宽幅涂覆薄膜生产线控制系统与监控系统设计
2018-08-27李子平林德坡黄育汉陈昭凯
李子平,林德坡,黄育汉,陈昭凯
(广东金明精机股份有限公司,广东 汕头 515090)
宽幅涂覆薄膜(PO膜)主要用于农用大棚种植。是薄膜吹塑工艺与涂覆工艺结合的塑料薄膜产品,该工艺生产出来薄膜具有使寿命长、透光率高、保温性好等特点,近几年在大棚膜等农业应用上快速增长。生产方式有在线和离线两种工艺,其中在线涂覆工艺控制点多,操作难度大,生产流程较为复杂。由于生产线占地面积大、高度高、使用操作较为复杂,考虑到生产流程及操作的便利性,在机组控制设计上采用控制系统与监控系统结合方式,有效减低操作复杂性、提高设备运行效率,更好满足生产需求。
宽幅涂覆薄膜生产线采用计算机集中控制方式,主要由控制系统和监控系统两部分组成,整机具备互联网功能。控制系统实现装备自动化控制,用于执行设备运行控制,包括信号采集与处理、过程控制、工艺控制等。监控系统用于生产线信息化管理,包含设备生产管理系统、工艺配方、生产报表等,实现设备运行数据采集、统计、汇总等信息化管理功能,系统控制框图如图1。
图1 系统框图
1 控制系统设计
控制部分由贝加莱PCC、控制面板、IO模块等组成。采用POWERLINK现场总线方式实现整机控制,机组分信号采集与处理、温度控制、挤出控制、传动控制、逻辑控制等控制部分,人机交换主要由控制面板完成,包含系统操作、数据输入以及系统参数实时监控等。信号采集与处理、温度控制等由PCC完成,主要包括温度、压力、速度、张力等模拟量的采集、运算以及各输入输出量之间逻辑关系等。各模块与主机之间通过POWERLINK总线连接,PCC与各驱动变频器之间通过通信方式进行连接;其中AI354为模拟量输入模块,AO352为模拟量输出模块,AT664为温度采集模块,DM465为I/O模块,EX481、EX484为POWERLINK接口模块。
1.1 挤出部分控制
挤出成型部分主要是挤出和加热控制,该设备为五层共挤,挤出部分由挤出机、模头、风环等部分组成,挤出电机采用变频器控制调速,各层换网部分装有熔体压力温度传感器,通过PLC信号采集传输到监控系统上,监测熔体压力及温度。本机加热部分为62区,各区温控采用双PID控制,由计算机完成。热电偶信号由温度采集模块AT664输入,经内部PID调节后由I/O模块输出,驱动相应加热器;冷却风机运行也由内部PID计算完成,采用双PID控制有效提高温度控制精度。
1.2 牵引收卷部分
驱动采用变频调速,生产线以第一牵引转速为基准,第二、三牵引、第四牵引、收卷牵引等均以第一牵引为同步速度,通过安装在牵引前的跳辊检测张力反馈信号,控制牵引速度和膜片张力。牵引和收卷采用全自动张力控制,降低工人劳动强度,提高产品质量,同时将运行数据传输到监控系统。生产线各牵引之间距离长,使用操作不方便,采用监控系统能实时有效检测各牵引的运行状态,简化操作难度,减低劳动强度。
1.3 冷却成型部份控制
冷却成型主要有内外冷却和厚度控制,通过进排风冷却风机控制实现膜泡内部冷却,同时到达精准控制膜泡宽度,通过改进的控制算法实现大交换量、强冷却、高精度、快速规格转换等控制功能,系统还具备接触间隙控制等,满足不同产品,不同工艺的使用要求。
厚度控制系统主要是由风环、控制系统、在线测厚系统等三部分组成,在线测厚系统主要由旋转扫描架、测厚探头组成,完成薄膜在线测量,并显示制品的厚薄曲线。控制系统主要由B&R控制器、工控机组成,根据在线测厚系统测出的制品厚薄数据来自动控制风环风道,从而控制薄膜的横向厚薄均匀度,提高产品质量。系统采用贝加莱PCC控制器、工控机架构,扫描式测厚传感器之间采用PCD-LINK连接,PCC控制器主要完成测厚传感器数据采集、运算、统计、历史数据记录,运行状态监控等。
1.4 涂覆及烘干控制
宽幅涂覆膜另一个控制点是涂覆及烘干部分,涂覆采用浸泡涂覆方式,薄膜通过涂覆液,经过刮辊及风刀进行刮涂,再进入烘箱烘干。薄膜涂覆前薄膜表面需要电晕处理,这部分驱动采用变频控制,根据工艺要求,在电晕前设计一处张力控制点,用于电晕牵引与一牵引之间的薄膜张力控制,刮辊与涂覆装置采用同步驱动控制,同时刮辊部分根据生产情况进行速度微调,确保涂覆效果。由于薄膜宽幅大,烘箱采用立式安装,分段温度控制方式,通过鼓风机进行热交换。整机烘箱分25个控温点,采用温度模块和调功控制方式,确保烘箱内部加热均匀。每个温控点温度通过网络上传到监控系统,实时控制温度变化情况,同时与整线控制连接,根据产量调整烘箱温度及鼓风机速度。
2 监控管理系统设计
宽幅涂覆生产线与传统吹塑设备比较,主要特点是控制点分散,操作距离长,且大部分控制点在高处,不便于工人监视和操作。为了适应生产流程需求,降低工人劳动强度,实现集中管理,在控制系统基础上设计监控管理系统,实现设备生产过程管理和维护维保功能。
监控系统架构上采用PCC控制器、PLC控制器、工控机及互联网方式,PCC及各控制器信号通过网络协议连接到工控机上,利用组态软件及数据库实现设备监控、管理维护和数据统计等。
设备监控管理部分包括设备运行状态监控、生产管理、工艺管理、质量管理、设备运行维护等。各功能部件模块与现场PLC、传感器等部件连接,将生产运行、设备状态等数据传送到工控机,实现生产过程管理、产品质量监控、生产过程的可追溯性及生产报表管理等功能。
在设备维护方面,监控管理系统通过对运行数据的采集,将实时运行数据与历史数据进行融合,再与阀值进行比较,判断设备维护点,通过报警系统精确定位故障位置,节约维修时间。同时提供设备维护预警信息,实现设备故障的提前预警、远程维护等维保功能,有效保证设备正常运行,提高设备维护维修的效率。
在质量管理方面,可实时对薄膜厚度、薄膜均匀度等关键技术参数进行在线检测和记录。对反馈制品质量信息进行统计,形成产品质量检测报告。设备监控管理系统提升装备信息化能力,具有生产管理、故障分析、设备部件维护统计等功能,实现了从自动化控制到信息化的转变。
3 结束语
宽幅涂覆薄膜生产设备采用计算机集中控制系统,实现设备自动化与信息化的结合,制造工艺与控制技术结合,将生产线的制造、工艺、质控、维护等过程集成到生产制造中,可对工艺参数、设备运行等数据进行综合分析,找出生产过程中的最优参数,提升制造品质。系统与企业ERP系统结合,将有效提高生产效率,实现现代化信息化生产制造管理。