一种基于激光测距的塑料管材牵引速度控制方法、系统、电子设备及存储介质与流程

本发明涉及塑料管材生产，尤其是涉及一种基于激光测距的塑料管材牵引速度控制方法、系统、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、塑料管材已广泛应用于市政给排水、燃气输送、电力通信护套等国民经济重点领域，其挤出成型生产中，米重（单位长度管材重量）是衡量产品质量的核心指标，由挤出量与牵引速度共同决定。目前，米重控制方式主要有两类：一是人工抽样测量后手动调节牵引速度或螺杆转速；二是通过恒定控制单位时间内挤出机的下料量，实现管材米重的定值控制。

2、然而，上述控制方式存在如下缺陷：一是人工抽样间隔长达30—60分钟，期间挤出波动导致的壁厚偏移无法被及时发现与纠正，待检出时废品已成；二是恒定控制依赖固定经验公式，无法感知壁厚真实变化，当工况偏离时米重持续偏移而无校正。因此，上述缺陷会导致管材米重波动大、产品一致性差，需要频繁停机调整参数，从而严重制约了塑料管材生产线的整体效率。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明目的一是提供一种基于激光测距的塑料管材牵引速度控制方法，具有提高塑料管材生产效率的特点。

2、本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种基于激光测距的塑料管材牵引速度控制方法，应用于塑料管材挤出成型生产装置，所述塑料管材挤出成型生产装置包括沿生产方向依次设置的挤出机、激光检测组件和牵引机构，所述激光检测组件安装于所述挤出机的口模，所述方法包括：

4、通过所述激光检测组件获取所述激光检测组件到塑料管材外壁的实时距离值，并对所述实时距离值进行数据预处理，得到物理距离值；

5、基于所述物理距离值和预设物理距离阈值计算距离偏差量，并基于所述距离偏差量计算距离偏差变化率；

6、当所述距离偏差量和所述距离偏差变化率满足预设更新条件时，获取当前牵引速度和历史基准牵引速度，并基于所述当前牵引速度对所述历史基准牵引速度进行更新处理，得到目标牵引速度；

7、对所述距离偏差量进行调节运算，得到速度调节增量；

8、对所述目标牵引速度和所述速度调节增量进行叠加处理，得到目标速度调节量；

9、基于所述目标速度调节量生成牵引速度控制指令，并控制所述牵引机构执行。

10、通过采用上述技术方案，利用激光检测组件在口模处实时获取管材外壁距离值，结合距离偏差量及其变化率的双重判定条件，实现了对牵引速度基准值的自适应更新与偏差补偿调节，能够实时抵消挤出机主机电流波动、设备磨损等扰动因素带来的出料量偏差，有效避免管材壁厚不均和米重波动，显著减少停机调参频率，从而大幅提升塑料管材生产线的连续运行效率和产品一致性。

11、优选的，所述对所述实时距离值进行数据预处理，得到物理距离值，包括：

12、基于所述塑料管材的生产规格确定距离值上限阈值和距离值下限阈值，并构建有效距离值区间；

13、基于所述有效距离值区间对所述实时距离值进行限幅处理，得到限幅后的实时距离值；

14、获取历史距离偏差变化率，并基于所述历史距离偏差变化率确定滤波系数；

15、基于所述滤波系数对所述限幅后的实时距离值进行自适应一阶滞后滤波处理，得到滤波后的实时距离值；

16、对所述滤波后的实时距离值进行滑动加权平均处理，得到所述物理距离值。

17、通过采用上述技术方案，先根据生产规格构建有效距离值区间进行限幅处理，剔除因管材表面异物或传感器偶发噪声导致的无效数据，再依据历史距离偏差变化率自适应调整滤波系数进行一阶滞后滤波，有效平衡了响应速度与平滑度，最后通过滑动加权平均进一步抑制残余随机波动，从而提高了激光测距数据的稳定性和准确性。

