控制技术的发展方向是控制技术科学发展方向为智能化、网络化与虚拟化。智能化控制，即控制系统具备对外界的感知、分析、预防、决策的自适应的“人脑”功能，通过数字化通讯网络排除对整机的加工温度、螺杆转速、熔体压力、熔体温度、内外冷却系统、稳泡系统、牵引系统、收卷系统等干扰因素，进行全方位的闭环控制，稳定地实现预定目标。

控制软件和系统的落后严重阻碍了多层共挤吹膜设备绿色化的进程。控制软件和系统的技术水平已成为设备技术水平的标志。国内塑料多层共挤吹膜设备制造企业绝大多数其控制系统都为成套外包，基本上没有软件开发能力。出口的多层共挤吹膜设备，控制系统的软硬件基本上都是国外的。

多层共挤吹膜设备控制系统包括自动配料计量控制、实时温度控制、挤出计量控制、风环风速控制、人字板和护板角度控制、稳泡器系统控制、牵引系统控制、薄膜线速度控制、自动收卷控制。

5.1 系统控制技术的科学发展[5]

数字化通讯网络对整机的加工温度、螺杆转速、熔体压力、熔体温度、内外冷却系统、电动稳泡系统、人字板角度控制系统、薄膜旋转牵引系统、薄膜线速度、光电纠偏装置、收卷装置等进行全方位的集中控制,具有自动报警和自诊断等功能。实施现场智能化的精确控制、监测以及远程参数化，储存制品加工工艺参数,提高了操作的精确度和方便性。采用网上远程监测、诊断和控制，对生产线进行网络控制。这对保证工艺条件的稳定，提高产品的精度都极为有利。

广东金明精机机械有限公司联手西安交大研发“高性能智能化多层共挤吹塑装备”，项目将采用基于进化计算与模糊控制等智能算法，结合吹膜装备控制的特点，实现系统位置、速度、温度、压力等物理量的闭环精确控制，通过并行化、实时化、最小资源化等处理，采用片上化等技术，将算法硬化到专用芯片上，最终获得专用的、自主研发的、实现吹膜装备工艺的系统芯片。基于SOC系统芯片的控制系统，是现阶段塑机行业的核心技术之一，而目前这一技术还只掌握在少数发达国家手中。该产品研发成功后，将打破外国公司对高档吹膜机的垄断，改变行业“机强电弱”的局面，提升国产设备的利润空间。广东金明精机机械有限公司9层共挤阻隔薄膜设备的智能化控制系统，实现智能化的精确控制、监测以及远程参数化，具有配料计量、温度、螺杆转速、风环风速、稳泡器、人字板和护膜板角度、牵引速度、薄膜线等成型的各环节的自动控制及收卷机的自动控制，显示及监控温度、电流、频率、压力、长度、张力、速度等各项参数，自动报警和自诊断功能，实现快速的实时响应和精确的薄膜厚度控制，厚度基本偏差降低50%，可节省约5%的原料。

智能功能的预测控制技术的应用及开发。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。

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。

5.2 自动测厚技术的科学发展

自动测厚系统由检测、执行及中央处理器等三部份组成。中央处理器根据单层厚度测量系统检测层厚发出的信号，控制与层厚有关的技术参数。

采用在线自动测厚系统，开机速度快，降低机头废料，同时，测量薄膜的厚度准确率更高，有效控制薄膜的预设值，组态监控软件系统软件更易于实现其对薄膜平整性的调整，只需把薄 膜厚度 输入到控制计算机，整个控制过程在计算机的控制下 自动完成，排除了诸多的人为因素，控制精度明显 提高，使层厚尺寸公差控制在要求范围内，减少了原料消耗，节约了生产成本。

风环冷却的薄膜总体厚度的控制技术。通过自动测厚把薄膜厚薄信息反馈给电脑控制中心，然后控制中心通过冷却风环多个（48/64）风口大小控制进给风量，从而改变模口物料流动速度，以此循环来控制薄膜的总体厚度。适用于对阻隔无图书要求的物料包装。

