多层共挤中空塑料成型机绿色技术的分析研究（四）
[ 宁波市塑料机械行业协会 ] 发表于 2013-11-13 10:08:57 浏览量：0
7 动力驱动系统的绿色技术的分析研究
动力驱动能耗占成型能耗90%以上，是实现节能成型绿色化技术的首要。多层共挤中空机动力驱动系统一般包含三种型式：电动，液压，气动。电动和液压两种动力驱动系统能耗占成型能耗的95%以上。
动力驱动系统的绿色技术即运用各种传动和控制技术的潜能，提高系统的节能减排及设备的效率。包括以下四方面：
能源系统设计。为提高动力驱动系统的效率达到高性能的节能目的，系统呈现多样化。对系统进行全面分析，从全局角度评估系统，借助一些集成化的控制软件评估所有工艺流程，应用高效率高性能的动力驱动件及传动机构，在最短的循环周期内实现超过能效。
高能效元件。在系统的设计阶段，使用高能效元件，实现每一种驱动技术能效达到最佳。
能量再生。实现过剩能源的储备和再生。在系统的生产运营阶段，通过一些例如液压混合动力、驱动器、蓄能器、电气和电力缓冲装置等把过剩的能量在次转换，甚至实现自动能量回收或再生。
按需使用能量。根据成型工艺需要使用能量。动力驱动系统采用变速或变量来给设备分配能量。
7.1 塑化挤出动力驱动系统绿色技术的发展及研发要点
常规的挤出塑化动力驱动系统为三相异步电机-减速箱-挤出塑化螺杆组成，能量效率低。挤出塑化动力驱动是成型加工能耗最大的工序，也是实现节能成型加工的重点。
7.1.1变频三相异步电机驱动塑化挤出节能化
变频调速的三相异步电机驱动塑化挤出已成为共识，提高能效的重点是提高减速机构的传动效率。减速机构的传动效率除具备优化的设计外，取决于零件的加工精度、热处理及轴承等配套件的质量，国内与国际先进水平有较大的差距。变频调速控制的核心技术掌握在西门子、贝加莱等国外厂商手里，国内仅是配套，基本上无自主开发能力。
变频三相异步电机驱动塑化挤出系统，系统中仍然存在减速箱，没能解决噪音与漏油的两个环保因数。
7.1.2低速大扭矩交流伺服电机直接驱动螺杆塑化挤出节能环保化
交流伺服电机驱动无噪声污染、动态反映快、大幅度节能，被称谓绿色驱动技术，已成为绿色化动力驱动的标志，在挤出机的塑化动力驱动上得到越来越多的应用和推广，同比三相异步电机驱动的能耗可节能30~60%。实现了节能环保；同比直流伺服电机具有更小的体积及更优的性价比。
系统革新了传统的三相异步电机通过减速箱驱动螺杆的模式，使系统机械结构得到简化，提高传动效率及实现清洁生产。专用于塑化挤出的低速大扭矩交流伺服电机前端已装有与主轴连为一体的挤出专用推力轴承箱（俗称推力包），不需要减速箱，直接与螺杆相连，传动效率高，能耗大大降低。通过装置在交流伺服电机轴后端的编码器来实时监控电机的转速，实现交流伺服系统的速度闭环控制，完全满足挤出机的主轴传动对速度高精度控制的要求，达到螺杆转速及机头压力恒定。低速大扭矩交流伺服电机动态响应约需250ms，对于多层共挤储料工艺，其稳定运行的性能足以满足成型工艺。
BEKUM在中空成型机领域的创新闻名世界，新一代的EBLOW-XO7系列采用全电动驱动，位置精度0.01mm，缩短成型加工周期15%，节能50%，噪音72dB。
在K2010展会上，联塑展出最新研发成功的GLSS-65X35挤出机，利用低速大扭矩交流伺服电机直接驱动螺杆塑化挤出，最高转速达到500r/min，最大挤出量达到1000kg/h，节能达到15~20%。
江苏南通三信塑胶装备科技有限公司开发的低速大扭矩交流伺服电机驱动单螺杆电脑矢量称重型挤出机[5]，采用德国包米勒公司最新推出的DST（150）-400系列低速大扭矩交流伺服电机，其转速范围为100-300转/每分钟,其扭距范围为110-14752Nm，（涵盖了11KW-75KW的交流驱动电机，螺杆直径Φ35-120规格的挤出机），交流伺服电机与主轴连为一体的推力轴承箱（俗称推力包），不需要减速箱，直接与挤出螺杆相连。采用德国西门子系列交流伺服控制器，以最新数字信号处理器DSP为核心、大规模可编程门阵列(CPL和智能化功率模块(IPM)；采用最优PID算法完成PWM；智能功率模块，驱动单元具备了控制超速、主电源过压欠压、过流、过载、制动异常、编码器异常、控制电源异常、位置超差等多项在线检测与诊断。已获国家专利(专利号:ZL2008 2 0236920.3)。D)1P20
7.1.3高速交流伺服电机驱动螺杆塑化挤出
高速交流伺服电机驱动螺杆塑化挤出系统为伺服电机传动同步带驱动螺杆塑化挤出，系统中无机械减速结构，同样符合清洁生产。高速交流伺服电机的动态响应性能快，一般为60ms，高性能的仅15ms，塑化挤出速度可灵敏调节。智能化塑化挤出技术的开拓，高速交流伺服电机优越的动态响应性能将得到更大发挥，应用范围进一步扩大。
7.2 液压动力驱动系统的绿色技术的发展及研发要点
