多層共擠中空塑料成型機(jī)綠色技術(shù)的科技創(chuàng)新分析研究

寧波海達(dá)塑料機(jī)械有限公司 張友根

多層共擠中空塑料成型使中空容器具有更優(yōu)異的阻隔性、阻氣性、防潮性、遮光性、保鮮性、健康性、無害性等綠色技術(shù)性能，實(shí)現(xiàn)中空容器減量化、資源節(jié)約化、廢棄物資源化的低碳革命、低碳經(jīng)濟(jì)、低碳包裝的可持續(xù)發(fā)展。多層共擠中空塑料容器在食品、化學(xué)品、化妝品、農(nóng)藥、酒類、醫(yī)藥衛(wèi)生、物流等中空包裝容器領(lǐng)域內(nèi)占的比例越來越大，展現(xiàn)了多層共擠塑料中空塑料成型機(jī)的廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)多層共擠中空塑料成型機(jī)市場(chǎng)被國(guó)際上著名公司占領(lǐng)，而且附加值高，塑料中空成型機(jī)進(jìn)口平均單價(jià)為出口平均單價(jià)的7.5倍，其主要因素是國(guó)內(nèi)多層共擠中空塑料成型機(jī)與國(guó)際先進(jìn)水平的綠色技術(shù)存在較大差距。綠色技術(shù)的開拓成為國(guó)內(nèi)多層共擠中空塑料成型機(jī)由低端走向高端的發(fā)展分向。多層共擠中空塑料成型機(jī)的綠色技術(shù)的科學(xué)發(fā)展原則是在傳統(tǒng)的技術(shù)原則、成本原則和人工工程學(xué)原則等基礎(chǔ)上納入生態(tài)環(huán)境原則，并將生態(tài)環(huán)境原則置于優(yōu)先考慮的地位，根據(jù)生態(tài)環(huán)境價(jià)值并利用現(xiàn)代科技的全部潛力，以現(xiàn)代能源技術(shù)、材料技術(shù)、生物技術(shù)、污染治理技術(shù)、資源回收技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)、清潔生產(chǎn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等科學(xué)技術(shù)為指導(dǎo)，以先進(jìn)的生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)減少環(huán)境污染，減少原材料、自然資源和能源使用，實(shí)現(xiàn)從根本上保護(hù)生態(tài)環(huán)境、防止污染、節(jié)約資源和能源，最終達(dá)到設(shè)備生命周期對(duì)資源和能源的最大利用、環(huán)境污染和排放的最小化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與人、自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境的和諧關(guān)系。

一、多層共擠中空塑料成型機(jī)的綠色技術(shù)的綠色設(shè)計(jì)原則

綠色設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)綠色技術(shù)的前提。多層共擠中空塑料成型機(jī)的綠色設(shè)計(jì)原則以生態(tài)環(huán)境體系為指導(dǎo)，在傳統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代化的全部科學(xué)的設(shè)計(jì)技術(shù)，在方案設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)中，不但要達(dá)到設(shè)備所要求的功能、性能，更重要的是預(yù)先防止設(shè)備制造及其成型工藝對(duì)生態(tài)、環(huán)境、能耗、資源、污染等生命周期全過程產(chǎn)生的負(fù)作用。

1.節(jié)能技術(shù)設(shè)計(jì)

多層共擠中空塑料成型機(jī)的節(jié)能技術(shù)，主要包含五個(gè)方面：節(jié)能成形技術(shù)；節(jié)能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；節(jié)能的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；節(jié)能的控制技術(shù)；能量回收利用技術(shù)。五者合為一體，才能達(dá)到完滿的節(jié)能性能。

2.可靠性設(shè)計(jì)

可靠性設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)整機(jī)各零件、部件、系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)使用壽命的合理化，資源節(jié)約化，把故障率降到可控制的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與人的和諧關(guān)系。國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的設(shè)備，絕大多數(shù)仍沿用傳統(tǒng)的安全系數(shù)的設(shè)計(jì)方法，普遍呈現(xiàn)使用材料不合理、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、熱處理選用不合理、強(qiáng)度剛度設(shè)計(jì)不合理等缺陷，導(dǎo)致設(shè)備質(zhì)量大、故障率高等問題。

3.材料選用設(shè)計(jì)

材料選用是綠色設(shè)計(jì)環(huán)境屬性的一個(gè)組成部分。在滿足使用功能的前提下，盡量減少材料的用量和品種，選用標(biāo)準(zhǔn)型材、型鋼，使用可再生、可回收、易于回收利用，易于修復(fù)、易于再制造的材料?？紤]使用壽命結(jié)束后，回收材料的處理和再利用實(shí)現(xiàn)第二次使用壽命。報(bào)廢材料的回收及回收工藝盡量不產(chǎn)生二次污染。