模头模口温度的薄膜各层厚度独立的控制技术。德国 W&H 公司的 VARE X三层共挤生产线自动测厚系统，把薄膜厚薄信息反馈给电脑控制中心，然后控制中心通过模头模口处加热元件的温度调整来改变模口的物流速度，达到控制各层的薄膜厚度。

挤出率的薄膜各层厚度独立的控制技术。德国ScenEx CB共挤吹塑膜专用高精度层厚控制器，每个挤出机有一个WLS重力测定式生产量测定感应器，牵引上有卷筒速度感应器，通过局域网总线系统，MAC-CB电脑与感应器相联，一个重力测试生产量控制系统与一个牵引控制器协同作业，确保与各个预定层厚的精确符合。在操作者输入了目标产量（ 每米重量 ）之后，系统将以线速度为基础计算出每个挤出机所需的生产量，并通过螺杆转速来控制输出量，达到控制各层的薄膜厚度。用户可同调整每组挤出量和总重。为了进一步提高层厚控制精度，ScenEx CB可以与Octagon的宽度测量和控制器结合起来。只要操作者确定了目标值，系统将自动地控制每个膜层的平均厚度，公差范围在1％内。生产变化可以迅速、轻松的实现，材料输入也最小。

 意大利Luigi Bandera公司吹膜生产线的厚度调整装置配置的电容式传感器采用无线数据传送协议，可实现层度数据的快速读取，从而省去了更换旋转方向而消耗的时间，并使薄膜层更均匀。

Elektro Physik Dr.Steinggroever GmbH & Co.KG 公司的Elektro PhysikCTM-S在线厚度测量系统，基于磁感应原理，测量系统不受材料性能如湿度、密度和颜色的影响，不受环境中震动的影响，测量能力达到100m/min，测量厚度从6μm~6mm，测量误差±1%。在网络技术新开发的完全兼容模式可以是该系统连接到内部/局域网上，便于对系统进行操作和监控。

5.3 自动称重喂料系统的科学发展

自动称重系统基本原理是通过实时监测原料的挤出量，控制挤出机螺杆转速，使挤出量保持恒定，从而保证薄膜厚度(米重)严格控制在工艺要求内。原料挤出量检测采用连续失重式称重原理，根据单位测量周期原料重量变化情况、牵引速度计算薄膜厚度(米重)。自动称重系统主要由主料斗、辅助料斗、称重传感器、放大器、挤出螺杆速度检测器、线速度检测器、运算单元、料斗阀门控制、螺杆速度控制等组成。

由于原料密度变化、松散度变化、料粒形状及大小的不同以及原料流动性的差异，所引起物料挤出的变化都可以通过自动称重系统给予控制，同时还能够按照产品配方的要求在多层共挤原料不同成分的定量应用中提供自由可变换的系统配置，另外对纵向厚薄变化也有改善作用，从现场使用效果看，薄膜纵向厚薄均匀度提高1.5~2个百分点，自动称重作用和优势非常明显，在进口设备中已经大量使用，而在我国才刚刚起步。

美国美奎公司的28组分自动称重喂料系统，通过失重计量方式将信号传送到各个重力料斗，精密确定各组分的给料速率；根据薄膜制品的宽度和各层厚度、材料密度和牵引速度在线控制挤出螺杆的转速。

5.4 膜泡壁厚的控制技术的科学发展

膜泡壁厚的控制系统，由测厚探头检测到薄膜厚薄信号传送到计算机，计算机把信号与当前设定平均厚度进行对比，根据厚薄偏差量以及曲线变化趋势进行运算，控制冷却介质温度，调整各点冷却速度，使薄膜厚度偏差控制在目标的范围。

金明精机股份有限公司开发出了国产首台可自动调节薄膜厚度的吹膜机头。机头口模直径为φ250mm，周围均布56个加热元件（加热元件数量视口模直径和控制点精度要求增减），通过电加热方式调整控制风环出风口温度，与薄膜在线测厚仪和控制单元共同组成了一套薄膜厚度在线检测、调节的闭环系统，提高薄膜的厚度均匀度30～40%。

