[发明专利]一种多层共挤模头智能温度控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及塑料工业的多层共挤吹塑机技术领域，具体为一种多层共挤模头智能温度控制系统及其控制方法。

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。其中，多层共挤模头是吹塑装备的关键设备。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吹塑而成。现有的共挤模头主要有两类，平面叠加式模头和螺旋轴心式共挤模头。如图1所示，为五层平面叠加式共挤模头的剖面结构图，包括外口模1、内口模2、模环3、叠加盘片4、模颈5、模芯6；模环3、叠加盘片4、模颈5的外侧和模芯内侧都分别安装有加热圈。根据不同包装薄膜需求，采用不同的塑料粒子融合共挤得到薄膜产品。由于各层间的塑料粒子熔点不同，不同层叠加盘片所需温度不同，因此单独控制各层温度成为共挤模头控制部分的难点。如果温度过低将阻塞流道，温度过高则导致过烧甚至烧焦现象而致使物料分解，使包装薄膜失去相应的性能要求。

目前吹塑机组共挤模头的温度控制主要采用基于PLC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，但由于该温控系统是一个大惯性、强耦合、大滞后的多变量非线性时变系统，对实时性要求很高，虽然在给定温度条件下，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，但如果其中部分或所有设定温度值改变，则需要重新调整控制参数。对于这种新型平面叠加模头，重新调整PID参数值不仅对操作人员要求高，而且费时费力，因此在采用传统的PID控制方法后，其鲁棒性较差，用户使用极为不便，且难以达到高精度控制，直接影响到产品的质量。传统的吹塑机组温度控制系统为了达到对温度值改变时控制和调节的需求，采用基于PLC的计算机集成控制方式，这种控制器不利于系统集成度的提高，其成本高，重量和体积大；因此改变温度控制方法，以及对温度实现实时采集并快速响应成为设计共挤模头温度控制系统所需亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种能够快速响应，操控简单，自动对温度变化进行适应性控制的多层共挤模头智能温度控制系统及其控制方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种多层共挤模头智能温度控制系统，包括温度采集模块、FPGA温度控制模块、驱动加热模块和用于设定系统初始值并进行工作信息显示的操控面板；所述的温度采集模块包括与共挤模头温度的控制分区对应的N个温度采集单元；所述的FPGA温度控制模块包括AD转换电路，用于实现模糊PID控制算法的FPGA控制芯片，和PWM输出电路；所述的驱动加热模块包括与控制分区中加热器对应进行温度控制的N个驱动加热单元；

控制分区的温度信号，由对应温度采集单元采集输入一个或多个并行级联的FPGA温度控制模块中，经对应的AD转换电路转换为数字信号并经FPGA控制芯片处理输出N路PWM控制量，每一路PWM控制量由PWM输出电路分别单路输出到对应的驱动加热单元中。

优选的，所述的温度采集单元包括用于采集温度信号的热电偶传感器和用于将温度信号转换为0～5v标准电压信号或4～20mA标准电流信号的温度变送器；热电偶传感器对应安装于共挤模头内部的控制分区中，温度变送器的输出端分别与AD转换电路的输入端连接。

优选的，所述的FPGA温度控制模块还包括用于实现复位操作的复位电路，用于提供参考时钟的时钟电路，以及用于与上位机实现数据通信的扩展接口。

优选的，所述的驱动加热单元包括用于放大PWM电路输出信号的驱动电路，用于进行加热的加热圈，以及用于调节加热圈功率的固态继电器。

进一步，所述的FPGA控制芯片包括用于存储模糊控制表的ROM和用于实现编程PID逻辑控制的处理器；ROM内存储有通过MATLAB工具仿真并离线计算得到的模糊控制表，处理器内固化有通过硬件描述语言实现的模糊PID控制算法。

一种多层共挤模头智能温度控制方法，基于进一步所述的一种多层共挤模头智能温度控制系统，包括如下步骤：

a.系统初始化，通过操控面板输入初始的设定温度值以及模糊PID控制算法初始参数值；

b.采集共挤模头温度，通过温度采集单元对共挤模头内N个控制分区的温度分别对应进行采集，得到温度信号；