4.模塊化技術(shù)設(shè)計(jì)

模塊化技術(shù)設(shè)計(jì)是落實(shí)可拆卸性、可維修性的環(huán)境屬性的重要舉措。簡(jiǎn)化產(chǎn)品的連接結(jié)構(gòu)和部件數(shù)量，使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品由多個(gè)功能模塊組成。每個(gè)模塊材料力求材料統(tǒng)一，保證產(chǎn)品部件使用壽命的一致性，同時(shí)還要保證模塊之間的相似性、整體性，模塊產(chǎn)品造型采用系列化造型方法，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命周期，既減少能源的消耗又能減少空氣、水的污染。

5.零件工藝性設(shè)計(jì)

產(chǎn)品在設(shè)計(jì)應(yīng)該充分考慮工藝效率和能源消耗，考慮廢棄后產(chǎn)品零部件的有效回收，優(yōu)化零件制造工藝，精簡(jiǎn)工藝步驟，提高零件的合格率，減少零件在加工過程中污染的排放。力求零件加工過程中，實(shí)現(xiàn)切削材料最少化、能源消耗最小化、污染物的排放最少化。

6.清潔技術(shù)設(shè)計(jì)

塑料制品加工的污染已列入環(huán)境保護(hù)部、發(fā)展改革委、財(cái)政部三部委去年12月發(fā)布的《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》中的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。清潔技術(shù)設(shè)計(jì)顯得越來越重要，目的減少生產(chǎn)環(huán)境中的污染物排放。

應(yīng)用無環(huán)境污染的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)無環(huán)境污染的傳動(dòng)系統(tǒng)，達(dá)到設(shè)備運(yùn)行不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染；液壓傳動(dòng)系統(tǒng)防滲、防漏、防污、防噪等環(huán)境設(shè)計(jì)。

表面處理綠色技術(shù)設(shè)計(jì)包括：

先進(jìn)的表面處理工程技術(shù)：納米表面處理工程技術(shù)；高速電弧噴涂技術(shù)；納米電刷鍍技術(shù)；納米減摩自修復(fù)添加劑技術(shù)等等。

設(shè)備表面綠色技術(shù)，對(duì)涂裝提出了更高的要求。

學(xué)習(xí)新型涂料的噴涂工藝，及時(shí)更新已經(jīng)習(xí)慣了的傳統(tǒng)低檔噴涂手法。推廣高壓無氣噴涂、靜電噴涂等低污染噴涂技術(shù)。

7.清潔生產(chǎn)設(shè)計(jì)

多層共擠中空塑料成型機(jī)清潔生產(chǎn)技術(shù)設(shè)計(jì)就是把設(shè)備在成型加工過程中對(duì)環(huán)境的污染及交叉污染降到不斷發(fā)展的清潔度標(biāo)準(zhǔn)上；根據(jù)設(shè)備成型加工的不同對(duì)象的清潔度要求，采用不同的清潔度標(biāo)準(zhǔn)。

1）清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)

食品、飲料、醫(yī)療塑料制品對(duì)潔凈度有很高的要求，成型設(shè)備應(yīng)符合清潔、衛(wèi)生要求，防止對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生污染及交叉污染，達(dá)到清潔生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。按照GMP的要求，制定成型潔凈包裝制品的設(shè)備的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范凈房注塑包裝設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測(cè)、驗(yàn)收。潔凈醫(yī)療塑料制品成型設(shè)備必須達(dá)到美國(guó)US聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209E和國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 14644-1的要求，符合GMP認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求。食品、飲料塑料包裝制品注塑成型設(shè)備應(yīng)符合《食品用包裝、容器、工具等制品生產(chǎn)許可通則》、《食品用塑料包裝、容器、工具等制品生產(chǎn)許可審查細(xì)則》及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等的具體要求。

2）整套清潔生產(chǎn)技術(shù)設(shè)計(jì)方案

設(shè)備制造企業(yè)必須提供從原料的儲(chǔ)存、干燥、制品成型及儲(chǔ)存等完整的整清潔解決方案。

制品功能的潔凈特殊性，要求主機(jī)廠商能夠提供可實(shí)現(xiàn)潔凈生產(chǎn)的全套成型加工方案生產(chǎn)線，包括清潔多層共擠中空塑料成型機(jī)、潔凈室及周邊設(shè)備等。主機(jī)廠商需與其他相關(guān)設(shè)備廠商展開廣泛的聯(lián)合開發(fā)和制造，共同研發(fā)清潔生產(chǎn)線。

8.再制造技術(shù)設(shè)計(jì)