美国David Standard公司的风环自动控制系统，在风环的圆周方向上有48个控制点，在线测量薄膜的厚度，并同时将数据反馈给控制系统，根据薄膜厚度沿圆周变化的情况，自动调节冷却风量，实现薄膜厚度的调节和控制。德国Battenfeld Gloucester工程公司的多层共挤吹塑薄膜机组配置了Autoprofile 自动风环，根据机头规格，风环由60~160个加热元件组成，精确地安装在风环圆周上通过在线厚度仪与微处理器组成一个完整的自动厚度变化控制系统。

薄膜厚度变化是高度非线性、强耦合、时变性和控制不确定性系统，与伺服（变频）电机控制量之间的精确数学模型几乎无法建立。常规的PID控制，其抗干扰和抗参数摄动的鲁棒性不够理想，难以得到满意的调速和定位性能，对于高度非线性，不确定性，复杂反馈信息控制效果很差甚至无能为力。针对系统给定与反馈之间的误差，开发提高系统动态响应速度和控制精度的各种专业控制算法的应用。将现代可拓、变结构等非线性控制方法引入电机磁场定向控制算法，以消除磁阻电机参数的非线性影响，且对电机与控制器进行一体优化设计，实现永磁-磁阻伺服电机输出力矩的精确控制，使系统快速响应并且超调小；开发给定非线性信号校正算法，有效解决设备的低速控制特性问题。 

5.5  收卷张力控制技术的科学发展

塑料薄膜卷材在一定的张力控制下被输送到机器，而且在一定的张力控制下被卷取。张力控制是提高薄膜卷材质量的关键技术。

收卷过程中，如果张力过大，会使塑料薄膜被拉断；张力过小，则会跑膜的现象。即使不会出现上面的情况，如果张力频繁波动变化的话，也会导致塑料薄膜厚度不均，影响制品质量。

收卷张力控制技术。传感器直接测定卷料的张力，根据实测张力及设定的目标张力的变化经PID运算后自动改变离合器或制动器的激磁电流，从而获得恒定的张力。交流伺服电机动力驱动，提高了设备的速度调节的动态性能，而且节能效果显著。

瑞士CMGZ600数字式张力控制器。CMGZ600张力控制器将众多的功能集成在一个紧凑的外壳内，支持三种张力控制模式－“收卷控制”、“放卷控制”、“中间段控制”。单台张力控制器最多提供两个独立的PID控制回路，可控制两个独立的张力测量点。CMGZ600用户界面友好，张力给定值、仪表的参数均可通过菜单方式进行设置，也可通过计算机通讯口和总线来设置。控制器内置设置，也可通过计算机通讯口和总线来设置。控制器内置“斜坡启动”等功能，加之其他张力控制功能，使得CMGZ600张力控制器功能强大，使用简单。CMGZ600数字式张力控制器的信号处理速度达到2毫秒，非常适合对动态响应性要求较高的张力控制应用。如果采用“速度叠加”功能则可进一步提高控制器的动态响应速度。此外，CMGZ600控制器还内置“导航控制”功能，控制器可以根据材料实际卷径大小，动态调整内部PID控制参数，优化张力控制性能。单通道或双通道可选，最多提供两个独立张力闭环控制。可选择“收卷”、“放卷”、“中间段”控制模式；可选配总线通讯接口，方便远程连接和系统集成；内置其他特殊张力控制功能，功能强大，操作简单。

5.6 控制模块化技术的科学发展

德国W＆H公司多层共挤薄膜控制系统采用模块式结构，实现了快速更换、易于维修、降低维护成本的绿色化要求。Easy Change模块用于自动程序转换，Easy Wind模块用于对收卷工艺进行目标校准而实现最优薄膜收卷，Profile Booster模块用于在产品切换后加速形成新的产品断面，Energy Monitoring模块用于判断并形成关于所有相关组件的独立能耗的图像。