液压动力驱动系统绿色技术的本质特征主要是节能和环保。节能设计要保证系统的输出要求，经济、有效地利用能源，达到高效、可靠运行的目的。环保设计要保证设备在整个生命周期内，降低和控制噪声，减少污染排放，控制系统介质污染。
多层共挤中空机液压动力驱动用于模具运行、模头升降、口模调节、模芯升降、液压伺服壁厚控制等。多层共挤中空机的液压系统系统较为复杂，执行动作较多，时间顺序要求严格，挤出率及挤出量大，制品冷却时间长。
液压节能驱动系统围绕制品成型工艺特点，进行设计，达到既节能，又提高成型性能及制品质量。各个工序的液压能量需求差别大，例如，成型件冷却阶段基本上不需要液压能，注坯需要液压能最大，液压系统的节能就是如何在动力驱动源能耗与执行机构所需液压能之间达到相匹配，把系统能耗损失降低最低。
目前多层挤吹中空塑料成型机的液压系统动力驱动已经采用了多种节能系统[6]：（1）交流伺服电机与定量泵/变量泵+蓄能器；（4）双联泵与比例阀+储能器；（5）全电动驱动，等等。根据设备的具体使用条件灵活选择合适的节能驱动系统，总原则是液压系统达到装载功率最小、电能利用率最高、液压能耗最低。
7.2.1 双比例+变量泵液压驱动节能系统
流量比例和压力比例控制的双比例控制的节能技术是随着成形技术的发展及控制性能的提高而发展起来的。比例阀达到了无级灵活调节，同时显示出了节能的性能。采用定量泵供油，工作过程中始终存在与流量有关的能量损失，特别是冷却过程中，这部分的流量能耗处于最大值。双比例液压系统配上变量泵动力驱动，溢流量趋于最小，液压系统的节能与性能的效果更为优越。
7.2.2蓄能器辅佐动力驱动节能系统[7]
单工位大型中空成形制品,冷却定型时间较长,可充分发挥泵源配置动力的作用，为蓄能器蓄能，在快速大流量工步时，配合主驱动作动力驱动，降低系统装载功率。秦川机械发展股份有限公司SCJ230采用一台双联泵和三个蓄能器站作为主系统液压动力驱动源，蓄能器在小流量低功率工步时储蓄多余的能量，在快速大流量工步时给系统补油，辅佐动力驱动，降低液压驱动装载功率18kW。
7.2.3 高性能交流伺服电机动力驱动节能系统
高性能的交流伺服电机驱动油泵节能系统是近年发展的一种先进的节能系统，有以下几种型式：交流伺服电机驱动螺杆泵系统；交流伺服电机驱动内啮合齿轮泵系统；交流伺服电机驱动柱塞定量泵系统；交流伺服电机驱动柱塞变量泵系统；交流伺服电机驱动双排量变量柱塞泵系统；交流伺服电机驱动负载敏感泵系统。每种系统都有各自的特点、不同的性价比，根据实际使用的要求，选用合适的系统。
交流伺服电机驱动油泵节能系统由于其本身的结构特性提高了电能利用率，系统基本上不需冷却水，并且能达到稳定的低转速高压保压，对于冷却定型时间长的多层共挤大型中空制品，节能可达30%以上。
7.2.4 变频液压动力驱动节能系统
变频节能是通过改变电源频率达到改变电机转速,使油泵输出的流量与工况相匹配,使溢流阀的回油量减到最小,输出的功率与生产所需的功率相匹配, 例如在合模阶段所需要压力、速度较大时可适当提高本段油泵转速，而在开模、模架左移、右移等阶段所需压力、速度不高时，可适当降低油泵电机转速，但在每个工序阶段时油泵转速则保持恒定，采用这种控制方案，当工艺参数调整时油泵输出能够保持稳定，节电率可达25～65%。对于单工位挤吹大型中空成型制品，因冷却定型时间较长，节能效果尤为显著。变频节能液压动力驱动系统同比高响应节能交流伺服电机动力驱动泵源系统，节能及性能有一定差距，成本具有一定优势，目前得到较多应用。
深圳市国兆节能科技有限公司开发了中空机专用变频器，其过载能力强、响应速快，加减速时间可达0.3s；具有电机过流、过压、欠压、掉电、过载、输出短路等多种自动保护功能；具有稳压功能，当电网电压波动时能自动调节输出频率达到稳压功能；采用专利控制技术，节电效果比一般模拟控制和变量泵控制方案更显著等。
7.3交流伺服电机驱动系统的能源再生利用绿色技术的发展及研发要点
节能加工技术已取得了可喜的成就，能量回收利用技术还未引起足够的重视，而这是充分利用资源的一个重要组成部分。交流伺服电机驱动系统，系统基本上无多余能量损害，但在工作过程中，频繁刹车及减速过程中，伺服电机本身发出电能，如果得不到应用，就造成浪费。
伺服电机在刹车及减速过程中产生的能量转换为电能，通过伺服驱动器中的逆变模块单元和直流母线，将电能存储在伺服驱动制动回收单元中。而当系统重新提供电能开始工作时，伺服驱动制动回收单元中的电能首先释放，能源再生单元储存的能量将通过直流母线回放到系统中，实现储存能量和释放能量的双向作用，当电压低于整流模块输入的电压时，才使用外部电能，从而达到节能的目的。在成形工况须要频繁的启动及制动，伺服电机驱动组件的惯量动能在制动时可通过伺服电机产生电能，在经过驱动器转变为直流电，并储存在电容内，当伺服电机在下一周期启动时，电容放电再经驱动器转成所需脉冲电流驱动伺服电机，能源再生利用装置可节能3~5%。
7.4 气动动力驱动系统的绿色技术[8]