每種設(shè)備運(yùn)行中，不可避免都有一些易損金屬零件。習(xí)慣的做法是易損件一次壽命法，即易損件達(dá)到使用壽命，用新的零件更換。在技術(shù)設(shè)計(jì)中也沒有考慮易損如何實(shí)現(xiàn)二次使用壽命，甚至三次使用壽命，以及廢棄后的回收技術(shù)。

二、智能化實(shí)現(xiàn)多層共擠中空成型機(jī)的綠色技術(shù)科學(xué)化發(fā)展的分析研究

智能化使多層中空成型實(shí)現(xiàn)最低能耗、最佳質(zhì)量、最佳清潔環(huán)保性能、最低資源消耗，即是綠色技術(shù)達(dá)到完美的境界。

多層共擠中空成型機(jī)智能化以成型加工塑料容器為目標(biāo)，設(shè)備具有感知、分析、推理、決策、控制功能的“人腦”智能，自動(dòng)檢測(cè)制品的質(zhì)量、自動(dòng)修正成型工藝參數(shù)、“智”適應(yīng)成型加工環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人為設(shè)定的預(yù)期目標(biāo)。

智能化系統(tǒng)是把先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、視覺技術(shù)等高度融合集成為一體，通過技術(shù)與裝備集成，實(shí)現(xiàn)新型塑料制品及塑料制品新型加工的方法與機(jī)理、加工工藝與技術(shù)的多技術(shù)交叉融合?；跍囟?、壓力、流量、體積、流速、應(yīng)力等多工藝參數(shù)數(shù)據(jù)的深度融合，并及時(shí)對(duì)外部指令做出響應(yīng)、完成指令動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備自身狀態(tài)的調(diào)節(jié)、控制、監(jiān)控和診斷。

智能化系統(tǒng)的開發(fā)是一個(gè)難度極高的現(xiàn)代高科技的系統(tǒng)工程?，F(xiàn)在小閉環(huán)控制系統(tǒng)的開發(fā)為今后實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的智能化控制打下了基礎(chǔ)，越深入，技術(shù)難度越高越復(fù)雜。

1.智能化成型加工技術(shù)體系

多層共擠中空成型機(jī)智能化系統(tǒng)包括了很多的子系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)集成起來成為一個(gè)全方位的智能化整體。實(shí)現(xiàn)分支的智能化，才能實(shí)現(xiàn)全方位的智能化。不同的成型工藝、容器，智能化的系統(tǒng)也不一樣。

（1）塑化擠出智能化主要技術(shù)體系

塑化擠出智能化是實(shí)現(xiàn)型坯擠出成型智能化的重要組成環(huán)節(jié)。多層共擠中空成型的塑化擠出控制技術(shù)參數(shù)：擠出率，擠出質(zhì)量。塑化擠出智能化就是以設(shè)定的擠出率和擠出質(zhì)量為控制參數(shù)，實(shí)時(shí)智能檢測(cè)、分析、推理，實(shí)時(shí)做出調(diào)整相關(guān)技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)擠出率和擠出質(zhì)量在實(shí)時(shí)要求精度內(nèi)。

塑化擠出智能化系統(tǒng)就是把上述系統(tǒng)組合為一體，由中央控制系統(tǒng)按設(shè)定的塑化技術(shù)參數(shù)，對(duì)各控制器集中控制，組成一個(gè)全閉環(huán)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

1）塑化質(zhì)量智能化控制技術(shù)體系

塑化擠出的質(zhì)量具體體現(xiàn)在熔融料的PVT（壓力、熱比容、溫度）等三個(gè)技術(shù)參數(shù)，三個(gè)技術(shù)參數(shù)互相關(guān)聯(lián)，其中一個(gè)參數(shù)恒定，其余兩個(gè)參數(shù)也得到恒定。傳統(tǒng)通過控制機(jī)筒加熱溫度及塑化螺桿轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)塑化質(zhì)量的控制，塑化溫度為間接控制，轉(zhuǎn)速為開環(huán)控制，實(shí)際上熔融料PVT得不到有效的實(shí)時(shí)控制。擠出塑化智能化直接把熔融料PVT中的一個(gè)技術(shù)參數(shù)作為控制對(duì)象，實(shí)時(shí)檢測(cè)并反映給中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)接到信息后，實(shí)時(shí)分析、推理，根據(jù)設(shè)定的控制對(duì)象的技術(shù)參數(shù)，實(shí)時(shí)作出機(jī)筒塑化加熱溫度、塑化螺桿轉(zhuǎn)速的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的塑化質(zhì)量目標(biāo)。

2）擠出率智能化控制技術(shù)體系

連續(xù)性多層共擠中空成型對(duì)塑化擠出率及穩(wěn)定性有嚴(yán)格要求，調(diào)整的技術(shù)參數(shù)為螺桿轉(zhuǎn)速。智能化擠出率控制即實(shí)時(shí)檢測(cè)擠出率、分析、推理，實(shí)時(shí)做出調(diào)整塑化螺桿轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的塑化擠出率目標(biāo)。