5.7 自动风环控制技术的科学发展

 自动风环是一种在线实时控制系统，目的是稳定膜泡的直径，也是薄膜厚度自动控制系统的重要组成部分。不用自动风环，国外的设备的薄膜厚薄均匀性也只能作到误差7％左右,加了自动风环后，薄膜厚薄均匀性可以做到误差4％以内。

    自动风环是双唇风环, 其中下风口风量保持恒定, 上风口圆周上分为若干个风道, 每个风道由风室、阀门、电机等组成, 由电机的驱动阀门调整风道开口度, 控制每个风道风量的大小。控制过程中, 由测厚探头检测到薄膜厚薄信号送到计算机, 计算机把厚薄信号与当前设定平均厚度进行比较, 根据厚度偏差量以及曲线变化的趋势进行运算, 控制电机驱动阀门移动, 当薄膜偏厚时, 电机正向转动, 风口趋小; 相反, 电机反向转动, 风口增大, 通过改变风环圆周各点风量的大小,调整各点的冷却速度, 使薄膜横向厚薄偏差控制在目标范围内。

美国David Standard公司的Smart RingWesJet自动风环，在圆周方向上有48个全自动风量控制调节控制点，在线测量薄膜的厚度的数据反馈给控制系统，进而调节冷却风量，实现薄膜厚度的调节和控制。加拿大Future Design 公司Saturn Genie系列自动风环，用于频繁更换产品的吹塑薄膜生产线，配备了5台线性电机，分别调节下唇、泡锥、上唇、泡锥风口、升降器（将风环升至机头上），能够记录吹塑薄膜生产线运行最佳时的有关数据，并将数据储存下来，在提高生产线的速度时取出储存的数据，使生产线达到最佳工艺状态，可以减少产品更换产生的废料。

5.8 吹膜质量系统的自动控制技术的科学发展

采用自动测厚、自动风环、自动称重形成的闭环控制系统，可以实现对薄膜总厚度、层间比例、厚薄均匀度的自动检测和调整。自动膜宽控制系统，只需在操作界面上直接输入膜宽参数，薄膜的宽度便能改变，不仅大大提高了生产效率，更降低了操作难度。金明公司研发出国内首套自动调节薄膜厚度的多层共挤吹膜自动机头，机头的口模直径为φ250mm，周围均布56个加热元件（加热元件数量视口模直径和控制点精度要求增减），通过电加热方式调整控制口模内管坯料流的温度，与薄膜在线测厚仪和控制单元共同组成了一套薄膜厚度在线检测、调节的闭环系统，自动检测、调节、控制吹塑薄膜的厚度，提高了薄膜厚度均匀度和质量，在保证薄膜品质不变的条件下减少了企业的原料消耗，降低了生产成本，同时减轻了操作人员的劳动强度。

5.9 IBC控制技术的科学发展

IBC（内冷）系统具有提高产量、透明度、稳定膜泡的直径、力学性能以及净化膜泡内气体的绿色化作用。IBC（内冷）控制系统主要由内冷微电脑控制器、风机、自动温控的空气冷却器、超声波传感器、气流控制阀、自动调节稳泡器等组成。多组超声波传感器对膜泡的径向直径进行监控和检测，IBC控制器根据超声波传感器的传感信号进行处理，确定膜泡内冷的空气交换量，处理器发出信号给执行机构，精确地控制膜泡进、排风机的风量，使膜泡内部容气量达到稳定状态，从而在冷却膜泡的同时又能稳定膜泡的外径。风机系统的动态反映性能是实现快速达到生产所需的膜泡外径，高性能气体比例控制阀、伺服交流电机驱动风机系统等现代技术的应用，提高稳定膜泡直径的动态性能。新一代IBC控制系统[6]，带有温度补偿的超声波传感器，得到更精确的控制原始信号；当膜泡突然出现孔洞等引起的过度膨胀或收缩，能及时恢复到正常状态；高精度的气流控制阀，改善了膜泡不稳而引起的膜皱问题和厚薄均匀度问题，提高了因折径变化而引起的收卷端面不齐的问题；采用双冷却进风系统，大大提高了冷却效率，机台产量大幅提高；采用了顶部冷却，提高折径效率及精度。     

