寬幅涂覆薄膜生產線控制系統與監控系統設計

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）主要用于農用大棚種植。是薄膜吹塑工藝與涂覆工藝結合的塑料薄膜產品，該工藝生產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業應用上快速增長。生產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，生產流程較為復雜。由于生產線占地面積大、高度高、使用操作較為復雜，考慮到生產流程及操作的便利性，在機組控制設計上采用控制系統與監控系統結合方式，有效減低操作復雜性、提高設備運行效率，更好滿足生產需求。

寬幅涂覆薄膜生產線采用計算機集中控制方式，主要由控制系統和監控系統兩部分組成，整機具備互聯網功能。控制系統實現裝備自動化控制，用于執行設備運行控制，包括信號采集與處理、過程控制、工藝控制等。監控系統用于生產線信息化管理，包含設備生產管理系統、工藝配方、生產報表等，實現設備運行數據采集、統計、匯總等信息化管理功能，系統控制框圖如圖1。

圖1 系統框圖

1 控制系統設計

控制部分由貝加萊PCC、控制面板、IO模塊等組成。采用POWERLINK現場總線方式實現整機控制，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，包含系統操作、數據輸入以及系統參數實時監控等。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、風環等部分組成，擠出電機采用變頻器控制調速，各層換網部分裝有熔體壓力溫度傳感器，通過PLC信號采集傳輸到監控系統上，監測熔體壓力及溫度。本機加熱部分為62區，各區溫控采用雙PID控制，由計算機完成。熱電偶信號由溫度采集模塊AT664輸入，經內部PID調節后由I/O模塊輸出，驅動相應加熱器；冷卻風機運行也由內部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

驅動采用變頻調速，生產線以第一牽引轉速為基準，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，提高產品質量，同時將運行數據傳輸到監控系統。生產線各牽引之間距離長，使用操作不方便，采用監控系統能實時有效檢測各牽引的運行狀態，簡化操作難度，減低勞動強度。

1.3 冷卻成型部份控制

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

厚度控制系統主要是由風環、控制系統、在線測厚系統等三部分組成，在線測厚系統主要由旋轉掃描架、測厚探頭組成，完成薄膜在線測量，并顯示制品的厚薄曲線。控制系統主要由B&R控制器、工控機組成，根據在線測厚系統測出的制品厚薄數據來自動控制風環風道，從而控制薄膜的橫向厚薄均勻度，提高產品質量。系統采用貝加萊PCC控制器、工控機架構，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據采集、運算、統計、歷史數據記錄，運行狀態監控等。

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，這部分驅動采用變頻控制，根據工藝要求，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動控制，同時刮輥部分根據生產情況進行速度微調，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，采用溫度模塊和調功控制方式，確保烘箱內部加熱均勻。每個溫控點溫度通過網絡上傳到監控系統，實時控制溫度變化情況，同時與整線控制連接，根據產量調整烘箱溫度及鼓風機速度。

2 監控管理系統設計

寬幅涂覆生產線與傳統吹塑設備比較，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，不便于工人監視和操作。為了適應生產流程需求，降低工人勞動強度，實現集中管理，在控制系統基礎上設計監控管理系統，實現設備生產過程管理和維護維保功能。

監控系統架構上采用PCC控制器、PLC控制器、工控機及互聯網方式，PCC及各控制器信號通過網絡協議連接到工控機上，利用組態軟件及數據庫實現設備監控、管理維護和數據統計等。

設備監控管理部分包括設備運行狀態監控、生產管理、工藝管理、質量管理、設備運行維護等。各功能部件模塊與現場PLC、傳感器等部件連接，將生產運行、設備狀態等數據傳送到工控機，實現生產過程管理、產品質量監控、生產過程的可追溯性及生產報表管理等功能。

在設備維護方面，監控管理系統通過對運行數據的采集，將實時運行數據與歷史數據進行融合，再與閥值進行比較，判斷設備維護點，通過報警系統精確定位故障位置，節約維修時間。同時提供設備維護預警信息，實現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進行在線檢測和記錄。對反饋制品質量信息進行統計，形成產品質量檢測報告。設備監控管理系統提升裝備信息化能力，具有生產管理、故障分析、設備部件維護統計等功能，實現了從自動化控制到信息化的轉變。

3 結束語

寬幅涂覆薄膜生產設備采用計算機集中控制系統，實現設備自動化與信息化的結合，制造工藝與控制技術結合，將生產線的制造、工藝、質控、維護等過程集成到生產制造中，可對工藝參數、設備運行等數據進行綜合分析，找出生產過程中的最優參數，提升制造品質。系統與企業ERP系統結合，將有效提高生產效率，實現現代化信息化生產制造管理。