3）喂料控制系統(tǒng)智能化主要技術(shù)體系

喂料控制系統(tǒng)智能化是實(shí)現(xiàn)擠出率控制智能化的環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)的喂料控制PLC系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)定的加料量，自動(dòng)調(diào)整加料的螺桿轉(zhuǎn)速。智能化計(jì)量加料控制系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)定的塑化擠出參數(shù)（流率、機(jī)頭壓力等），并實(shí)時(shí)檢測(cè)、分析、推理，實(shí)時(shí)調(diào)整加料螺桿的轉(zhuǎn)速，達(dá)到塑化擠出參數(shù)的精度。

4）實(shí)時(shí)性塑化擠出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

動(dòng)力驅(qū)動(dòng)只有達(dá)到控制智能化的實(shí)時(shí)性的動(dòng)態(tài)性能要求，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化。塑化擠出、加料配料的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)采用實(shí)時(shí)性的高動(dòng)態(tài)反映性能的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，才能達(dá)到動(dòng)態(tài)性能要求。

5）實(shí)時(shí)性加熱系統(tǒng)

溫度實(shí)時(shí)性指系統(tǒng)的加熱溫度與系統(tǒng)的控制系統(tǒng)兩者之間動(dòng)態(tài)反映同步。實(shí)時(shí)性是衡量加熱系統(tǒng)性能的標(biāo)志，直接關(guān)系到實(shí)現(xiàn)智能化溫度控制的實(shí)現(xiàn)。

傳統(tǒng)的電阻絲加熱件熱慣性大，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)性能差，達(dá)不到控制智能化的靈敏精確的控制要求，導(dǎo)致溫度信息反饋實(shí)時(shí)誤差。電磁感應(yīng)加熱具有良好的實(shí)時(shí)性能，是智能化加熱系統(tǒng)的優(yōu)先選擇。

（2）多層共擠型坯智能化控制主要技術(shù)體系

擠出型坯的控制的技術(shù)參數(shù)：型坯形狀曲線，壁厚。

傳統(tǒng)的伺服型坯控制系統(tǒng)是依據(jù)設(shè)定的形狀曲線、把曲線分成多點(diǎn)、通過伺服系統(tǒng)調(diào)整口模間隙而實(shí)現(xiàn)，實(shí)際生產(chǎn)中，由于不確定的干擾因素?zé)o法預(yù)測(cè)，實(shí)際擠出型坯的技術(shù)參數(shù)與設(shè)定的型坯技術(shù)參數(shù)兩者之間的差異較大。

擠出型坯智能化控制是依據(jù)設(shè)定的型坯技術(shù)參數(shù)、把型坯擠出時(shí)間分成多段，應(yīng)用視覺技術(shù)等實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)際擠出型坯的動(dòng)態(tài)技術(shù)參數(shù)（形狀、壁厚）并把信息反饋給中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)接到信息后，實(shí)時(shí)分析、推理，根據(jù)設(shè)定的型坯的技術(shù)參數(shù)，做出實(shí)時(shí)調(diào)整擠出速率、溫度、口模間隙等有關(guān)技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的目標(biāo)。

1）連續(xù)擠出式多層型坯的智能化控制

連續(xù)擠出式多層型坯智能化控制是依據(jù)設(shè)定的型坯技術(shù)參數(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)際擠出型坯的技術(shù)參數(shù)并把信息反饋給中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)接到信息后，實(shí)時(shí)分析、推理，根據(jù)設(shè)定的技術(shù)參數(shù)，做出塑化擠出轉(zhuǎn)速、加熱溫度、口模間隙、壁厚伺服驅(qū)動(dòng)等技術(shù)參數(shù)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的型坯技術(shù)參數(shù)。擠出流量實(shí)時(shí)性，涉及到流量檢測(cè)、加熱溫度及檢測(cè)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)等實(shí)時(shí)性能，其中任何一類的性能達(dá)不到實(shí)時(shí)性能，整個(gè)系統(tǒng)的智能化控制就不能實(shí)現(xiàn)。伺服交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)性能優(yōu)及能量利用率高的特性，用于塑化擠出是綠色化技術(shù)的發(fā)展方向。