气动动力驱动主要用于吹塑成型及冷却定型工序。气动动力驱动包括空气压缩机、冷水机、气动回路、吹气装置。
对于小型制品可采用双工位，即一个工位进行吹塑，另一工位进行冷却定型，达到冷却定型时间不干扰成型周期，提高生产率。
对于大型制品，一般都为单工位，冷却定型时间包含在成型周期内，而且冷却定型时间较长，直接影响生产率，因此缩短吹塑冷定型时间，是实现高效率绿色化技术的要点。缩短吹塑冷却定型时间的关键是提高吹塑系统性能, 吹塑系统性能的主要技术指标是吹气压力和气体温度。提高吹气压力，使用低温干燥高压空气、液态氮吹塑，达到缩短吹塑冷却成型时间、提高制品质量。德国Beke公司把空气冷却到-35 0C到-45 0C，进行吹塑，加强了制品内壁的冷却，使制品内外壁的冷却速率均匀，极大提高了制品的品质，同时冷却时间缩短不少于20%，提高了生产效率。水雾气体混合介质吹塑大型容器，缩短冷却定型时间。
环保化。使用不洁净的压缩空气，就会污染洁净的生产环境，甚至玷污产品并导致不合格。高洁净度、高干燥度的压缩空气系统，按合理的工艺程序配置设备极为重要。选用无油润滑的空气压缩机，消除油润滑的空气压缩机工作产生的呈烟雾状态的油份污染物。在空压站的压缩空气系统末端配置有效的压缩空气过滤器，对保证压缩空气质量是有效的，对防止污染的意义就更大，与空气压缩机、干燥器、构成空压站完美的工艺系统。高压气体经多层过滤，达到高压气体洁净化运行，排出废气无污染环境。
水循环急冷急热模具温度控制系统，具备热水回收功能，能够有效回收热水能量，节水省电。
8 加热系统的绿色技术的分析研究
多层共挤中空机两个部位需加热：塑化挤出的机筒加热；模头加热。
长期应用表明，传统的电阻丝加热装置和系统在能耗和性能两方面存在明显的缺陷。电阻丝加热是根据热传导原理，电阻丝加热件本体发热将热量传导给被加热件，由于被加热件与加热圈不可能做到无间隙配合，中间有一层空气隔热层，降低了热效率，大型模头初始加热时间甚至需要15个小时以上。同时加热件本体向周围环境散发热量，能耗损失大，而且恶化工作环境，造成环境污染。
8.1 加热系统的绿色技术的发展及研发重点
加热系统实现节能、环保，提高电能利用率，实现清洁化塑化加热生产。
应用现代节能绿色化技术的加热系统；创新加热控制理论；开发实时性控制软件和系统。
8.1.1实时高效环保的电磁感应加热的绿色技术
电磁感应加热的工作原理是高频电磁感应原理，交变磁场的磁力线通过金属材料时产生强大的涡流，导致金属材料自行快速发热，具有优异的节能、环保、实时的绿色化性能，热效率能够达到90%。
实时性：被加热的金属是通过自身发热，热能是由料筒、模头的金属整体产生，热量几乎瞬时达到最大值，当动力被控制器切断时，热量输入很快降至零；温度控制实时准确，内外温度一致，明显改善了产品的质量和提高了生产效率。模头采用电磁感应加热装置，加热速度快，可以缩短50%以上初始加热时间，提高生产效率；各层分温区温度控制精确、稳定，日常的拆卸和维护工作量小。
环保性：使用电磁感应加热系统后、表面的温度在人体完全可以安全触摸500C以下；避免传统电阻发热圈加热方式辐射到空气中的能量，可显著降低环境温度。完全避免传统加热方式带来的因表面高温而造成的烧伤、烫伤事故发生；更杜绝了因表面高温引燃附作物发生不安全事故。由于表面温度低，它不会烧焦吸附在它表面的异物：如塑料颗粒、油污、灰尘等，不会产生有害气体，改善了车间的空气环境，保证了设备及员工的安全。
节能性：高频电磁感应加热使机筒本身自行高速发热，热效能远高于一般加热产品，温度控制实时准确，挤出塑化节电率可达30~70%。
经济性：能量转换效率（电能转换成热能）在98%以上，降低装载的加热功率约40%。机筒电磁感应加热初装费用较高，连续运行一年可收回。第二年开始产生节能带来的经济效益。电磁感应加热使用寿命大大高于电阻丝加热，明显降低维修费用。
功能性：用绝缘层把模头与外界隔开，不受外界影响，不存在温差，整体受热均匀。
中国科学院自动化所研发的具有自主知识产权的三博电磁加热节能系统，提供加热改造、温度控制的完整解决方案，自带温度控制器和相关的控制算法，实现温度的精确控制，避免加热、冷却等设备之间的内耗，节能效果更优，且不改变原控制系统的联锁关系和操作模式；采用全工业级设计，包括合理热设计和电磁兼容设计，支持多机并联运行：支持多机同时加热一个对象；对要求可靠性特别高的场合，可选用具有冗余功能控制器实现双机无扰动切换。
8.1.2 节能环保的石英加热的绿色技术
石英加热器是根据热能辐射高于传导的能量利用率原理，提高电能效率。电阻丝穿入石英玻璃管中，制成与普通铸铝加热圈类似的两个半圆的哈夫型式，径向外表面用保温材料制成保温层，保温层内表面为光反射面。石英管电阻丝产生的热光能量，直接辐射给被加热体外表面，并通过反射作用，再辐射给被加热体的外表面，最大限度地减少热量损耗。体积小，重量轻，装卸方便，节能明显，成本低。与铸铝加热圈相比，成本相当，更加轻便，节省电能30~50%。
