本發(fā)明屬于擠出控制技術領域，尤其涉及一種擠出生產線協(xié)同控制的方法及系統(tǒng)。

背景技術：

擠出生產線是用來生產塑料管材、板材、型材、纜線等產品的加工生產線。擠出生產線包括主機(擠出機)和周邊輔機。輔機主要包含上料機、冷卻裝置、牽引機、切割機、輸送帶等。現(xiàn)有擠出生產線的擠出主機和所有輔機都是獨立控制的，即每一臺設備都配備一個獨立的控制器進行控制，在生產的過程中，現(xiàn)場操作人員需要根據產品的質量要求，憑借經驗依次對設備進行參數(shù)設定和調試，即通過人工控制各臺設備的協(xié)同工作。

擠出產品一般需要穩(wěn)定的產品質量，不同類型的產品具有不同的質量指標，例如棒材直徑、管材內外徑、板材厚度等等，質量的穩(wěn)定性由生產線上各臺設備的控制精度決定，包括整條生產線所涉及的溫度控制，以及擠出主機的螺桿轉速控制和牽引機、切割機的控制。現(xiàn)有擠出生產線各臺設備都是由獨立控制器來完成，整條生產線無法實現(xiàn)自動協(xié)同操作，而且，缺乏對擠出產品質量的直接閉環(huán)控制，只是通過控制溫度、擠出機的螺桿轉速和牽引機的牽引速度而達到間接控制的目的。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種擠出生產線協(xié)同控制的方法及系統(tǒng)，可以提高擠出生產過程的自動化、智能化水平，提高產品質量的穩(wěn)定性，降低生產過程中的廢品率。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

本發(fā)明實施例提供了一種擠出生產線協(xié)同控制的方法，包括：

協(xié)同控制系統(tǒng)基于預先設置的溫度設定值控制料筒溫度和模頭溫度，并控制料筒溫度和模頭溫度穩(wěn)定在溫度設定值；

在控制料筒溫度和模頭溫度穩(wěn)定在溫度設定值后，協(xié)同控制系統(tǒng)開啟擠出機的電機，使螺桿旋轉，并控制模頭壓力穩(wěn)定在預先設置的壓力設定值；

在控制模頭壓力的同時，協(xié)同控制系統(tǒng)基于設置的質量設定值調節(jié)牽引機的牽引速度，使擠出產品質量穩(wěn)定在設置的質量設定值。

所述方法還包括：

基于協(xié)同控制系統(tǒng)的gui界面接收用戶輸入的控制指令，所述控制指令包括：擠出產品設置指令、溫度設定值設置指令、壓力設定值設置指令、質量設定值設置指令、產品切割長度設定值設置指令。

所述控制料筒溫度和模頭溫度穩(wěn)定在溫度設定值包括：

協(xié)同控制系統(tǒng)基于料筒上的溫度傳感器實時獲取料筒溫度值，協(xié)同控制系統(tǒng)將所述料筒溫度值與設置的料筒溫度設定值進行比較，并基于溫控系統(tǒng)使料筒溫度穩(wěn)定在設置的料筒溫度設定值；

協(xié)同控制系統(tǒng)基于模頭上的溫度傳感器實時獲取模頭溫度值，協(xié)同控制系統(tǒng)將所述模頭溫度值與設置的模頭溫度設定值進行比較，并基于溫控系統(tǒng)使模頭溫度穩(wěn)定在設置的模頭溫度設定值。

所述控制模頭壓力穩(wěn)定在設置的壓力設定值包括：

基于模頭上的壓力傳感器實時獲取模頭壓力值；

協(xié)同控制系統(tǒng)將所述模頭壓力值與設置的壓力設定值進行比較，通過調節(jié)螺桿轉速控制，使模頭壓力穩(wěn)定在設置的模頭壓力設定值。

所述控制模頭壓力穩(wěn)定在設置的壓力設定值包括：

采用模型預測控制方法控制模頭壓力穩(wěn)定在設置的壓力設定值；或者采用pid控制方法控制模頭壓力穩(wěn)定在設置的壓力設定值。

在控制牽引速度穩(wěn)定生產過程中，協(xié)同控制系統(tǒng)基于設置的長度設定值控制切割機切割擠出產品的長度。

所述方法還包括：

監(jiān)測擠出生產線生產過程是否存在異常，在出現(xiàn)異常時，自動診斷出導致異常的原因。

相應的，本發(fā)明還提供了一種擠出生產線協(xié)同控制系統(tǒng)，包括：

溫度控制單元，用于基于設置的溫度設定值控制料筒溫度和模頭溫度，并控制料筒溫度和模頭溫度穩(wěn)定在溫度設定值；

壓力控制單元，用于控制模頭壓力值穩(wěn)定在設置的壓力設定值；

質量控制單元，用于在控制模頭壓力值穩(wěn)定在設置的壓力設定值時，基于設置的質量設定值調節(jié)牽引機的牽引速度，使擠出產品質量穩(wěn)定在設置的質量設定值。