18、优选的，所述基于所述物理距离值和预设物理距离阈值计算距离偏差量，并基于所述距离偏差量计算距离偏差变化率，包括：

19、获取所述塑料管材的目标米重、公称外径和材料密度，并基于预设的管材几何体积公式，对所述目标米重、所述公称外径和所述材料密度进行换算，得到目标壁厚；

20、获取所述激光检测组件到所述挤出机口模中心轴线的垂直距离和所述挤出机口模的芯模半径；

21、对所述垂直距离、所述芯模半径和所述目标壁厚进行参数融合计算，得到所述预设物理距离阈值；

22、对所述物理距离值和所述预设物理距离阈值进行差值计算，得到所述距离偏差量；

23、获取历史距离偏差量，基于所述距离偏差量和所述历史距离偏差量计算所述距离偏差变化率。

24、通过采用上述技术方案，基于目标米重、公称外径和材料密度反算目标壁厚，再结合激光检测组件到口模中心轴线的垂直距离和芯模半径等固定几何参数融合计算预设物理距离阈值，使得阈值设定能够随不同管材规格自动适配，无需人工反复标定，同时，通过当前物理距离值与阈值作差得到偏差量，并结合历史偏差量计算偏差变化率，有效地提高了调节精度。

25、优选的，所述当所述距离偏差量和所述距离偏差变化率满足预设更新条件时，获取当前牵引速度和历史基准牵引速度，并基于所述当前牵引速度对所述历史基准牵引速度进行更新处理，得到目标牵引速度，包括：

26、判断所述距离偏差量的绝对值是否小于预设的稳态偏差阈值，且所述距离偏差变化率的绝对值是否小于预设的稳态变化率阈值；

27、若所述距离偏差量的绝对值小于预设的稳态偏差阈值，且所述距离偏差变化率的绝对值小于预设的稳态变化率阈值，则判定满足预设更新条件，并获取所述历史基准牵引速度和所述当前牵引速度；

28、基于预设的基准更新权重系数和所述历史基准牵引速度，对所述当前牵引速度进行加权融合运算，得到所述目标牵引速度。

29、通过采用上述技术方案，仅在稳态阈值范围内时才触发基准速度更新，确保了基准速度的更新时机处于装置稳定运行阶段，避免了因瞬时扰动或波动剧烈时误更新基准而导致控制基准偏移，同时，通过预设的基准更新权重系数对历史基准牵引速度和当前牵引速度进行加权融合，使得基准速度能够缓慢、平滑地跟踪设备磨损、滤网堵塞等长期漂移因素，不仅保证了对缓慢变化的适应性，还防止了基准速度突变引发的控制震荡，有效提升了装置长期运行稳定性和控制精度。

30、优选的，所述基于所述物理距离值和预设物理距离阈值计算距离偏差量，并基于所述距离偏差量计算距离偏差变化率之后，还包括：

31、当所述距离偏差量和所述距离偏差变化率不满足预设更新条件时，获取所述历史基准牵引速度作为所述目标牵引速度。

32、通过采用上述技术方案，当距离偏差量和距离偏差变化率不满足预设更新条件时，直接沿用历史基准牵引速度作为目标牵引速度，避免在处于非稳态时对基准速度进行不当更新，从而有效防止基准速度因瞬时波动而被污染或偏离真实工况。

33、优选的，所述对所述距离偏差量进行调节运算，得到速度调节增量，包括：

34、获取比例调节系数、积分调节系数和微分调节系数，并对所述距离偏差量进行pid调节运算，得到初始速度调节增量；

35、基于所述目标牵引速度，确定单次最大允许步长；

36、基于所述单次最大允许步长对所述初始速度调节增量进行限幅处理，得到所述速度调节增量。

37、通过采用上述技术方案，采用pid调节算法对距离偏差量进行运算，并结合比例、积分、微分三重调节作用，能够快速响应壁厚波动并实现无级平滑调速，有效抑制稳态误差，同时，根据目标牵引速度动态确定单次最大允许步长并对初始调节增量进行限幅处理，避免了单次调节量过大导致牵引速度剧烈突变，从而防止管材被过度拉伸或堆积引发的壁厚震荡甚至断管故障，在保证调节响应速度的同时兼顾了生产过程的平稳性和安全性。

