李子平 馬佳圳（廣東金明精機股份有限公司）

高性能智能多層共擠吹塑機組開發(fā)設計

李子平 馬佳圳（廣東金明精機股份有限公司）

隨著信息技術的高速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、云計算、無線傳感、物聯(lián)網(wǎng)等技術的大面積推廣和應用，必將給傳統(tǒng)裝備制造行業(yè)帶來巨大變革。高性能智能多層共擠吹塑機組就是在這一背景下，結合吹塑行業(yè)未來發(fā)展方向，研發(fā)出來的新一代智能吹塑機組。該機組的成功研發(fā)將對傳統(tǒng)的吹塑機械裝備進行全面的升級和創(chuàng)新。

新一代高性能智能多層共擠吹塑機是以自動控制、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)等技術為基礎，以設備智能化為核心，涵蓋薄膜生產(chǎn)過程中的加工工藝管理、產(chǎn)品能耗控制、維護維保等環(huán)節(jié)，重點突出制造工藝與控制技術結合、機械裝備與企業(yè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)結合，使生產(chǎn)過程中從產(chǎn)品原材料到最終成品都能實現(xiàn)數(shù)字化信息管理和流程控制，從而實現(xiàn)智能化生產(chǎn)制造。高性能智能多層共擠吹塑機控制系統(tǒng)開發(fā)主要包括以下內(nèi)容：

1、工業(yè)數(shù)據(jù)連接網(wǎng)絡開發(fā)：

吹塑機實現(xiàn)智能控制的基礎是數(shù)據(jù)采集和信息互聯(lián)，為了實現(xiàn)機組內(nèi)部信息互通互聯(lián)，設計過程必須將機組各部分數(shù)據(jù)信息集中采集。通常吹塑機組包括加熱、擠出、牽引、收卷、稱重喂料、在線厚度控制、自動上料等系統(tǒng)，其中主機控制系統(tǒng)采用西門子控制器，在線厚度控制、稱重喂料系統(tǒng)、自動上料系統(tǒng)等采用第三方控制系統(tǒng)。由于系統(tǒng)各自使用的控制器不同，設計上通過轉(zhuǎn)換接口將數(shù)據(jù)統(tǒng)一連接到上位工控機上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和交換。研發(fā)過程中針對該機組開發(fā)了基于MODBUS/TCP協(xié)議的工業(yè)數(shù)據(jù)連接網(wǎng)絡，解決了不同控制器之間數(shù)據(jù)接口問題。將原有的RS422,RS485等通信接口統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為工業(yè)以太網(wǎng)方式，實現(xiàn)現(xiàn)場總線直接掛接到工業(yè)以太網(wǎng)，完成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集，提高了網(wǎng)絡的安全性和可靠性，為數(shù)字化智能運行管理控制系統(tǒng)開發(fā)提供快捷方便的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡接口。

2、吹塑機組智能運行管理控制系統(tǒng)

運行管理控制系統(tǒng)是在實現(xiàn)吹塑機組各部件互聯(lián)互通、運行數(shù)據(jù)數(shù)字化的條件下研發(fā)出的全新操作控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量管理、工藝過程管理、設備維修管理、制品管理、膜泡成型控制、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)（ERP）集成等方面提出全新的設計理念。重點突出生產(chǎn)過程中從產(chǎn)品原料到最終制品都實現(xiàn)數(shù)字化信息管理和流程控制，借助數(shù)字化、網(wǎng)絡化技術，與ERP、MES等系統(tǒng)結合，通過自動化控制流程實現(xiàn)智能高效生產(chǎn)管理。

智能運行管理控制技術主要包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)、膜泡成型控制、工藝管理系統(tǒng)、過程質(zhì)量控制系統(tǒng)、設備運行維護及能耗管理系統(tǒng)等?？蓪崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控和設備維護等。各模塊功能如下：

1）生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)——生產(chǎn)管理系統(tǒng)是以吹塑機械為基礎，結合先進的工藝、設備運行和生產(chǎn)過程的實際使用需求，開發(fā)出的集成生產(chǎn)管理系統(tǒng)，以提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、實現(xiàn)智能控制為目的，同時為企業(yè)信息化提供有力的保障。生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)重點突出與企業(yè)ERP、MES系統(tǒng)對接，從生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量管理、自動排產(chǎn)、生產(chǎn)工單看板等環(huán)節(jié)實現(xiàn)可視化生產(chǎn)流程管理。系統(tǒng)從原材料開始，根據(jù)生產(chǎn)訂單自動生成所需生產(chǎn)資料，按照實時設備生產(chǎn)狀況自動配送原料，實時將原材料使用數(shù)據(jù)反饋到管理系統(tǒng)，以便系統(tǒng)實行排產(chǎn)和調(diào)度。生產(chǎn)管理系統(tǒng)負責生產(chǎn)過程設備用料、能耗、工況、產(chǎn)量、產(chǎn)品規(guī)格、合格率等管理，匯總生產(chǎn)進度及材料消耗情況，記錄生產(chǎn)過程中的設備運行參數(shù)，定期自動生成生產(chǎn)報表，實現(xiàn)生產(chǎn)過程可追溯管理。在能耗管理方面，根據(jù)不同材料加工特性，建立能耗模型庫，生產(chǎn)過程中根據(jù)實際能耗情況及時發(fā)出提示，讓操作者得以及時調(diào)整工藝參數(shù)，使其達到最佳的能耗狀況。