2）儲(chǔ)料缸式擠出型坯的智能化控制

儲(chǔ)料缸式擠出型坯智能化控制與連續(xù)式擠出型坯智能化控制不同之處，連續(xù)式擠出型坯為塑化擠出直接為型坯，儲(chǔ)料缸式擠出型坯為伺服擠出儲(chǔ)料為型坯。儲(chǔ)料式擠出型坯智能化控制是依據(jù)設(shè)定的型坯技術(shù)參數(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)際擠出型坯的技術(shù)參數(shù)并把信息反饋給中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)接到信息后，實(shí)時(shí)分析、推理，根據(jù)設(shè)定的技術(shù)參數(shù)，做出伺服缸擠出速度、模頭加熱、口模間隙、壁厚伺服驅(qū)動(dòng)等技術(shù)參數(shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的型坯技術(shù)參數(shù)。儲(chǔ)料式擠出型坯的電液伺服系統(tǒng)中，伺服閥是實(shí)現(xiàn)電液轉(zhuǎn)換的實(shí)時(shí)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響到伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，應(yīng)具備響應(yīng)時(shí)間≤10ms的性能。

（3）吹塑系統(tǒng)控制智能化的主要技術(shù)體系

傳動(dòng)的吹塑技術(shù)參數(shù)經(jīng)人為設(shè)定后成為固定值。智能化吹塑系統(tǒng)是實(shí)時(shí)檢測(cè)型坯的溫度、壁厚、環(huán)境溫度，自動(dòng)推理吹氣壓力、吹氣量、保壓定型時(shí)間，調(diào)整壓縮機(jī)、冷水機(jī)等運(yùn)行的技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)以最低能耗、最短時(shí)間成型容器。

2.PID控制的智能化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用的分析研究

經(jīng)典的PID控制都建立在被控對(duì)象精確模型（傳遞函數(shù)和狀態(tài)方程）的基礎(chǔ)上，對(duì)多層共擠中空塑料成型機(jī)的復(fù)雜系統(tǒng)，特別是實(shí)現(xiàn)智能化控制系統(tǒng)，建立其數(shù)學(xué)模型比較困難，有時(shí)甚至是不可能的，明顯呈現(xiàn)出控制性能的不足，也就無法實(shí)現(xiàn)期望的自動(dòng)控制。在計(jì)算機(jī)技術(shù)的充分應(yīng)用的前提下，在經(jīng)典PID控制的基礎(chǔ)上，把自矯正技術(shù)、模糊控制、專家控制、智能控制等用于PID，微分信號(hào)產(chǎn)生的質(zhì)量更高，打破了經(jīng)典PID控制系統(tǒng)的局限性，實(shí)現(xiàn)PID智能化控制的科學(xué)發(fā)展。

實(shí)時(shí)性是PID智能化控制的主要技術(shù)性能指標(biāo)，包括兩個(gè)內(nèi)容：穩(wěn)態(tài)精度，即穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；穩(wěn)態(tài)時(shí)間，即系統(tǒng)階躍快速收斂時(shí)間。

（1）實(shí)時(shí)性溫度控制算法及應(yīng)用技術(shù)

溫度是一個(gè)非線性、大慣性、純滯后、相鄰段有較強(qiáng)耦合的難控對(duì)象，經(jīng)典的PID控制使系統(tǒng)的超調(diào)量變大、過渡過程時(shí)間增長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性差。應(yīng)用與開發(fā)實(shí)時(shí)性溫度控制軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性穩(wěn)定控制。下面舉二例實(shí)時(shí)性溫度控制算法，供參考。

1）實(shí)時(shí)性溫度控制的模糊變系數(shù)PID互聯(lián)算法

模糊控制運(yùn)用模糊集合論模擬操作人員的操作和決策，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，相對(duì)于傳統(tǒng)的PID控制具有更好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能，控制精度也大為提高。傳統(tǒng)的PID控制器依賴被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，當(dāng)應(yīng)用在復(fù)雜的、非線性、大遲滯的塑化擠出加熱系統(tǒng)時(shí)難以達(dá)到良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

將模糊控制和PID控制相結(jié)合為互聯(lián)算法，采用以模糊控制方式在線調(diào)整PID參數(shù)的控制算法，能使模糊控制器根據(jù)工藝生產(chǎn)實(shí)際情況實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，以達(dá)到調(diào)節(jié)和控制作用的實(shí)時(shí)性最優(yōu)。PID參數(shù)調(diào)節(jié)則由模糊控制器根據(jù)偏差和偏差變化率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，同時(shí)把模糊自整定控制器的模糊部分按比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)，分成3部分，分別由相應(yīng)的子推理器來實(shí)現(xiàn)。模糊變系數(shù)PID的過渡過程時(shí)間、最大偏差，余差調(diào)節(jié)等動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性指標(biāo)均明顯優(yōu)于PID控制，具有較好的自適應(yīng)能力和魯棒性，其超調(diào)量精度為0.30C，穩(wěn)態(tài)精度≤10C，過渡過程的動(dòng)、靜態(tài)性能優(yōu)良。

2）提高溫度動(dòng)態(tài)波動(dòng)精度的統(tǒng)計(jì)過程控制系統(tǒng)（Statistician Process Control）

