGS仿真    双向拉伸薄膜厚度测控系统的设计和MCGS仿真摘 要:以桂林电器科学研究所BOPP2500型薄膜生产线为原型,利用MCGS组态软件和PID控制方法设计和仿真了一个双向拉伸薄膜厚度测控系统。仿真结果表明,该测控系统可实时、精确地测量和控制双向拉伸薄膜的厚度,提高薄膜产品的质量,且控制参数调整方便,控制效果、可视性和可维     摘 要:以桂林电器科学研究所BOPP2500型薄膜生产线为原型,利用MCGS组态软件和PID控制方法设计和仿真了一个双向拉伸薄膜厚度测控系统。

2、仿真结果表明,该测控系统可实时、精确地测量和控制双向拉伸薄膜的厚度,提高薄膜产品的质量,且控制参数调整方便,控制效果、可视性和可维护性好,具有较大的应用价值,对于有效提高国产薄膜成套生产设备的行业竞争力有实际意义。 关键词:双向拉伸薄膜;厚度测控系统;MCGS仿真;PID控制 中图分类号:TP273文献标识码:A 文章编号: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 随着我国工业、农业、食品业和包装业等的快速发展,塑料薄膜的使用越来越广,对其要求也越来越高。双向拉伸聚丙烯(Biaxially Oriented Polypropylene,BOPP)薄膜是近年来兴起的一类非常重要的软包装材料,因抗拉伸强度高,耐冲击、透明性好,防水、防锈、环保,而广泛应用于食品、糖果、香烟、茶叶、果汁、牛奶、纺织品等的包装,赢得了“包装皇后”的美称1,2。双向拉伸薄膜技术,在国外发展迅速,并日趋完善,如德国的BRUECKNER公司、日本的三菱公司、法国的TM

7、D公司等已具备很高的水平3,4,但是价格昂贵。与国外相比,由于起步晚和国外的技术封锁,国内双向拉伸聚丙烯薄膜生产线的厚度控制精度还很低,产品质量不高,高质量薄膜生产线主要进口国外的成套薄膜生产设备。这不仅使国内成套薄膜生产设备的技术档次难以提高,而且对相关产品的核心竞争力和经济效益也产生了严重的影响。因此,研制国产的双向拉伸薄膜厚度控制系统,已成为一项非常紧迫的战略性任务。MCGS软件是一套可运行于Windows 98/NT/2000等多种操作系统,用于快速构造和生成监控系统的国产工控组态软件5,6。为了提高国产双向拉伸薄膜生产线的控制精度和自动化水平,本文参照桂林电器科学研究所BOPP250

8、0型薄膜生产线,采用MCGS软件,结合PID控制算法,设计和仿真了一个双向拉伸薄膜厚度测控系统。 1 双向拉伸薄膜生产线的结构与厚度控制方法 1.1 薄膜生产线的结构 完整的双向拉伸塑料薄膜生产线如图1所示,可分为挤出成型(EXT/CR)、纵向拉伸(MDO)、横向拉伸(TDO)、牵引处理(PRS)和卷取(WD)五大部分。其工作过程:薄膜原料,即塑料粒子由投料口投入,经加热熔化后由挤出机将液态原料送到模头,通过模头唇口处热膨胀螺栓挤出,经冷却转鼓冷却成为固体状厚片,该厚片经同步传动系统传送,首先通过纵向拉伸,使厚片变薄,然后经横拉机进行横向拉伸,使薄膜进一步变薄变宽,最后通过定型、收卷得到成品膜

9、7,8。 其厚度控制部分由扫描仪、PLC和控制计算机组成。生产线采用第一厚度扫描仪检测厚片的横向厚度,第二扫描仪检测成品膜的纵向厚度,并分别送至各自的PLC进行数值变换和补偿计算,再经主计算机中的控制系统进行计算后,输出控制信号,用以调整模头螺栓的温度,进行横向厚度的控制;调整冷却转鼓的速度,进行纵向厚度的控制9。 图1 双向拉伸薄膜生产线 1.2 厚度控制方法 (1) 薄膜横向厚度控制系统是一个多输入、多输出的复杂系统。将每一个模头螺栓看成一个独立的控制回路,仍然用经典的PID调节器对其进行控制。薄膜横向厚度控制方框图如图2所示,第一测厚仪测得的拉伸薄膜横向厚度经滤波后,与设定值比较,得到一

10、个误差值,再通过PID调节器,改变模头螺栓加热占空度,从而改变挤出口孔大小,达到控制薄膜横向厚度的目的。 图2 薄膜横向厚度控制方框图 (2) 薄膜纵向厚度控制方框图如图3所示。第二测厚仪测得的薄膜纵向厚度平均值经滤波后,与设定值比较,得到误差信号,再通过PID调节器,改变冷却转鼓的线速度,从而达到控制薄膜纵向厚度的目的10。 图3 薄膜纵向平均厚度控制方框图 1.3 PID控制算法 采用PID控制方法调节螺栓加热占空度和冷鼓线速度,从而控制薄膜横向厚度和纵向厚度。PID控制器是一种线性控制器,它根据厚度设定值rin(t)与实际输出值yout(t)构成的控制偏差: error(t)=rin(t)-yout(t)(1) PID控制