8.1.3现代科技节能环保的纳米红外加热的绿色技术
纳米红外节能加热圈采用高分子纳米发热合金，加热圈表面经高分子远红外材料做特殊处理后，能够产生特定波长红外线，传热过程热损耗小，传热效率在99%以上，并有效提升加热速度；加热圈的表面温度仅为50-70℃，对环境温度影响小，且能有效的降低工作车间的室温5-10℃。节能率高达40%-70%。
纳米红外节能电热圈无任何外接设备，可做到传统加热型式一样、宽度一致、段数一致、功率一致，直接用于取代传统的电阻丝加热型式。
8.1.4电阻丝加热辐射能回收利用的绿色技术
节电。把塑化挤出机筒的电阻丝加热圈辐射散发的热量收集起来，送入干燥加料斗，转为烘料热量使用，节省干燥料斗原需电加热供给的烘料热能。整个系统为气体循环的封闭系统，采用独立式的双重过滤进气系统，机筒集风罩具有空气过滤功能，保证了能量交换媒体的热风空气的清洁度。系统根据设定的干燥温度及收集的散发热量进行分析对比，智能控制冷、热气体量的混合比，以及原料的干燥度。机筒和干燥机的总体节电40~70%，相对干燥机本身节电80%以上。
节能环保。传统干燥机把干燥后的带有尘埃的潮湿空气直接排出，恶化了工作环境的清洁度，影响了操作人员的健康，降低了容器的加工质量。加热辐射能回收系统把烘料桶上口出来的废气收集起来，经脱水除尘过滤后再回收利用，达到节能环保的绿色化技术。
9 智能化实现多层共挤中空成型机的绿色技术科学化发展的分析研究
智能化使多层中空成型实现最低能耗、最佳质量、最佳清洁环保性能、最低资源消耗，即是绿色技术达到完美的境界。
多层共挤中空成型机智能化以成型加工塑料容器为目标，设备具有感知、分析、推理、决策、控制功能的“人脑”智能，自动检测制品的质量、自动修正成型工艺参数、“智”适应成型加工环境，实现人为设定的预期目标。
智能化系统是把先进制造技术、信息技术、微电子技术、电子技术、网络技术、检测技术、视觉技术等高度融合集成为一体，通过技术与装备集成，实现新型塑料制品及塑料制品新型加工的方法与机理、加工工艺与技术的多技术交叉融合。基于温度、压力、流量、体积、流速、应力等多工艺参数数据的深度融合，并及时对外部指令做出响应、完成指令动作，实现对设备自身状态的调节、控制、监控和诊断。
智能化系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量，经过传感器、变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统﹐其传感器、变送器﹑执行机构也不同。
智能化系统的开发是一个难度极高的现代高科技的系统工程。现在小闭环控制系统的开发为今后实现全闭环的智能化控制打下了基础，越深入，技术难度越高越复杂。
9.1 智能化成型加工技术体系
多层共挤中空成型机智能化系统包括了很多的子系统，各个子系统集成起来成为一个全方位的智能化整体。实现分支的智能化，才能实现全方位的智能化。不同的成型工艺、容器，智能化的系统也不一样。
9.1.1塑化挤出智能化主要技术体系
塑化挤出智能化是实现型坯挤出成型智能化的重要组成环节。多层共挤中空成型的塑化挤出控制技术参数：挤出率，挤出质量。塑化挤出智能化就是以设定的挤出率和挤出质量为控制参数，实时智能检测、分析、推理，实时做出调整相关技术参数，实现挤出率和挤出质量在实时要求精度内。
塑化挤出智能化系统就是把上述系统组合为一体，由中央控制系统按设定的塑化技术参数，对各控制器集中控制，组成一个全闭环的自动化控制系统。
1) 塑化质量智能化控制技术体系
塑化挤出的质量具体体现在熔融料的PVT（压力、热比容、温度）等三个技术参数，三个技术参数互相关联，其中一个参数恒定，其余两个参数也得到恒定。传统通过控制机筒加热温度及塑化螺杆转速实现塑化质量的控制，塑化温度为间接控制，转速为开环控制，实际上熔融料PVT得不到有效的实时控制。挤出塑化智能化直接把熔融料PVT中的一个技术参数作为控制对象，实时检测并反映给中央控制系统，中央控制系统接到信息后，实时分析、推理，根据设定的控制对象的技术参数，实时作出机筒塑化加热温度、塑化螺杆转速的调整，实现设定的塑化质量目标。
2) 挤出率智能化控制技术体系
连续性多层共挤中空成型对塑化挤出率及稳定性有严格要求，调整的技术参数为螺杆转速。智能化挤出率控制即实时检测挤出率、分析、推理，实时做出调整塑化螺杆转速，实现设定的塑化挤出率目标。
3) 喂料控制系统智能化主要技术体系
喂料控制系统智能化是实现挤出率控制智能化的环节。
传统的喂料控制PLC系统是根据设定的加料量，自动调整加料的螺杆转速。智能化计量加料控制系统是根据设定的塑化挤出参数（流率、机头压力等），并实时检测、分析、推理，实时调整加料螺杆的转速，达到塑化挤出参数的精度。
4) 实时性塑化挤出动力驱动系统
