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基于虚拟仪器的流涎薄膜厚度测控系统
control system for the casting film thickness based on the virtual instrument
胥小勇,孙宇,蒋清海
XU Xiao-yong, SUN Yu, JIANG Qing-hai
(南京理工大学机械工程学院,南京210094)
摘要:本文厚度是海膜的重要指标之ー,在流延机れ薄膜生产过程中,厚度控制是一个非线性、时变和
大延误的复杂问题,它直接影响到薄膜产品的表观质量和力学性能,因此需要建立一套高可
華性杺高精度的厚度控系统。本文针对流涏机,介绍了蟆黁的测量和控制原理,运用虚拟
仪器技术开发出一套海膜厚度測控系统。它将N公司的采集板卡和控制板卡集成于工控机中
使用 labview软件编写可祝化的測控程序,并在其中使用了神经网络智能算法保证控制精度。
系统易于开发,性能稳定,具有很高的应用价值。
关键词:厚度控制;虚拟仪器; Labview;神经网络;流涎机
中图分类号:TP273
文献标识码:A文章编号:1009-0134(2012)04(上)-0046-04
Doi:10.3969/j:.issn.1009-0134.2012.4(上).15
0引言
最后卷取成为薄膜产品
赫出机风刀流沚冷
咡置
切边电晕装置张力毫引粗收幕机构
近年来,随着我国经济的快速发展,薄膜在
工业、农业、食品业和包装业等各行各业的使用
越来越广泛,对其质量要求也越来越高。流涎机
是使用流涎法生产塑料薄膜的专业设备,在其生
产过程中,薄膜厚度是相当关键的参数,若厚度均
匀性差,会导致薄膜收卷后卷面出现箍、暴筋或
图1流涎薄膜工艺流程
凹沟等不良缺陷"。因此,厚度控制直接影响到2厚度测控的原理
薄膜产品的表观质量、力学性能和应用效果等。
本文针对流涎机,运用虚拟仪器技术,开发
2.1测量原理
了一套薄膜厚度測控系统。它以工控机为载体,将
本系统使用β射线传感器来检测薄膜厚度,
NI公司的采集板卡和控制板卡集成于其中,使用
把传感器安装在与薄膜前进方向垂直的扫描架
labview软件编写可视化的测控程序,并在其中采上,在电机的带动下传感器定期巡回对海膜作横
用神经网络智能算法来保证厚度控制的精度。该系向扫描。因此,薄膜在前进时,传感器对薄膜形
统易于构建,性能稳定,且具有较高的控制精度和
成“之”字型的逐点扫描,实现对薄膜横向和纵
可靠性,能有效保证薄膜厚度的控制质量。
向同时的测量,如图2所示。
1流涎薄膜的生产工艺流程
电机上装有编码器,当传感器作横向移动
时,通过编码器的反馈信号,可确定所测薄膜厚
台多层共挤流涎薄膜机组的基本构成包度的横向坐标。
括:上料挤出系统、模头、正负压风刀、流涎成
型系统、薄膜测厚仪、电晕处理机、切边装置、
牵引及收卷机构等,如图1所示。
其主要工作原理是:物料经加热熔融后从模
具口挤出,成薄片状流涎至辊筒上,并在流涎
辊、冷却辊上冷却成型。成型后再经过多级牵引
机构、薄膜测厚、电晕处理机和张力控制机构,
β射线厚庭传器
传动辗膜
图2测量原理
改日期:2011-09-22
基金项目:国家科技重大专项(2010ZX04004-122
作者简介:胥小勇(198
男,博士研究生,研究方向为机械制造及自动化和系统智能控制。
【46】第34卷第4期2012-04(上)
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2.2控制原理
O,2;该信号向前输入到输出层,通过其各节点内
薄膜厚度的控制主要通过改变模口开口度来星权向量w1°得到该层输出O。反向过程是:厚
实现,而模口开口度则通过热膨胀螺栓來控制
度输出值y与设定值d相比较,得到误差信号6°
通过对模口的一排热膨胀螺栓进行加热,以改变由此可计算出输出层权值的调整量Δw1;误差信
模口的开口度大小。螺栓在模口上均匀分布,结号8通过隐层各节点的外星向量反传至隐层各节
构如图3所示。
点,得到隐层的误差信号6,由此可计算出隐层权
值的调整量Δw1。通过不断调整权值,使测得的
厚度不断接近设定值。BP网络的具体算法如下
bb·
隐层的输入输出分别为:
ne2"(k)=∑
1-3;i=1-8)
k)=f(ner"(k)(i=1-8)
输出层的输入输出分别为
模头
流涎辊
热膨胀螺栓
薄膜
ner"()=∑,wo?()(1=1-3;i=1l-8
图3控制原理图
°(k)=f(nct(k)(=1-3)
根据传感器测得的薄膜厚度和编码器反馈得
式中,(k)=k。の2(k)=k?の9(k)=k。
到的横向坐标,当厚度超过设定值时,加大电阻
隐层和输出层的转移函数f(x)均采用 igmoid函
丝的加热功率,螺栓膨胀使模口开口度减小,相数:f(x)1+e
应位置薄膜变薄;反之则使模口开口度增大,相
应位置薄膜变厚。
取性能指标函数:E(k)==(4(k)-y(k
2.3神经网络PID控制策略
输出层节点的权值调整量为:
由于从加热到模口开口度大小的数学关系复
OE()
杂,加热螺栓之间互相影响及其它因素的变化,
△w(k)=
+C△ws)(k-1)
薄膜厚度控制系统具有非线性、时变、大延误和
GE(k)oy(k)GAU(k
多变量耦合等特点。
ak)a△x(k)ao2(k)
针对上述特点,本文将每一个螺栓看成一个
ao°(k)ane(k)
(&)Ow(&
マ+△we(k-1)
独立的控制回路,采用神经网络PID算法,通过控
魚层节点的杈值调整量为
制螺栓的加热功率来控制薄膜厚度,保证其控制
OE(K)
精度,其控制原理如图4?所示。
厚度
螺栓加热功率
牵
aA(k)o°(k)
设定值d
PD热
?、收
机门卷
构
3硬件设计
薄膜厚度y
本文运用虚拟仪器技术,以工控机为载体,
图4神经网络PID算法控制器
利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件
本文采用基于BP算法的三层前馈网络模型,构成厚度测控系统。它使用集成化的虚拟仪器环
输入层、隐层和输出层的结构为3×8×3。输入的境与现实世界的信号相连,经软件分析、处理数
3个节点分别为厚度设定值d,厚度输出值y和误差据,再给出控制信号,实现量和控制功能,系
e,输出的3个节点分别为PID的参数k,k,kad。统硬件结构如图5所示
輪入信号(d,e,y)从输入层进入后,通过隐
采集板卡使用的是 N USB-6210,它是一个
层各节点的内星权向量wn得到该层的输出信号USB总线供电的多功能DAQ模块,连接方便。B
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