這是一種基于預(yù)先預(yù)測(cè)過程發(fā)展趨勢(shì)的先進(jìn)控制方法，可比常規(guī)的邏輯程序控制方法的控制精度提高80%以上。采用SPC控制系統(tǒng)，可以將擠出溫度的波動(dòng)控制在±1℃以內(nèi)。

（2）型坯壁厚伺服控制的非線性PID控制

型坯壁厚控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的電液伺服系統(tǒng)，壁厚分布曲線的很小陡變會(huì)引起制品較大的變化。經(jīng)典的PID控制采用“線性組合”形式產(chǎn)生的控制量，常引起快速性和超調(diào)量及準(zhǔn)確性之間的矛盾，比如可能會(huì)引起控制回路自激震蕩，也會(huì)引起瞬態(tài)互調(diào)的失真，使被控對(duì)象出現(xiàn)損害的幾率更高，達(dá)不到制品壁厚的設(shè)定技術(shù)要求。

非線性PID的設(shè)計(jì)是在經(jīng)典PID基礎(chǔ)之上，使用一種新的非線性機(jī)構(gòu)—非線性跟蹤／微分器來產(chǎn)生控制新的基本要素，并利用這些新的要素的“非線性組合”方式來改進(jìn)經(jīng)典PID調(diào)節(jié)器，在經(jīng)典PID控制器的線性區(qū)間使用非線性組合，使其適應(yīng)性和魯棒性得以大幅度提高，有效地克服了電液伺服系統(tǒng)存在的大慣性、滯后性的缺陷，提高系統(tǒng)魯棒性能及自適應(yīng)性能，對(duì)傳統(tǒng)PID控制器的比例、積分、微分系數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，保證在誤差較大時(shí)能夠快速收斂，提高了跟蹤能力，精確地實(shí)時(shí)達(dá)到型坯壁厚的控制要求?？刂葡到y(tǒng)定義每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和循環(huán)時(shí)間，實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，循環(huán)時(shí)間最短可達(dá)1ms，使整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得到了優(yōu)化；實(shí)現(xiàn)多通道的串口通訊功能；實(shí)時(shí)地顯示設(shè)備狀態(tài)、操作指示、參數(shù)設(shè)定、動(dòng)作流程、統(tǒng)計(jì)資料、警報(bào)信息及簡(jiǎn)易報(bào)表等內(nèi)容；配以觸摸屏，各種參數(shù)的設(shè)定、按鈕開關(guān)的運(yùn)用、壁厚控制曲線的顯示以及報(bào)警信息等都可由該觸摸屏來完成，觸摸屏上設(shè)定各種函數(shù)曲線，為壁厚圖形的編輯提供了十分有利的工作平臺(tái)；PLC控制器在接收到人機(jī)界面設(shè)定的曲線數(shù)據(jù)和參數(shù)信息后，控制伺服閥，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)并達(dá)到預(yù)設(shè)的口模間隙。

非線性PID控制系統(tǒng)存在著快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾，在未來的發(fā)展道路上，設(shè)計(jì)一些基于偏差的比例、積分和微分的非線性控制模塊，并由這些模塊以合適的方式組合出控制律是一個(gè)需要解決的課題。

（3）伺服交流電機(jī)的回推非線性PID復(fù)合控制

伺服交流電機(jī)（PMSM）控制結(jié)構(gòu)一般由電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)組成的三環(huán)串級(jí)結(jié)構(gòu)。其控制策略一般電流環(huán)采用滯環(huán)控制方式，速度環(huán)采用PI控制規(guī)律，以保證進(jìn)行穩(wěn)定的速度控制。位置環(huán)通常采用比例控制規(guī)律來保證位置控制的高精度和良好的跟蹤性能。但是由于其速度環(huán)和電流環(huán)的非線性耦合等因素的影響，系統(tǒng)的快速性和抗干擾能力及對(duì)系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)的魯棒性都不夠理想?；赝扑惴ú捎梅聪蜻f推的設(shè)計(jì)原則，把狀態(tài)坐標(biāo)的變化、不確定參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)函數(shù)和已知Lyapunov函數(shù)的虛擬控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定函數(shù)等聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全局調(diào)節(jié)或跟蹤。在大誤差下利用回推控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)全局漸近穩(wěn)定，同時(shí)防止出現(xiàn)溢出現(xiàn)象；誤差較小時(shí)則利用非線性PID的自調(diào)整能力；誤差設(shè)定值以外的情況，通過回推算法使得系統(tǒng)誤差快速收斂到設(shè)定值以內(nèi)，提高了跟蹤能力，保證了非線性PID的調(diào)節(jié)作用。通過非線性PID的自調(diào)整能力，調(diào)節(jié)控制參數(shù)，以適應(yīng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間中系統(tǒng)位置的變化，減少了控制效果對(duì)人為因素的依賴，使電機(jī)達(dá)到比較理想的位置響應(yīng)實(shí)時(shí)性能。