动力驱动只有达到控制智能化的实时性的动态性能要求，才能实现系统智能化。塑化挤出、加料配料的动力驱动采用实时性的高动态反映性能的伺服电机驱动，才能达到动态性能要求。
5) 实时性加热系统
温度实时性指系统的加热温度与系统的控制系统两者之间动态反映同步。实时性是衡量加热系统性能的标志，直接关系到实现智能化温度控制的实现。
传统的电阻丝加热件热惯性大，动态实时性能差，达不到控制智能化的灵敏精确的控制要求，导致温度信息反馈实时误差。由本文节5.1.1节分析，电磁感应加热具有良好的实时性能，是智能化加热系统的优先选择。
9.1.2多层共挤型坯智能化控制主要技术体系
挤出型坯的控制的技术参数：型坯形状曲线，壁厚。
传统的伺服型坯控制系统是依据设定的形状曲线、把曲线分成多点、通过伺服系统调整口模间隙而实现，实际生产中，由于不确定的干扰因素无法预测，实际挤出型坯的技术参数与设定的型坯技术参数两者之间的差异较大。
挤出型坯智能化控制是依据设定的型坯技术参数、把型坯挤出时间分成多段，应用视觉技术等实时检测实际挤出型坯的动态技术参数（形状、壁厚）并把信息反馈给中央控制系统，中央控制系统接到信息后，实时分析、推理，根据设定的型坯的技术参数，做出实时调整挤出速率、温度、口模间隙等有关技术参数，实现设定的目标。
1） 连续挤出式多层型坯的智能化控制
连续挤出式多层型坯智能化控制是依据设定的型坯技术参数，实时检测实际挤出型坯的技术参数并把信息反馈给中央控制系统，中央控制系统接到信息后，实时分析、推理，根据设定的技术参数，做出塑化挤出转速、加热温度、口模间隙、壁厚伺服驱动等技术参数的调整，实现设定的型坯技术参数。挤出流量实时性，涉及到流量检测、加热温度及检测、动力驱动等实时性能，其中任何一类的性能达不到实时性能，整个系统的智能化控制就不能实现。伺服交流电机驱动系统具有动态性能优及能量利用率高的特性，用于塑化挤出是绿色化技术的发展方向。
2） 储料缸式挤出型坯的智能化控制
储料缸式挤出型坯智能化控制与连续式挤出型坯智能化控制不同之处，连续式挤出型坯为塑化挤出直接为型坯，储料缸式挤出型坯为伺服挤出储料为型坯。储料式挤出型坯智能化控制是依据设定的型坯技术参数，实时检测实际挤出型坯的技术参数并把信息反馈给中央控制系统，中央控制系统接到信息后，实时分析、推理，根据设定的技术参数，做出伺服缸挤出速度、模头加热、口模间隙、壁厚伺服驱动等技术参数调整，实现设定的型坯技术参数。储料式挤出型坯的电液伺服系统中，伺服阀是实现电液转换的实时性能的关键环节，它直接影响到伺服系统的响应速度和稳定性，应具备响应时间≤10ms的性能。
9.1.3吹塑系统控制智能化的主要技术体系
传动的吹塑技术参数经人为设定后成为固定值。智能化吹塑系统是实时检测型坯的温度、壁厚、环境温度，自动推理吹气压力、吹气量、保压定型时间，调整压缩机、冷水机等运行的技术参数，实现以最低能耗、最短时间成型容器。
9.2 PID控制的智能化技术的发展及应用的分析研究
经典的PID控制都建立在被控对象精确模型(传递函数和状态方程)的基础上，对多层共挤中空塑料成型机的复杂系统，特别是实现智能化控制系统，建立其数学模型比较困难，有时甚至是不可能的，明显呈现出控制性能的不足，也就无法实现期望的自动控制。在计算机技术的充分应用的前提下，在经典PID控制的基础上，把自矫正技术、模糊控制、专家控制、智能控制等用于PID，微分信号产生的质量更高，打破了经典PID控制系统的局限性，实现PID智能化控制的科学发展。
实时性是PID智能化控制的主要技术性能指标，包括两个内容：稳态精度，即稳态值与期望值之差；稳态时间，即系统阶跃快速收敛时间。
9.2.1 实时性温度控制算法及应用技术
温度是一个非线性、大惯性、纯滞后、相邻段有较强耦合的难控对象，经典的PID控制使系统的超调量变大、过渡过程时间增长，实时性差。应用与开发实时性温度控制软件，实现实时性稳定控制。下面举二例实时性温度控制算法，供参考。
1）实时性温度控制的模糊变系数PID互联算法[9]
模糊控制运用模糊集合论模拟操作人员的操作和决策，从而实现自动控制，相对于传统的PID控制具有更好的动态和静态性能,控制精度也大为提高。。传统的PID控制器依赖被控对象精确的数学模型,当应用在复杂的、非线性、大迟滞的塑化挤出加热系统时难以达到良好的动态响应。
将模糊控制和PID控制相结合为互联算法，采用以模糊控制方式在线调整PID参数的控制算法，能使模糊控制器根据工艺生产实际情况实时自动调整比例系数、积分系数和微分系数，以达到调节和控制作用的实时性最优。PID参数调节则由模糊控制器根据偏差和偏差变化率进行自动调整，同时把模糊自整定控制器的模糊部分按比例系数、积分系数、微分系数，分成 3部分，分别由相应的子推理器来实现。模糊变系数PID的过渡过程时间、最大偏差，余差等调节等动态和静态特性指标均明显优于PID控制，具有较好的自适应能力和鲁棒性，其超调量精度为0.30C，稳态精度≤ 10C，过渡过程的动、静态性能优良。