2）工藝管理控制系統(tǒng)——統(tǒng)一的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡實現(xiàn)了機組運行數(shù)據(jù)的透明化，為工藝管理控制提供了數(shù)據(jù)基礎。傳統(tǒng)吹塑工藝大部分依靠人工操作，工藝參數(shù)需人為調(diào)整和確定，工藝參數(shù)精準度低。高性能智能多層共擠吹塑機組在積累大量加工工藝的基礎上，開發(fā)比較完善的工藝數(shù)據(jù)庫，包含材料加工工藝庫、產(chǎn)品工藝庫等，生產(chǎn)過程中根據(jù)不同材料調(diào)用相應的工藝參數(shù)，對加工材料的溫度、壓力、塑化時間等狀態(tài)進行調(diào)整，同時對產(chǎn)品的厚度、張力等進行控制，生產(chǎn)不同產(chǎn)品只需要調(diào)用相應的工藝參數(shù)庫。工藝管理系統(tǒng)提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，降低產(chǎn)品的損耗。

3）質(zhì)量管理控制系統(tǒng)——薄膜生產(chǎn)過程中制品厚薄均勻度是最主要的技術指標，質(zhì)量管理控制系統(tǒng)實時對產(chǎn)品厚度、均勻度等關鍵技術參數(shù)進行在線檢測和記錄。運行過程中對制品質(zhì)量信息進行統(tǒng)計，形成產(chǎn)品質(zhì)量報告，以便對產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤和追溯，實時查詢歷史數(shù)據(jù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品品質(zhì)。機組另一創(chuàng)新點是能根據(jù)訂單的要求和產(chǎn)品質(zhì)量測量反饋信息，實時調(diào)整設備運行狀態(tài)，如牽引速度、插夾板狀態(tài)、穩(wěn)泡寬度，風環(huán)控制狀態(tài)等，保證生產(chǎn)過程產(chǎn)品質(zhì)量處于控制狀態(tài)，避免制造過程質(zhì)量問題。

4）設備維護維保系統(tǒng)——設備運行過程中系統(tǒng)實時記錄各關鍵點的運行狀態(tài)，包括運行時間、電流、功率、速度等信息，對運行狀態(tài)進行監(jiān)控，當運行狀態(tài)超出安全范圍內(nèi)時，系統(tǒng)會實時提示，如熔體壓力、溫度等關鍵指標異常時系統(tǒng)會自動進入減產(chǎn)、停機等工作狀態(tài)。在維保方面，系統(tǒng)會及時提醒各部件維護和更換時間，實現(xiàn)設備維護周期管理。系統(tǒng)擁有遠程診斷和數(shù)據(jù)采集功能，可通過互聯(lián)網(wǎng)隨時對設備進行故障診斷和排除。

智能運行管理控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制到數(shù)據(jù)處理的轉(zhuǎn)變，具有較為完善的生產(chǎn)統(tǒng)計、合格率統(tǒng)計、原料使用分析、故障分析、設備部件維護統(tǒng)計等功能，為管理者分析和決策提供依據(jù)。

小結

高性能智能多層共擠吹塑機組創(chuàng)新點在于吹塑工藝與信息化技術融合，生產(chǎn)過程中主要工藝流程通過自動化與信息技術實現(xiàn)，控制流程是以數(shù)字化、信息化、自動化、智能化控制技術為基礎，融合生產(chǎn)、工藝控制、質(zhì)量管理、維護維保等過程。通過與ERP、MES等系統(tǒng)對接，實現(xiàn)了從原材料到產(chǎn)品的數(shù)字化智能生產(chǎn)。目前設備開發(fā)已進入調(diào)試優(yōu)化階段，設備成功研發(fā)將推動吹塑行業(yè)數(shù)字化、自動化、智能化的技術進步。

[1]張洪潤.智能技術系統(tǒng)設計與開發(fā)[M]. 北京航空航天大學出版社.2007.2

[2]西門子中央研究院.工業(yè)4.0實戰(zhàn)[M]. 機械工業(yè)出版社.2015.9

[3]肖維榮.裝備自動化工程設計與實現(xiàn)[M]. 機械工業(yè)出版社.2015.8

[4]廣東金明精機股份有限公司.M5B-2300Q機組說明書[R].2015.2