38、优选的，所述塑料管材挤出成型生产装置还包括变频调速执行组件，所述变频调速执行组件与所述牵引机构传动连接；

39、所述基于所述目标速度调节量生成牵引速度控制指令，并控制所述牵引机构执行，包括：

40、将所述目标速度调节量转换为对应的目标频率信号，并基于所述目标频率信号生成牵引速度控制指令；

41、将所述牵引速度控制指令发送至所述变频调速执行组件，以控制所述变频调速执行组件驱动所述牵引机构基于所述目标频率信号对应的转速运行。

42、通过采用上述技术方案，将目标速度调节量转换为对应的目标频率信号并生成牵引速度控制指令，利用变频调速执行组件驱动牵引机构按目标频率对应的转速运行，实现了牵引速度的连续无级调节，避免了传统档位式调速的精度损失和速度冲击，同时，变频调速方式能够快速响应控制指令，确保壁厚波动得到及时修正，进一步提升了米重控制的实时性和执行精度，保障了管材壁厚的均匀性和生产过程的稳定性。

43、本发明目的二是提供一种基于激光测距的塑料管材牵引速度控制系统，具有提高塑料管材生产效率的特点。

44、本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

45、一种基于激光测距的塑料管材牵引速度控制系统，应用于塑料管材挤出成型生产装置，所述塑料管材挤出成型生产装置包括沿生产方向依次设置的挤出机、激光检测组件和牵引机构，所述激光检测组件安装于所述挤出机的口模，所述系统包括：

46、激光测距模块，用于通过所述激光检测组件获取所述激光检测组件到塑料管材外壁的实时距离值，并对所述实时距离值进行数据预处理，得到物理距离值；

47、偏差计算模块，用于基于所述物理距离值和预设物理距离阈值计算距离偏差量，并基于所述距离偏差量计算距离偏差变化率；

48、基准更新模块，用于当所述距离偏差量和所述距离偏差变化率满足预设更新条件时，获取当前牵引速度和历史基准牵引速度，并基于所述当前牵引速度对所述历史基准牵引速度进行更新处理，得到目标牵引速度；

49、增量运算模块，用于对所述距离偏差量进行调节运算，得到速度调节增量；

50、速度合成模块，用于对所述目标牵引速度和所述速度调节增量进行叠加处理，得到目标速度调节量；

51、牵引控制模块，用于基于所述目标速度调节量生成牵引速度控制指令，并控制所述牵引机构执行。

52、通过采用上述技术方案，系统能够实时抵消挤出机主机电流波动、设备磨损及滤网堵塞等扰动因素带来的出料量偏差，有效避免管材壁厚不均和米重波动，减少停机调参频率，从而大幅提升塑料管材生产线的连续运行效率和产品一致性。

53、本发明目的三是提供一种电子设备，具有提高塑料管材生产效率的特点。

54、本发明的上述发明目的三是通过以下技术方案得以实现的：

55、一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行上述任一项所述的基于激光测距的塑料管材牵引速度控制方法的计算机程序。

56、本发明目的四是提供一种计算机可读存储介质，能够存储相应的程序，具有便于实现提高塑料管材生产效率的特点。

57、本发明的上述发明目的四是通过以下技术方案得以实现的：

58、一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行上述任一项所述的基于激光测距的塑料管材牵引速度控制方法的计算机程序。

59、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

60、1.本发明通过在挤出成型关键工位布设激光检测组件，捕捉管材壁厚的瞬时波动，并联动牵引速度执行动态微调，能够实时动态抵消设备长期运行磨损及主机电流波动所引发的出料量偏差，从根源上解决了管材壁厚不均与米重失稳的技术难题，且无需依赖经验公式，长期运行下控制精度无衰减，具有优异的鲁棒性与可靠性；

61、2.本发明通过精准稳定的米重控制，可有效规避因米重偏差导致的壁厚超差、管材断裂等质量缺陷，提升产品合格率，同时大幅减少因参数调整、设备故障排查所需的停机时间，有效延长生产线连续运行时长，综合生产效率得到显著提升；

62、3.本发明可灵活适配不同规格、不同材质的塑料管材生产需求，参数标定与规格切换便捷高效，具备良好的通用性与扩展性，同时无需人工实时值守干预，在降低人工成本与劳动强度的同时，有效节约原材料损耗、降低生产能耗，具有良好的经济效益与工业推广价值。