所述系統(tǒng)還包括：

gui模塊，用于顯示生產過程狀態(tài)信息和接收用戶輸入的控制指令，所述控制指令包括：擠出產品設置指令、溫度設定值設置指令、壓力設定值設置指令、質量設定值設置指令、產品切割長度設定值設置指令。

所述系統(tǒng)還包括：

長度控制單元，用于在控制牽引速度穩(wěn)定生產過程中，基于設置的長度設定值控制切割機切割擠出產品的長度；

監(jiān)測單元，用于監(jiān)測擠出生產線生產過程是否存在異常，在出現(xiàn)異常時，自動診斷出導致異常的原因。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明實施例可以利用一套協(xié)同控制系統(tǒng)來控制擠出生產線上的所有設備，使擠出機、牽引機、切割機等設備實現(xiàn)協(xié)同工作，提高生產過程的自動化程度，提高擠出產品質量的穩(wěn)定性，同時，降低設備成本，減少多個設備配備獨立控制器的成本。

使用模頭壓力控制的策略替代傳統(tǒng)的螺桿轉速控制策略，提高了擠出率的穩(wěn)定性，并省去部分企業(yè)為穩(wěn)定擠出率而添置的熔體泵、米重控制器等附加設備，進一步節(jié)省了成本。

采用直接質量控制減少了現(xiàn)場人員在生產調試設定階段所花費的時間和物料成本，提高了生產效率；同時，也有效降低了現(xiàn)場人員對產品質量頻繁抽檢的工作強度。

在一個人機界面上可以設置所有生產線的子設備控制參數(shù)，包括當前各段料筒溫度、模頭溫度、擠出電機的轉速、模頭壓力、擠出的產品直徑、產品長度、切割機轉速和牽引機的線速度等，方便現(xiàn)場操作人員。

在過程參數(shù)存儲的基礎上加入的故障監(jiān)測功能，可以進一步保障擠出生產過程的可靠性，在出現(xiàn)異常時，能夠自動診斷故障的出處，提示現(xiàn)場人員，提高故障排查效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例的擠出生產線協(xié)同控制的方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例的擠出生產線協(xié)同控制的系統(tǒng)結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

具體的，圖1示出了本發(fā)明實施例中的擠出生產線協(xié)同控制的方法流程圖，具體實現(xiàn)過程如下：

s101、基于協(xié)同控制系統(tǒng)的gui界面接收用戶輸入的控制指令；

協(xié)同控制系統(tǒng)涉及到各種擠出生產線的參數(shù)指令集，這些參數(shù)指令集與產品擠出規(guī)格以及擠出生產線所關聯(lián)起來，包括各單個設備控制參數(shù)下各種設定值。該gui界面為一用戶操作界面，為用戶提供操作平臺，該操作平時可以實現(xiàn)對各種控制值的輸入設置，包括各類型擠出產品或者對應擠出產品型號規(guī)格等等，以及擠出產品所涉及的生產線所需要的溫度設定值，以及模頭壓力所需要的壓力設定值、擠出產品所涉及的質量設定值、產品長度切割值等等。該gui界面可以實現(xiàn)人機對話，讓操作人員對各類參數(shù)進行設置，并對各類數(shù)據和機器的狀態(tài)進行監(jiān)視等等。

s102、協(xié)同控制系統(tǒng)基于設置的溫度參數(shù)值控制料筒溫度值和模頭溫度值，并控制料筒溫度值和模頭溫度值穩(wěn)定在溫度設定值；

該步驟在輸入料筒、模頭等溫度設定值后，即可開啟加熱，在整個加熱過程中，可以將料筒、模頭上相應的溫度傳感器采集到的模擬量信號轉換成數(shù)字量信號送給協(xié)同控制系統(tǒng)，協(xié)同控制系統(tǒng)根據采集到的擠出機各段料筒溫度和模頭溫度信號，通過輸出控制電路驅動加熱圈的通斷，進行高精度閉環(huán)自動控制。由此在實施過程中，協(xié)同控制系統(tǒng)基于料筒上的溫度傳感器實時獲取料筒溫度值，協(xié)同控制系統(tǒng)將料筒溫度值與料筒溫度設定值進行比較，并基于溫控系統(tǒng)使料筒溫度值穩(wěn)定在設置的料筒溫度設定值；協(xié)同控制系統(tǒng)基于模頭上的溫度傳感器實時獲取模頭溫度值，協(xié)同控制系統(tǒng)將所述模頭溫度值與模頭溫度設定值進行比較，并基于溫控系統(tǒng)使模頭溫度值穩(wěn)定在設置的模頭溫度設定值。

