宽幅涂覆薄膜生产线控制系统与监控系统设计

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。