高性能智能多层共挤吹塑机组开发设计

李子平 马佳圳（广东金明精机股份有限公司）

高性能智能多层共挤吹塑机组开发设计

李子平 马佳圳（广东金明精机股份有限公司）

随着信息技术的高速发展，互联网、云计算、无线传感、物联网等技术的大面积推广和应用，必将给传统装备制造行业带来巨大变革。高性能智能多层共挤吹塑机组就是在这一背景下，结合吹塑行业未来发展方向，研发出来的新一代智能吹塑机组。该机组的成功研发将对传统的吹塑机械装备进行全面的升级和创新。

新一代高性能智能多层共挤吹塑机是以自动控制、工业互联网、嵌入式系统等技术为基础，以设备智能化为核心，涵盖薄膜生产过程中的加工工艺管理、产品能耗控制、维护维保等环节，重点突出制造工艺与控制技术结合、机械装备与企业生产制造系统结合，使生产过程中从产品原材料到最终成品都能实现数字化信息管理和流程控制，从而实现智能化生产制造。高性能智能多层共挤吹塑机控制系统开发主要包括以下内容：

1、工业数据连接网络开发：

吹塑机实现智能控制的基础是数据采集和信息互联，为了实现机组内部信息互通互联，设计过程必须将机组各部分数据信息集中采集。通常吹塑机组包括加热、挤出、牵引、收卷、称重喂料、在线厚度控制、自动上料等系统，其中主机控制系统采用西门子控制器，在线厚度控制、称重喂料系统、自动上料系统等采用第三方控制系统。由于系统各自使用的控制器不同，设计上通过转换接口将数据统一连接到上位工控机上，实现数据采集和交换。研发过程中针对该机组开发了基于MODBUS/TCP协议的工业数据连接网络，解决了不同控制器之间数据接口问题。将原有的RS422,RS485等通信接口统一转换为工业以太网方式，实现现场总线直接挂接到工业以太网，完成统一的数据采集，提高了网络的安全性和可靠性，为数字化智能运行管理控制系统开发提供快捷方便的数据网络接口。

2、吹塑机组智能运行管理控制系统

运行管理控制系统是在实现吹塑机组各部件互联互通、运行数据数字化的条件下研发出的全新操作控制系统，在生产数据采集、质量管理、工艺过程管理、设备维修管理、制品管理、膜泡成型控制、制造执行系统（MES）和企业资源计划管理系统（ERP）集成等方面提出全新的设计理念。重点突出生产过程中从产品原料到最终制品都实现数字化信息管理和流程控制，借助数字化、网络化技术，与ERP、MES等系统结合，通过自动化控制流程实现智能高效生产管理。

智能运行管理控制技术主要包括生产管理系统、膜泡成型控制、工艺管理系统、过程质量控制系统、设备运行维护及能耗管理系统等。可实现生产过程的数字化管理、产品质量监控和设备维护等。各模块功能如下：

1）生产管理控制系统——生产管理系统是以吹塑机械为基础，结合先进的工艺、设备运行和生产过程的实际使用需求，开发出的集成生产管理系统，以提高生产效率、产品质量、降低生产成本、实现智能控制为目的，同时为企业信息化提供有力的保障。生产管理控制系统重点突出与企业ERP、MES系统对接，从生产数据采集、质量管理、自动排产、生产工单看板等环节实现可视化生产流程管理。系统从原材料开始，根据生产订单自动生成所需生产资料，按照实时设备生产状况自动配送原料，实时将原材料使用数据反馈到管理系统，以便系统实行排产和调度。生产管理系统负责生产过程设备用料、能耗、工况、产量、产品规格、合格率等管理，汇总生产进度及材料消耗情况，记录生产过程中的设备运行参数，定期自动生成生产报表，实现生产过程可追溯管理。在能耗管理方面，根据不同材料加工特性，建立能耗模型库，生产过程中根据实际能耗情况及时发出提示，让操作者得以及时调整工艺参数，使其达到最佳的能耗状况。

2）工艺管理控制系统——统一的数据网络实现了机组运行数据的透明化，为工艺管理控制提供了数据基础。传统吹塑工艺大部分依靠人工操作，工艺参数需人为调整和确定，工艺参数精准度低。高性能智能多层共挤吹塑机组在积累大量加工工艺的基础上，开发比较完善的工艺数据库，包含材料加工工艺库、产品工艺库等，生产过程中根据不同材料调用相应的工艺参数，对加工材料的温度、压力、塑化时间等状态进行调整，同时对产品的厚度、张力等进行控制，生产不同产品只需要调用相应的工艺参数库。工艺管理系统提高产品的稳定性，降低产品的损耗。

3）质量管理控制系统——薄膜生产过程中制品厚薄均匀度是最主要的技术指标，质量管理控制系统实时对产品厚度、均匀度等关键技术参数进行在线检测和记录。运行过程中对制品质量信息进行统计，形成产品质量报告，以便对产品质量跟踪和追溯，实时查询历史数据，保证产品质量，提高产品品质。机组另一创新点是能根据订单的要求和产品质量测量反馈信息，实时调整设备运行状态，如牵引速度、插夹板状态、稳泡宽度，风环控制状态等，保证生产过程产品质量处于控制状态，避免制造过程质量问题。

4）设备维护维保系统——设备运行过程中系统实时记录各关键点的运行状态，包括运行时间、电流、功率、速度等信息，对运行状态进行监控，当运行状态超出安全范围内时，系统会实时提示，如熔体压力、温度等关键指标异常时系统会自动进入减产、停机等工作状态。在维保方面，系统会及时提醒各部件维护和更换时间，实现设备维护周期管理。系统拥有远程诊断和数据采集功能，可通过互联网随时对设备进行故障诊断和排除。

智能运行管理控制系统实现自动控制到数据处理的转变，具有较为完善的生产统计、合格率统计、原料使用分析、故障分析、设备部件维护统计等功能，为管理者分析和决策提供依据。

小结

高性能智能多层共挤吹塑机组创新点在于吹塑工艺与信息化技术融合，生产过程中主要工艺流程通过自动化与信息技术实现，控制流程是以数字化、信息化、自动化、智能化控制技术为基础，融合生产、工艺控制、质量管理、维护维保等过程。通过与ERP、MES等系统对接，实现了从原材料到产品的数字化智能生产。目前设备开发已进入调试优化阶段，设备成功研发将推动吹塑行业数字化、自动化、智能化的技术进步。

[1]张洪润.智能技术系统设计与开发[M]. 北京航空航天大学出版社.2007.2

[2]西门子中央研究院.工业4.0实战[M]. 机械工业出版社.2015.9

[3]肖维荣.装备自动化工程设计与实现[M]. 机械工业出版社.2015.8

[4]广东金明精机股份有限公司.M5B-2300Q机组说明书[R].2015.2