（4）提高擠出流量測(cè)量抗干擾性能的改進(jìn)型限幅一遞推平均濾波控制

精確測(cè)量擠出流量并實(shí)時(shí)提供給中央處理器正確的信息，達(dá)到實(shí)時(shí)精確調(diào)整螺桿塑化轉(zhuǎn)速、加熱溫度，實(shí)現(xiàn)擠出流量按設(shè)定的型坯技術(shù)要求擠出。常用的失重式計(jì)量加料系統(tǒng)在線測(cè)量進(jìn)料量時(shí)，采集的擠出流量值不可避免的帶有一些擠出過程的波動(dòng)和控制系統(tǒng)干擾因素引起的偏差，降低了擠出流量測(cè)量的精確性。目前常用處理干擾信號(hào)的數(shù)字濾波主要算法有限幅濾波法和遞推平均濾波法，由于單純糅合兩種數(shù)字濾波算法并不能很好的抑制擠出過程中的干擾。北京化工大學(xué)針對(duì)控制系統(tǒng)中周期性干擾、隨機(jī)脈沖干擾與機(jī)械傳動(dòng)中的振動(dòng)干擾，提出改進(jìn)型限幅一遞推平均濾波算法，來抑制失重式計(jì)量加料系統(tǒng)中波動(dòng)和控制系統(tǒng)帶來的干擾信號(hào)，提高在線擠出流量測(cè)量精度。原限幅一遞推平均濾波處理后，擠出流量測(cè)量平均偏差分?jǐn)?shù)為3.6%；改進(jìn)型限幅一遞推平均濾波處理后，擠出流量平均測(cè)量偏差分?jǐn)?shù)為1.2%，同比前者的測(cè)量精度提高3倍。

（5）智能功能的預(yù)測(cè)控制

預(yù)測(cè)控制（Model Algorithm Control-MAC）近年來發(fā)展起來的一類新型的計(jì)算機(jī)控制算法。預(yù)測(cè)控制由于它采用多步測(cè)試、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正等控制策略，具有很強(qiáng)的抗干擾能力和魯棒性，是對(duì)傳統(tǒng)的PID控制的革命，也是實(shí)現(xiàn)工程塑料制品高精度化的革命。預(yù)測(cè)控制根據(jù)設(shè)定的成型加工的工藝曲線（速度、壓力、溫度、位移等成型工藝參數(shù)），預(yù)測(cè)環(huán)境的變化規(guī)律并自我調(diào)整，實(shí)現(xiàn)智能控制，其穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制；可以有效地消除和減小由于機(jī)械的因素和外部擾動(dòng)對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制的不利影響，大幅度提高成型加工的重復(fù)精度；成型曲線的重現(xiàn)性，基本處于無能量損耗的成型加工，提高制品成品率及質(zhì)量一致性。

（6）視覺技術(shù)的應(yīng)用及研發(fā)

視覺技術(shù)是實(shí)現(xiàn)類似人類視覺（眼睛+視覺神經(jīng)中樞+視覺神經(jīng)細(xì)胞）的功能，機(jī)器視覺是實(shí)現(xiàn)真正意義的智能化檢測(cè)和重要的質(zhì)量控制技術(shù)。視覺系統(tǒng)由鏡頭，像機(jī)和控制器構(gòu)成的機(jī)器視覺替代人工，根據(jù)物體在一定環(huán)境下得到的畫面進(jìn)行尺寸，缺陷，種類，匹配，文字等各種參數(shù)的測(cè)量和判別，在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內(nèi)存中存儲(chǔ)的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，以做出分析。作為高精度、非接觸的測(cè)量系統(tǒng)，視覺系統(tǒng)涉及到視覺、光學(xué)和圖像處理，機(jī)器視覺與運(yùn)動(dòng)控制、智能通信等先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合正在推動(dòng)著工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的面貌的提升，視覺技術(shù)與成型加工相結(jié)合，成為實(shí)現(xiàn)智能化不可缺少的技術(shù)。

Amcor公司紅外視覺在線檢測(cè)系統(tǒng)，不僅可以檢測(cè)擠吹成型瓶子內(nèi)外部的尺寸變化和污染情況，甚至還可以檢查出瓶壁中的污染物。

（7）感測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及研發(fā)

感測(cè)（sensing）技術(shù)是智能化控制系統(tǒng)的重要組成部分。如果沒有先進(jìn)的感測(cè)技術(shù)，一切準(zhǔn)確的測(cè)試與控制都將無法實(shí)現(xiàn)，即使最現(xiàn)代化的電子計(jì)算機(jī)，沒有準(zhǔn)確的信息（或轉(zhuǎn)換可靠的數(shù)據(jù)），不失真的輸入，也將無法充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