2）提高温度动态波动精度的统计过程控制系统（Statistician Process Control）
这是一种基于预先预测过程发展趋势的先进控制方法，可比常规的逻辑程序控制方法的控制精度提高80％以上。采用SPC控制系统，可以将挤出温度的波动控制在± 1℃以内。
9.2.2型坯壁厚伺服控制的非线性PID控制[10]
型坯壁厚控制系统是一个典型的电液伺服系统，壁厚分布曲线的很小陡变会引起制品较大的变化。经典的PID控制采用“线性组合”形式产生的控制量，常引起快速性和超调量及准确性之间的矛盾，比如可能会引起控制回路自激震荡，也会引起瞬态互调的失真，使被控对象出现损害的几率更高，达不到制品壁厚的设定技术要求。
非线性PID的设计是在经典PID基础之上，使用一种新的非线性机构—非线性跟踪／微分器来产生控制新的基本要素，并利用这些新的要素的“非线性组合”方式来改进经典PID调节器，在经典PID控制器的线性区间使用非线性组合，使其适应性和鲁棒性得以大幅度提高，有效地克服了电液伺服系统存在的大惯性、滞后性的缺陷，提高系统鲁棒性能及自适应性能，对传统PID控制器的比例、积分、微分系数进行实时调整，保证在误差较大时能够快速收敛，提高了跟踪能力，精确地实时达到型坯壁厚的控制要求。控制系统定义每个任务的优先级和循环时间，实时多任务操作系统，循环时间最短可达1ms，使整个系统的实时性得到了优化；实现多通道的串口通讯功能；实时地显示设备状态、操作指示、参数设定、动作流程、统计资料、警报信息及简易报表等内容；配以触摸屏，各种参数的设定、按钮开关的运用、壁厚控制曲线的显示以及报警信息等都可由该触摸屏来完成，触摸屏上设定各种函数曲线，为壁厚图形的编辑提供了十分有利的工作平台；PLC控制器在接收到人机界面设定的曲线数据和参数信息后，控制伺服阀，实时调节并达到预设的口模间隙。
非线性PID控制系统存在着快速性与稳定性之间的矛盾，在未来的发展道路上，设计一些基于偏差的比例、积分和微分的非线性控制模块，并由这些模块以合适的方式组合出控制律是一个需要解决的课题。
9.2.3伺服交流电机的回推非线性PID复合控制[11]
伺服交流电机(PMSM)控制结构一般由电流环、速度环和位置环组成的三环串级结构。其控制策略一般电流环采用滞环控制方式，速度环采用PI控制规律，以保证进行稳定的速度控制。位置环通常采用比例控制规律来保证位置控制的高精度和良好的跟踪性能。但是由于其速度环和电流环的非线性耦合等因素的影响，系统的快速性和抗干扰能力及对系统参数摄动的鲁棒性都不够理想。回推算法采用反向递推的设计原则，把状态坐标的变化、不确定参数的自适应调节函数和已知Lyapunov函数的虚拟控制系统的镇定函数等联系起来，实现系统的全局调节或跟踪。在大误差下利用回推控制进行调节，使系统全局渐近稳定，同时防止出现溢出现象；误差较小时则利用非线性PID的自调整能力；误差设定值以外的情况，通过回推算法使得系统误差快速收敛到设定值以内，提高了跟踪能力，保证了非线性PID的调节作用。通过非线性PID的自调整能力，调节控制参数，以适应系统响应时间中系统位置的变化，减少了控制效果对人为因素的依赖，使电机达到比较理想的位置响应实时性能。
9.2.4提高挤出流量测量抗干扰性能的改进型限幅一递推平均滤波控制
精确测量挤出流量并实时提供给中央处理器正确的信息，达到实时精确调整螺杆塑化转速、加热温度，实现挤出流量按设定的型坯技术要求挤出。常用的失重式计量加料系统在线测量进料量时，采集的挤出流量值不可避免的带有一些挤出过程的波动和控制系统干扰因素引起的偏差，降低了挤出流量测量的精确性。目前常用处理干扰信号的数字滤波主要算法有限幅滤波法和递推平均滤波法，由于单纯糅合两种数字滤波算法并不能很好的抑制挤出过程中的干扰。北京化工大学[12]针对控制系统中周期性干扰、随机脉冲干扰与机械传动中的振动干扰，提出改进型限幅一递推平均滤波算法，来抑制失重式计量加料系统中波动和控制系统带来的干扰信号，提高在线挤出流量测量精度。原限幅一递推平均滤波处理后，挤出流量测量平均偏差分数为3.6%；改进型限幅一递推平均滤波处理后，挤出流量平均测量偏差分数为1.2%，同比前者的测量精度提高3倍。
9.2.5智能功能的预测控制
预测控制（Model Algorithm Control-MAC）近年来发展起来的一类新型的计算机控制算法。预测控制由于它采用多步测试、滚动优化和反馈校正等控制策略，具有很强的抗干扰能力和鲁棒性，是对传统的PID控制的革命，也是实现工程塑料制品高精度化的革命。预测控制根据设定的成型加工的工艺曲线（速度、压力、温度、位移等成型工艺参数），预测环境的变化规律并自我调整，实现智能控制，其稳态精度和动态品质明显优于传统PID控制；可以有效地消除和减小由于机械的因素和外部扰动对于运动控制的不利影响，大幅度提高成型加工的重复精度；成型曲线的重现性，基本处于无能量损耗的成型加工，提高制品成品率及质量一致性。
