李子平，林德坡，黃育漢，陳昭凱

(廣東金明精機股份有限公司，廣東 汕頭 515090)

寬幅涂覆薄膜（PO膜）主要用于農(nóng)用大棚種植。是薄膜吹塑工藝與涂覆工藝結(jié)合的塑料薄膜產(chǎn)品，該工藝生產(chǎn)出來薄膜具有使壽命長、透光率高、保溫性好等特點，近幾年在大棚膜等農(nóng)業(yè)應用上快速增長。生產(chǎn)方式有在線和離線兩種工藝，其中在線涂覆工藝控制點多，操作難度大，生產(chǎn)流程較為復雜。由于生產(chǎn)線占地面積大、高度高、使用操作較為復雜，考慮到生產(chǎn)流程及操作的便利性，在機組控制設計上采用控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合方式，有效減低操作復雜性、提高設備運行效率，更好滿足生產(chǎn)需求。

寬幅涂覆薄膜生產(chǎn)線采用計算機集中控制方式，主要由控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)兩部分組成，整機具備互聯(lián)網(wǎng)功能?？刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)裝備自動化控制，用于執(zhí)行設備運行控制，包括信號采集與處理、過程控制、工藝控制等。監(jiān)控系統(tǒng)用于生產(chǎn)線信息化管理，包含設備生產(chǎn)管理系統(tǒng)、工藝配方、生產(chǎn)報表等，實現(xiàn)設備運行數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、匯總等信息化管理功能，系統(tǒng)控制框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)框圖

1 控制系統(tǒng)設計

控制部分由貝加萊PCC、控制面板、IO模塊等組成。采用POWERLINK現(xiàn)場總線方式實現(xiàn)整機控制，機組分信號采集與處理、溫度控制、擠出控制、傳動控制、邏輯控制等控制部分，人機交換主要由控制面板完成，包含系統(tǒng)操作、數(shù)據(jù)輸入以及系統(tǒng)參數(shù)實時監(jiān)控等。信號采集與處理、溫度控制等由PCC完成，主要包括溫度、壓力、速度、張力等模擬量的采集、運算以及各輸入輸出量之間邏輯關系等。各模塊與主機之間通過POWERLINK總線連接，PCC與各驅(qū)動變頻器之間通過通信方式進行連接；其中AI354為模擬量輸入模塊，AO352為模擬量輸出模塊，AT664為溫度采集模塊，DM465為I/O模塊，EX481、EX484為POWERLINK接口模塊。

1.1 擠出部分控制

擠出成型部分主要是擠出和加熱控制，該設備為五層共擠，擠出部分由擠出機、模頭、風環(huán)等部分組成，擠出電機采用變頻器控制調(diào)速，各層換網(wǎng)部分裝有熔體壓力溫度傳感器，通過PLC信號采集傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)上，監(jiān)測熔體壓力及溫度。本機加熱部分為62區(qū)，各區(qū)溫控采用雙PID控制，由計算機完成。熱電偶信號由溫度采集模塊AT664輸入，經(jīng)內(nèi)部PID調(diào)節(jié)后由I/O模塊輸出，驅(qū)動相應加熱器；冷卻風機運行也由內(nèi)部PID計算完成，采用雙PID控制有效提高溫度控制精度。

1.2 牽引收卷部分

驅(qū)動采用變頻調(diào)速，生產(chǎn)線以第一牽引轉(zhuǎn)速為基準，第二、三牽引、第四牽引、收卷牽引等均以第一牽引為同步速度，通過安裝在牽引前的跳輥檢測張力反饋信號，控制牽引速度和膜片張力。牽引和收卷采用全自動張力控制，降低工人勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時將運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)。生產(chǎn)線各牽引之間距離長，使用操作不方便，采用監(jiān)控系統(tǒng)能實時有效檢測各牽引的運行狀態(tài)，簡化操作難度，減低勞動強度。

1.3 冷卻成型部份控制

冷卻成型主要有內(nèi)外冷卻和厚度控制，通過進排風冷卻風機控制實現(xiàn)膜泡內(nèi)部冷卻，同時到達精準控制膜泡寬度，通過改進的控制算法實現(xiàn)大交換量、強冷卻、高精度、快速規(guī)格轉(zhuǎn)換等控制功能，系統(tǒng)還具備接觸間隙控制等，滿足不同產(chǎn)品，不同工藝的使用要求。