感測(cè)系統(tǒng)包括傳感器、變送器。傳感器對(duì)被測(cè)的原始信息進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換。變送器把傳感器的直接輸出進(jìn)行放大及電平搬移以得到所需的電壓輸出范圍，以供給二次儀表進(jìn)行測(cè)量、指示和過程調(diào)節(jié)。

近年來，塑料機(jī)械感測(cè)技術(shù)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。塑化擠出專用的高溫熔體壓力傳感器，隔離結(jié)構(gòu)零點(diǎn)滿度可調(diào)節(jié)多種放大信號(hào)輸出，自校準(zhǔn)良好的穩(wěn)定性和抗干擾能力量程，將壓力轉(zhuǎn)換為無干擾的放大信號(hào)，直接輸入上位機(jī)控制系統(tǒng)。深圳市貝斯特寧科技有限公司，采用世界領(lǐng)先的納米級(jí)化工導(dǎo)電材料及貴金屬耐磨新材料科學(xué)組合，制造出高精密、高線性度、長(zhǎng)壽命（耐磨壽命一億次）的電子尺。

感測(cè)元件的合理選用。感測(cè)元件的種類及品種繁多，原理也各式各樣。根據(jù)測(cè)量對(duì)象的要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇測(cè)量精度和范圍。但無論何種條件、場(chǎng)合使用的傳感器，均要求其性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠，經(jīng)久耐用。

3.智能化服務(wù)技術(shù)體系的發(fā)展及應(yīng)用的分析研究

基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及無線技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控智能化管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的技術(shù)數(shù)據(jù)，將設(shè)備系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)傳遞出去，與其余設(shè)備系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)；軟件遠(yuǎn)程自動(dòng)升級(jí)；實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、服務(wù)的新模式。技術(shù)人員利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行高級(jí)過程控制、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、管理和維護(hù)生產(chǎn)過程、提高設(shè)備利用率，最終提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

智能化服務(wù)技術(shù)體系不但節(jié)省人力和財(cái)力、消除一些人為的不確定因素，而且實(shí)現(xiàn)設(shè)備生命周期的最長(zhǎng)化。

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)控智能化管理系統(tǒng)的技術(shù)體系

實(shí)現(xiàn)維修遠(yuǎn)程化，不但減少了維修投入，更可簡(jiǎn)化故障檢查流程、方便故障研究、實(shí)現(xiàn)故障快速排除。德國(guó)考特斯機(jī)械制造有限公司多層共擠中空機(jī)配備了歐洲產(chǎn)先進(jìn)的可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制、診斷功能的帶有內(nèi)置MODEM的100點(diǎn)壁厚控制系統(tǒng)。美國(guó)MOOG公司具有遠(yuǎn)程診斷功能的模塊化的多軸伺服整機(jī)控制器TMC-4，基于PC的人機(jī)界面以及兼容IEC61131-3的開發(fā)環(huán)境，不但實(shí)現(xiàn)更高的閉環(huán)控制精度，而且客戶可根據(jù)自己設(shè)備的特點(diǎn)及要求編寫程序。陜西秦川機(jī)械發(fā)展股份有限公司開發(fā)的SCJ2300B中空機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過MODEM實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以對(duì)PLC的程序讀寫，監(jiān)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程、調(diào)試、實(shí)時(shí)控制，及時(shí)消除隱患，提高系統(tǒng)的可靠性。

（2）智能化再制造技術(shù)

智能化再制造技術(shù)把再制造提高到一個(gè)更高的綠色技術(shù)科學(xué)化的水平。智能化再制造技術(shù)包括：虛擬再制造；柔性再制造；網(wǎng)絡(luò)化再制造；快速響應(yīng)再制造；快速再制造成形系統(tǒng)；信息化再制造。

三、結(jié)語

多層共擠中空塑料成型機(jī)的發(fā)展以綠色技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。多層共擠中空塑料成型機(jī)的綠色技術(shù)持續(xù)過程中不斷發(fā)展，其內(nèi)涵與外延也在不斷地動(dòng)態(tài)變化和發(fā)展。特別是由于人們對(duì)環(huán)境的價(jià)值觀不斷進(jìn)步，而以之為價(jià)值基礎(chǔ)的綠色技術(shù)也隨之變革。

多層共擠中空塑料成型機(jī)綠色技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，以終端制品的綠色技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，把制品、原料、設(shè)備、成型工藝等研發(fā)作在線無縫結(jié)合的資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的全套綠色化技術(shù)方案開發(fā)，推動(dòng)多層共擠中空塑料成型機(jī)綠色技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。