9.2.6视觉技术的应用及研发
视觉技术是实现类似人类视觉(眼睛+视觉神经中枢+视觉神经细胞)的功能，机器视觉是实现真正意义的智能化检测和重要的质量控制技术。视觉系统由镜头，像机和控制器构成的机器视觉替代人工，根据物体在一定环境下得到的画面进行尺寸，缺陷，种类，匹配，文字等各种参数的测量和判别，在捕获图像之后，视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比较，以做出分析。作为高精度、非接触的测量系统，视觉系统涉及到视觉、光学和图像处理，机器视觉与运动控制、智能通信等先进技术的结合正在推动着工业自动化生产的面貌的提升，视觉技术与成型加工相结合，成为实现智能化不可缺少的技术。
Amcor公司红外视觉在线检测系统，不仅可以检测挤吹成型瓶子内外部的尺寸变化和污染情况，甚至还可以检查出瓶壁中的污染物。
9.2.7感测技术的应用及研发
感测(sensing)技术是智能化控制系统的重要组成部分。如果没有先进的感测技术，一切准确的测试与控制都将无法实现，即使最现代化的电子计算机，没有准确的信息（或转换可靠的数据），不失真的输入，也将无法充分发挥其应有的作用。
感测系统包括传感器、变送器。传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换。变送器把传感器的直接输出进行放大及电平搬移以得到所需的电压输出范围，以供给二次仪表进行测量、指示和过程调节。
近年来，塑料机械感测技术得到长足的发展。塑化挤出专用的高温熔体压力传感器，隔离结构零点满度可调节多种放大信号输出，自校准良好的稳定性和抗干扰能力量程，将压力转换为无干扰的放大信号，直接输入上位机控制系统。深圳市贝斯特宁科技有限公司，采用世界领先的纳米级化工导电材料及贵金属耐磨新材料科学组合，制造出高精密、高线性度、长寿命（耐磨寿命一亿次）的电子尺。
感测元件的合理选用。感测元件的种类及品种繁多，原理也各式各样。根据测量对象的要求，恰当地选择测量精度和范围。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。
9.3网络化控制技术体系的发展及应用的分析研究
网络化技术应用是多层共挤中空塑料成型机绿色技术的智能控制系统的发展方向。网络化控制系统是综合自动化技术发展的必然趋势，是控制技术、计算机技术和通信技术相结合的产物。随着计算机技术和网络通信技术的不断发展，工业控制系统也发生了巨大的技术变革，网络化控制系统（Networked Control System，NCS）是在控制系统中引入了计算机网络，从而使得众多的传感器、执行器、控制器等主要功能部件能够通过网络相连接，相关的信号和数据通过通信网络进行传输和交换，避免了点对点专线的铺设，而且可以实现资源共享、远程操作和控制，增加了系统的灵活性和可靠性。
9.3.1无线通讯技术体系的应用及研发
无线通讯技术是网络化的基础技术。有线信号传输系统往往稳定性不足，特别在运动部位，使用一段时间后，屏蔽层发生破损，连接处易出故障。无线通讯技术不但节省了传感器和接收器之间的大量信号线，也为灵活配置控制系统提高了方便，同时有利于清洁生产。无线信号传输技术是一种无磨损的数据信号传输技术，具有降低维修费用、提高可靠性。
实时通讯技术的应用及研发。实时的含义是对一个给定的应用，保证在确定的时间内对信号做出回答。随着设备智能化的发展，对传感器和执行设备之间的数据交换，系统对响应时间的实时性要求更为苛刻，传统的现场总线越来越表现出了其本身的局限性，实时通讯技术（Real Time Communication）显得更为重要。
工业化的蓝牙技术。蓝牙技术为工业应用领域提供了一种抗干扰的数据通讯方式，一种短距离无线网络的连接方式。意大利Weidmuller公司基于蓝牙技术的传感器—接收器的SAI无线通讯模块，内部评判分析单元，可以把传感器检测到的数据发送给上一级主控系统，保证了相关的运行工序的位置正确性，有96个无线输入和输出端，能够与6个子工作组进行无线通讯，发射功率可以无极调节，通讯距离为50m，安全变化等级达到IP67，并能实现即插即用、与多种不同系统很好的耦合，在不使用在线耦合器的条件下集成到Profibus D现场总线系统中。
德国倍福自动化有限公司的EtherCAT实时工业以太网技术，突破了传统现场总线系统的瓶颈，设立了新的技术标准：由于采用了以太网和互连网技术，EtherCAT可在30μs内处理1000个数字量I/O，网络规模几乎无限，可高效集成。通过EtherCAT，高成本的以太网星形拓扑结构可以用简单的总线形或树形结构代替，且无需昂贵的专用组件。其它实时以太网方法则需要专用主站或其它硬件，EtherCAT则可以通过非常经济有效的标准以太网卡(NIC)进行管理。EL3403测量模块具备完整的电网分析和能源管理功能，通过测量电网中所有相关的电气数据及计算每相的有功功率和能量消耗、视在功率S、无功功率Q、频率F等数据，对生产过程能耗进行优化，降低能耗，从而降低了生产成本，也使得整个生产过程更为环保。
