Page 30 - 《橡塑技术与装备》2020年16期（8月下半月）

橡塑技术与装备（塑料） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (PLASTICS) 综述与专论 陈昭楷·浅谈吹膜机膜泡折径控制系统

2 系统设计 用于宽带设定，曲线显示，故障诊断及参数设定等功
2.1 系统硬件设计 能处理。
系统硬件由超声波探头， G120 驱动器，风机，触 2.2 系统软件设计
摸屏及 PLC 组成。 编程软件采用西门子博图 TIA Portal V15 做为软
（1）超声波探头 件实施平台，采用功能块的形式进行分类编程，本系
本系统采用三个超声波探头从不同角度检测膜泡 统的软件设计分为三个模块进行处理，分别为，宽度
折径，探头自带数字显示，方便故障排查。探头安装 采集运算模块， PID 运算模块，宽度校准模块
于稳泡器的下端，以稳泡器中心为原点，呈 120° 均 （1）宽度采集模块
布安装，工作时需将稳泡升高，使超声波的检测点刚 宽度采集模块主要用于对超声波回传信号进行折
好位于冷凝线上方。其工作原理是通过测量探头表面 径转换，其功能块如图 4 所示，其中端口的主要功能
到稳泡的距离，再将距离转换为膜泡直径。其折径计 参数如下 ：
图 1 控制原理柜图 算原理如图 3 所示，设超声波到膜泡中心为距离为 A， 输入输出端口 说明
超声波测得与膜泡的距离为 B，由此我们可以计算出 Analoginput 超声波模拟量输入接口
（2）将 P 值设为 5，I 值设为 3，得到控制系统的 投入，将系统参数 Iu 改为 6 000（Iu 是仿真系统设置 膜泡半径 R=A-B，那么，膜泡折径 C=PiR。计算出 Lowdiam 输入超声波最小距离
阶跃响应曲线如图 2(c)，由图可知，加入 I 值后，我 的一个参数，即在差值小于 6 000 后积分才开始投入），
膜泡实际折径后，通过与设定折径进行 PID 计算，最 Maxdiam 输入超声波最大距离
们能得到一个稳定在目标值上的控制系统，但是这个 另外对设定值变化增加斜坡处理，得到控制系统的阶 后将 PID 输出值传递到进风风机进行控制。 Distance 设定超声波到稳泡的中心点的距离
系统还存在一个问题，就是超调量过大，在实际应用 跃响应曲线如图 2(d)，由图可知，该曲线变化比较接 Smoothtime 折径滤波时间
中，如果超调过大会导致膜泡与稳泡器刮擦，产生破 近我们的控制需求。 Analogjudgetime 模拟量输入端滤波时间
泡，另外，由于超调过大，导致第一个下调整偏离目 综合以上的仿真结果可知，在同样的 PI 值情况 Ultradiam 实际宽带输出
标值过大时，在实际应用中易造成膜泡脱离外风环的 下，采用积分分离的控制效果更佳，基本可以实现 0 通过宽带采集模块依次得到 3 个宽度，再对 3 个
吸附，从而产生膜泡振荡现象。从图 2(c) 上分析，可 超调和 3 mm 内的稳态误差，依据以上的仿真结果， 宽带进行平均值处理，得到膜泡的实际折径。宽度采
能是由于积分作用过强导致的超调，考虑将积分延时 对后面的软件设计提供了指导性的作用。 集模块重点的处理点在于宽度滤波处理，由于实际膜

泡在运过程中有抖动的现象，为获取一个稳定的宽度，
需要对运行过程中的信号干扰进行处理，本系统采用
20 点的平均滤波宽度，得到一个相对稳定的宽度值，
防止 PID 因实际宽度波动而产生的误动作。
图 3 折径计算原理图

（2）PLC 控制器
PLC 控制器采用西门子 1500 系列，PLC 是整个
系统的核心部件，其主要功能是对信号进行采集处理，
运算比对，最后再将控制结果传送到执行机构，并要
实现与触摸连接，接受触摸屏的实际指令并将相应的
状态反馈到触摸屏上显示。
（3）风机驱动器
驱动器采用西门子 G120 系统变频，驱动器与
PLC 采用 Profinet 连接，保证了信号传播的稳定性和
快速性
风机 ：本系统风机采用的普通的高压风机，通过
图 4 功能块图
控制风机风量的变化，保证膜泡稳定。
（4）触摸屏 （2） PID 运算模块
触摸屏采用西门子精简系列触摸屏，触摸屏主要 本系统 PID 采用西门子 PID_Compact 功能块，
图 2 控制系统阶跃响应曲线图

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