德国W＆H公司Varex II内冷系统，集成电子、中央供气和创新的高度调整，在冷却环内部和膜泡上进行的创新空气导向，提高了冷却率、降低了压力损耗，从而进一步提升了产能。冷却环外罩以复合材料制造，具有优良的隔热性，因此即便在低冷却空气温度下，也可避免冷却环外壳的冷凝，从而进一步拓宽了产量的提升空间。

5.10  现场总线控制技术的科学发展

数控系统大量模拟量交换，常规的分散控制系统中，往往出现相互干扰，运行不稳定，需要在现场采取大量的屏蔽手段，以实现运行的稳定性，但由于使用环境的变化，屏蔽措施达不到十分可靠。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。

现场总线控制技术，通过数字化通讯网络对整机的加工温度、螺杆转速、熔体压力、熔体温度、 内外冷却系统、稳泡装置、人字板角度、薄膜旋转牵引系统、薄膜线速度、光电纠偏装置、收卷装置等进行全方位的集中控制，具有自动报警和自诊断等功能。实施现场智能化的精确控制、监测以及远程参数化，储存制品加工工艺参数，提高了操作的精确度和方便性。  

5.11 网络控制技术的科学发展[7]

网络控制是控制技术、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（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。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。

网络“智能”能耗控制系统。德国倍福自动化有限公司的EtherCAT实时工业以太网技术，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。ROCKWELLAUTOMATION公司无线Power Monitor W250功率测量仪，能够多点监测采集生产过程中特定耗能型应用的数据，自动生成的无线网络即可将能耗信息直接传送到Rockwell Software RSenergyMetrix软件，便于用户直接查看能耗信息及采取相关技术措施降低能耗，这样不但降低了网络成本，还能够更加方便采集数据。

网络“智能”服务系统。网络服务系统为用户提供快速全方位的“智能”服务。基于3G/4G通讯/视频实时的技术，集数据收发、海量存储、智能传感、智能分析、智能控制、多媒体通讯等功能于一体，实现运行生产全过程的智能化监管，为设备终端用户与机械制造商之间提供方便、快捷、直接的沟通桥梁，以及信息化、智能化、网络化。实现维修远程实时化，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。通过导入参数，系统自动生成解决方案，然后再通过远程辅助，用户自行调整工艺解决问题。意大利Macchi公司与西门子电子产品公司合作推出的吹塑薄膜生产线的网络服务系统，使用一种新的无线操控面板来启动和控制整条生产线的运转，生产操作人员可根据需要进行简单的操控和特定的控制这套操控面板包含有一显示屏系统，通过无线(声频和视频) 连接到生产线上，操作人员无论身处何处，都可清楚了解并且解决生产线运转过程存在的故障，及时解决故障，提高运转效率。

网络“智能”服务系统。促进了企业由传统的经营模式到信息化、网络化的转变，优化了企业管理，降低了运作成本。

5.12 “智慧服务”的科学发展

 “智慧服务”是一种人、机、物协同制造模式，在互联网、物联网、内容/知识网、人际网和先进制造技术等的支持下，将各种制造资源连接在一起形成统一的资源池，然后根据客户个性化需求和情境感知，做出智能的响应，为客户提供定制化的、按需使用的全套方案服务。现在很多企业都上了很多系统软件，比如PLM、ERP、MES、CRM等系统，但系统与系统之间缺乏有效关联，形成了一个个信息孤岛。智慧服务信息系统高效集成研发、设计、工艺、质量、制造执行等系统，打通产品生命周期的各个环节，实现各类数据的实时整合与控制，为智能制造提供信息支持。基于IBM传感器解决方案并整合了IBM业务流程管理软件的IBM智慧供应链，简化了供应链环境，从创建订单开始、工厂生产商品打包并出库、货物到达地区仓库、货物离开地区仓库，直到货物到达分销商仓库，智慧供应链实现全程可视化追踪。