厚度控制系統(tǒng)主要是由風環(huán)、控制系統(tǒng)、在線測厚系統(tǒng)等三部分組成，在線測厚系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)掃描架、測厚探頭組成，完成薄膜在線測量，并顯示制品的厚薄曲線?？刂葡到y(tǒng)主要由B&R控制器、工控機組成，根據(jù)在線測厚系統(tǒng)測出的制品厚薄數(shù)據(jù)來自動控制風環(huán)風道，從而控制薄膜的橫向厚薄均勻度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。系統(tǒng)采用貝加萊PCC控制器、工控機架構(gòu)，掃描式測厚傳感器之間采用PCD-LINK連接，PCC控制器主要完成測厚傳感器數(shù)據(jù)采集、運算、統(tǒng)計、歷史數(shù)據(jù)記錄，運行狀態(tài)監(jiān)控等。

1.4 涂覆及烘干控制

寬幅涂覆膜另一個控制點是涂覆及烘干部分，涂覆采用浸泡涂覆方式，薄膜通過涂覆液，經(jīng)過刮輥及風刀進行刮涂，再進入烘箱烘干。薄膜涂覆前薄膜表面需要電暈處理，這部分驅(qū)動采用變頻控制，根據(jù)工藝要求，在電暈前設計一處張力控制點，用于電暈牽引與一牽引之間的薄膜張力控制，刮輥與涂覆裝置采用同步驅(qū)動控制，同時刮輥部分根據(jù)生產(chǎn)情況進行速度微調(diào)，確保涂覆效果。由于薄膜寬幅大，烘箱采用立式安裝，分段溫度控制方式，通過鼓風機進行熱交換。整機烘箱分25個控溫點，采用溫度模塊和調(diào)功控制方式，確保烘箱內(nèi)部加熱均勻。每個溫控點溫度通過網(wǎng)絡上傳到監(jiān)控系統(tǒng)，實時控制溫度變化情況，同時與整線控制連接，根據(jù)產(chǎn)量調(diào)整烘箱溫度及鼓風機速度。

2 監(jiān)控管理系統(tǒng)設計

寬幅涂覆生產(chǎn)線與傳統(tǒng)吹塑設備比較，主要特點是控制點分散，操作距離長，且大部分控制點在高處，不便于工人監(jiān)視和操作。為了適應生產(chǎn)流程需求，降低工人勞動強度，實現(xiàn)集中管理，在控制系統(tǒng)基礎上設計監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)設備生產(chǎn)過程管理和維護維保功能。

監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)上采用PCC控制器、PLC控制器、工控機及互聯(lián)網(wǎng)方式，PCC及各控制器信號通過網(wǎng)絡協(xié)議連接到工控機上，利用組態(tài)軟件及數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)設備監(jiān)控、管理維護和數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。

設備監(jiān)控管理部分包括設備運行狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)管理、工藝管理、質(zhì)量管理、設備運行維護等。各功能部件模塊與現(xiàn)場PLC、傳感器等部件連接，將生產(chǎn)運行、設備狀態(tài)等數(shù)據(jù)傳送到工控機，實現(xiàn)生產(chǎn)過程管理、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控、生產(chǎn)過程的可追溯性及生產(chǎn)報表管理等功能。

在設備維護方面，監(jiān)控管理系統(tǒng)通過對運行數(shù)據(jù)的采集，將實時運行數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行融合，再與閥值進行比較，判斷設備維護點，通過報警系統(tǒng)精確定位故障位置，節(jié)約維修時間。同時提供設備維護預警信息，實現(xiàn)設備故障的提前預警、遠程維護等維保功能，有效保證設備正常運行，提高設備維護維修的效率。

在質(zhì)量管理方面，可實時對薄膜厚度、薄膜均勻度等關鍵技術參數(shù)進行在線檢測和記錄。對反饋制品質(zhì)量信息進行統(tǒng)計，形成產(chǎn)品質(zhì)量檢測報告。設備監(jiān)控管理系統(tǒng)提升裝備信息化能力，具有生產(chǎn)管理、故障分析、設備部件維護統(tǒng)計等功能，實現(xiàn)了從自動化控制到信息化的轉(zhuǎn)變。

3 結(jié)束語

寬幅涂覆薄膜生產(chǎn)設備采用計算機集中控制系統(tǒng)，實現(xiàn)設備自動化與信息化的結(jié)合，制造工藝與控制技術結(jié)合，將生產(chǎn)線的制造、工藝、質(zhì)控、維護等過程集成到生產(chǎn)制造中，可對工藝參數(shù)、設備運行等數(shù)據(jù)進行綜合分析，找出生產(chǎn)過程中的最優(yōu)參數(shù)，提升制造品質(zhì)。系統(tǒng)與企業(yè)ERP系統(tǒng)結(jié)合，將有效提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)現(xiàn)代化信息化生產(chǎn)制造管理。