具體實施過程中，可以采用pid控制方法或者模型預測控制方法來實現(xiàn)對溫度值的控制，使料筒溫度值和模頭溫度值穩(wěn)定在溫度設定值。

s103、協(xié)同控制系統(tǒng)開啟擠出機的電機驅動螺桿旋轉，并控制模頭壓力值穩(wěn)定在設置的壓力設定值；

在實現(xiàn)對溫度的穩(wěn)定控制之后，開啟擠出機的電機，螺桿旋轉，開始進行擠出。

協(xié)同控制系統(tǒng)首先啟動對模頭壓力的閉環(huán)控制，通過模頭上的壓力傳感器檢測模頭壓力值，如果測量到模頭壓力值小于設置的壓力設定值，則提高驅動螺桿旋轉的電機電流；如果測量到模頭壓力值大于設置的壓力設定值，則降低驅動螺桿旋轉的電機電流。具體提高或降低的量值由控制算法自動計算得出，一般的控制算法包括：模型預測控制方法和pid控制方法。

s104、協(xié)同控制系統(tǒng)基于設置的質量設定值調節(jié)牽引機的牽引速度，實現(xiàn)質量直接控制。

在控制模頭壓力值穩(wěn)定在設置的壓力設定值時，協(xié)同控制系統(tǒng)基于設置的質量設定值調節(jié)牽引機的牽引速度，并控制牽引速度穩(wěn)定生產，所穩(wěn)定生產的擠出產品關聯(lián)著設置的質量參數(shù)值。整個實施過程中，在模頭壓力值穩(wěn)定之后，協(xié)同控制系統(tǒng)緩慢提高牽引速度，直至擠出產品的質量達標，然后就進行穩(wěn)定生產。

這里的擠出產品可以是管材，也可以是其它塑料產品等等，以管材擠出生產為例，管徑(管材最重要的質量指標)的穩(wěn)定性同時與擠出率和牽引速度有關，通過協(xié)同控制系統(tǒng)可以同時控制擠出機的模頭壓力、牽引機的牽引速度，才能實現(xiàn)管徑的閉環(huán)控制。擠出產品所涉及的對象不同時，在具體操作時，其所設置的各項質量指標以及相應的參數(shù)值都會有不同，這些可以直接通過輸入界面或者gui界面來設置實現(xiàn)。

具體實施過程中，可以針對管材型號輸入模頭壓力的設定值、管徑的設定值等等，在完成模頭壓力的閉環(huán)控制達到模頭壓力穩(wěn)定時，通過調節(jié)牽引機的牽引速度而實現(xiàn)，即：如果測量到的管徑值小于設定值，則降低牽引速度；如果測量到的管徑值大于設定值，則提高牽引速度。同樣，如何提高或降低牽引速度由控制算法自動計算得出，這些控制算法包括模型預測控制方法和pid控制方法等等。對于擠出管材，可以利用在線測量的管徑信號與管徑設定值間的偏差，通過在線自動調節(jié)牽引機的速度，實現(xiàn)對實際管徑的控制。這種控制策略的前提條件是擠出率必須是穩(wěn)定的，而本系統(tǒng)通過模頭壓力控制策略，已經保證了擠出率的穩(wěn)定性。

具體實施過程中，在控制牽引速度穩(wěn)定生產過程中，協(xié)同控制系統(tǒng)基于設置的長度設定值控制切割機切割擠出產品的長度，其通過在線調節(jié)切割機的啟停時間而實現(xiàn)。

具體實施過程中，整個協(xié)同控制系統(tǒng)還可以監(jiān)測擠出生產線生產過程是否存在異常，在出現(xiàn)異常時，進行報警，并自動診斷出導致異常的原因，其通過對保存的過程數(shù)據的綜合分析和挖掘，判斷擠出生產過程是否有異常，在出現(xiàn)異常時，自動診斷導致異常的原因，指導現(xiàn)場操作人員改進，提高故障處理的效率。

具體的，圖2示出了本發(fā)明實施例中的擠出生產線協(xié)同控制的系統(tǒng)結構示意圖，該系統(tǒng)包括：

溫度控制單元，用于基于設置的溫度參數(shù)值控制料筒溫度值和模頭溫度值，并控制料筒溫度值和模頭溫度值穩(wěn)定在溫度設定值；

壓力控制單元，用于在控制料筒溫度值和模頭溫度值穩(wěn)定在溫度設定值時，開啟擠出機的電機驅動螺桿旋轉，控制模頭壓力值穩(wěn)定在設置的壓力參數(shù)值；