9.3.2网络化生产管理系统的技术体系
随着计算机技术和网络通信技术的不断发展，工业控制系统也发生了巨大的技术变革。网络化集成控制技术把现场总线、工业以太网、工业无线网、企业局域网、互联网同现代控制设备（包括工业PC、可编程序控制器PLC、人机界面HMI、输入输出模块、交换机、网关、通信接口、伺服控制电机等）结合，形成基于通信与控制紧密融合、多种网络协议合理组合、有线与无线相互衔接、管理与控制一体化的控制系统。
多层共挤中空成型机现场总线控制系统(FCS) 。多层共挤中空成型机包含多个控制系统：上料、喂料、塑化挤出、型坯壁厚伺服控制、吹气、移模等。其中上料、喂料、吹气、型坯壁厚伺服控制的四个部件都为配套件，都有各自的PLC控制器，控制器之间数据交换型式为易受干扰的模拟量。现场总线控制系统将工业现场具有通信特点的智能化仪器仪表、PLC控制器、执行机构等现场设备和通信设备连接成网络系统，通过网络实现现场设备之间由模拟量交换变为可靠的数据交换。整个过程都由一台计算机完成，控制器与控制器、控制器与上位机（操作员站或工程师站）之间建立了计算机控制网络，使得操作员在上位机中能够对被控系统的实时运行状态进行监控，某个控制回路的控制策略的设计也可以在上位机中组态完成，通过控制网络下载到对应的控制器中实时运行，大大提高了控制系统的可靠性，并实现了集中管理和分散控制。其主要优点表现在：1）一对传输线将传感器、变送器和执行器等现场设备互联起来，可靠性、实时性和灵活性等方面具有突出的优良性能，数字化的数据传输使系统具有很高的传输速度和抗干扰能力，使信号传输更为准确、稳定；2）开放式的互联，既可以同层网络互联，也可以通过网络互联设备与车间甚至整个企业的控制级和信息级网络互联，共享资源，统一调度；3）能处理大量数据信息，实时显示和记录机组所有参数的运行状况，监控生产过程。广东金明塑胶设备有限公司2SPZADV一1的双工位五层共挤塑料中空成型机，采用了奥地利贝加莱公司的现场总线技术，集合了温度控制、熔体压力、熔体温度控制、挤出速度控制、动作逻辑控制、故障报警、系统操作的密码锁定及高达100点的型坯壁厚自动控制装置，信息以图文和图表方式表示，及时报警并提供故障报告，实施现场智能化的精确控制、监测以及远程参数化，同时可以储存不同制品的加工工艺参数，方便操作，提高了企业管理水平。
辨析各个通信协议族的特点和优势，了解、掌握自动化技术发展最新成果，更合理地选好、用好新产品新技术新系统。近年来工业网络通信技术的发展突飞猛进，各种现场总线、工业以太网、Web技术、无线局域网技术后浪推前浪，国际标准多达上百项。网络化系统由单一通信协议支撑发展到多协议支撑，形成了ODVA的CompoNet、DeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP的标准体系，西门子的ASI、Profibus、Profinet网络架构，施耐德的Modbus/TCP、CANOpen、ASI多协议结构等。
9.4 智能化服务技术体系的发展及应用的分析研究
基于网络技术及无线技术的远程监控智能化管理系统，实时采集设备现场运行的技术数据，将设备系统的动态参数传递出去，与其余设备系统共享数据；软件远程自动升级；实现运行、服务的新模式。技术人员利用网络资源进行高级过程控制、优化生产工艺、管理和维护生产过程、提高设备利用率，最终提高产品质量，降低生产成本。
智能化服务技术体系不但节省人力和财力、消除一些人为的不确定因素，而且实现设备生命周期的最长化。
9.4.1远程监控智能化管理系统的技术体系
实现维修远程化，不但减少了维修投入，更可简化故障检查流程、方便故障研究、实现故障快速排除。德国考特斯机械制造有限公司多层共挤中空机配备了欧洲产先进的可实现网络远程控制、诊断功能的带有内置MODEM的100点壁厚控制系统。美国MOOG公司且具有远程诊断功能的模块化的多轴伺服整机控制器TMC-4，基于PC的人机界面以及兼容IEC61131-3的开发环境，不但实现更高的闭环控制精度而，客户可根据自己设备的特点及要求编写程序。陕西秦川机械发展股份有限公司开发的SCJ2300B中空机远程监控系统[13]，通过MODEM实现对设备PLC的远程监控，可以对PLC的程序读写，监测运行数据，实现远程编程、调试、实时控制，及时消除隐患，提高系统的可靠性。
9.4.2智能化再制造技术
智能化再制造技术把再制造提高到一个更高的绿色技术科学化的水平。智能化再制造技术包括：虚拟再制造；柔性再制造；网络化再制造；快速响应再制造；快速再制造成形系统；信息化再制造。