質量控制單元，用于在控制模頭壓力值穩(wěn)定在設置的壓力設定值時，基于設置的質量設定值調節(jié)牽引機的牽引速度，使擠出產品質量穩(wěn)定在設置的質量設定值。具體實施過程中，協(xié)同控制系統(tǒng)設置有溫度傳感器在各段料筒、模頭上，通過采集擠出機各段料筒溫度和模頭溫度信號，基于溫度控制器通過輸出控制電路驅動加熱圈的通斷，進行高精度閉環(huán)自動控制。

具體實施過程中，壓力控制單元通過模頭上的壓力傳感器檢測模頭壓力值，如果測量到模頭壓力值小于設置的壓力參數(shù)值，則提高驅動螺桿旋轉的電機電流；如果測量到模頭壓力值大于設置的壓力參數(shù)值，則降低驅動螺桿旋轉的電機電流。具體提高或降低的電流量值由控制算法自動計算得出，一般的控制算法包括：模型預測控制方法和pid控制方法。

具體實施過程中，質量控制單元基于設置的質量參數(shù)值調節(jié)牽引機的牽引速度，并控制牽引速度穩(wěn)定生產，所穩(wěn)定生產的擠出產品關聯(lián)著設置的質量參數(shù)值。整個實施過程中，在模頭壓力值穩(wěn)定之后，協(xié)同控制系統(tǒng)緩慢提高牽引速度，直至擠出產品的質量達標，然后就進行穩(wěn)定生產。

具體實施過程中，該系統(tǒng)還包括：

gui模塊，用于顯示生產過程狀態(tài)信息和接收用戶輸入的控制指令，所述控制指令包括：擠出產品設置指令、溫度參數(shù)值設置指令、壓力參數(shù)值設置指令、質量參數(shù)值設置指令、產品長度切割值。該模塊可以實現(xiàn)人機對話，讓操作人員對各類參數(shù)進行設置，并對各類數(shù)據和機器的狀態(tài)進行監(jiān)視等等。本發(fā)明實施例中實現(xiàn)輸入的方式可以通過鍵盤實現(xiàn)，也可以直接通過gui的觸屏來完成。

具體實施過程中，該系統(tǒng)還可以包括：

長度控制單元，用于在控制牽引速度穩(wěn)定生產過程中，基于設置的長度參數(shù)值控制切割機切割擠出產品的長度。

具體實施過程中，該系統(tǒng)還可以包括：

監(jiān)測單元，用于監(jiān)測擠出生產線生產過程是否存在異常，在出現(xiàn)異常時，進行報警，并自動診斷出導致異常的原因，其通過對保存的過程數(shù)據的綜合分析和挖掘，判斷擠出生產過程是否有異常，在出現(xiàn)異常時，自動診斷出導致異常的原因，指導現(xiàn)場操作人員改進，提高故障處理的效率。

該系統(tǒng)在實施過程中，一般在各階段所涉及的過程中，設置一些傳感器到相應設備上，從而可以采集到擠出線上各種參數(shù)值，比如溫度值、壓力值、質量參數(shù)等等，這些采集參數(shù)一般與相應的控制單元相連接，從而實現(xiàn)精準控制。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明實施例可以利用一套協(xié)同控制系統(tǒng)來控制擠出生產線上的所有設備，使擠出機、牽引機、切割機等設備實現(xiàn)協(xié)同工作，提高生產過程的自動化程度，提高擠出產品質量的穩(wěn)定性，同時，降低設備成本，減少多個設備配備獨立控制器的成本。

使用模頭壓力控制的策略替代傳統(tǒng)的螺桿轉速控制，提高了擠出率的穩(wěn)定性，并省去部分企業(yè)為穩(wěn)定擠出率而添置的熔體泵、米重控制器等附加設備，節(jié)省成本。

采用直接質量控制減少了現(xiàn)場人員在生產調試設定階段所花費的時間和物料的成本，提高了生產效率；同時，也有效降低了現(xiàn)場人員對產品質量頻繁抽檢的工作強度。

在一個人機界面上設置所有生產線的子設備控制參數(shù)，包括當前各段料筒溫度、擠出電機的轉速、模頭壓力、擠出的產品直徑、產品長度、切割機轉速和牽引機的線速度等，方便現(xiàn)場操作人員。

在過程參數(shù)存儲的基礎上加入的故障監(jiān)測功能，可以進一步保障擠出生產過程的可靠性，在出現(xiàn)異常時，能夠自動診斷故障的出處，提示現(xiàn)場人員，提高故障排查效率。

以上對本發(fā)明實施例所提供的擠出生產線協(xié)同控制的方法及系統(tǒng)進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。