1. 引言
流延膜是通過(guò)熔體流延驟冷生產(chǎn)的一種無(wú)拉伸、非定向的平擠薄膜，有單層流延和多層共擠流延兩種方式。其特點(diǎn)是生產(chǎn)速度快，產(chǎn)量高，薄膜的透明性、光澤性、厚度均勻性等都很出色。同時(shí)，由于流延膜是平擠薄膜，其后續(xù)工序，如印刷、復(fù)合等都極為方便，因而被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥用品、紡織品、鮮花、日用品的包裝。我國(guó)流涎薄膜的生產(chǎn)起步較晚，基礎(chǔ)較為薄弱，但發(fā)展速度較快。經(jīng)過(guò)近20年來(lái)的不斷發(fā)展壯大，流涎薄膜加工業(yè)在我國(guó)目前的包裝行業(yè)中已成為具有相當(dāng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)水平的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè).。
我國(guó)流延膜設(shè)備經(jīng)過(guò)了80年代中期到90年代初期的完全依賴進(jìn)口設(shè)備的初級(jí)階段，90年代后的初步自己研制設(shè)備的發(fā)展階段，21世紀(jì)國(guó)內(nèi)研制的成熟階段。
隨著流延膜市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)外流延膜設(shè)備也在不斷的向高速，寬幅，自動(dòng)換卷方向發(fā)展。
廣東仕誠(chéng)塑料機(jī)械有限公司，是專業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)CPP/CPE流延薄膜生產(chǎn)線、PVB玻璃夾層薄膜綜合生產(chǎn)線和EVA高粘度流延薄膜生產(chǎn)線等系列產(chǎn)品的高科技技術(shù)企業(yè)。其產(chǎn)品以高品質(zhì)、高成品率、高產(chǎn)量、高性價(jià)比、低能耗等優(yōu)點(diǎn)暢銷國(guó)內(nèi)外，并逐漸發(fā)展為世界高端流延薄膜設(shè)備的標(biāo)志性品牌之一，引領(lǐng)著高端流延膜設(shè)備的發(fā)展。
2007年底，仕誠(chéng)公司準(zhǔn)備開(kāi)發(fā)500m/min高速，幅寬2500mm，全自動(dòng)收換卷流延膜生產(chǎn)線，由于當(dāng)時(shí)這種機(jī)型生產(chǎn)速度高，換卷難度大，投資風(fēng)險(xiǎn)大，國(guó)內(nèi)流延膜設(shè)備廠家還不敢輕易涉足，只有國(guó)外高端廠家做過(guò)，仕誠(chéng)公司經(jīng)過(guò)多方考察評(píng)估，決定率先開(kāi)發(fā)這種高速寬幅流延膜生產(chǎn)線，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。鑒于這種高速寬幅流延膜生產(chǎn)線控制難度大，仕誠(chéng)公司對(duì)多家控制系統(tǒng)廠家進(jìn)行評(píng)估，最終選擇了與來(lái)自?shī)W地利的運(yùn)動(dòng)控制專家貝加萊公司合作開(kāi)發(fā)。
2. 系統(tǒng)概要
2.1流延膜生產(chǎn)流程
流延膜生產(chǎn)線是將流延膜材料經(jīng)過(guò)擠出機(jī)熔融基擠出－熔體分層分流－電暈處理－冷卻－測(cè)厚－牽引－收卷來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝完成流延膜制品。
流延膜生產(chǎn)線的流程圖
3. 系統(tǒng)性能要求
3.1性能要求：
● 生產(chǎn)線速度高達(dá)500m/min
● 寬幅2500mm；
3.2功能要求
● 自動(dòng)換卷：系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)換卷，收卷后即為成品膜，無(wú)需再經(jīng)過(guò)分切。
● 張力控制：該高速生產(chǎn)過(guò)程中確保張力的穩(wěn)定可靠，精度控制在+/-0.5kG范圍內(nèi)；
● 遠(yuǎn)程維護(hù)：由于機(jī)器將出口到國(guó)外，為了降低系統(tǒng)的維護(hù)成本，對(duì)于遠(yuǎn)程維護(hù)提出了要求。
● 配方管理：生產(chǎn)工藝配方可存儲(chǔ)，并可調(diào)用，便于系統(tǒng)的生產(chǎn)。
成品膜
4. 貝加萊系統(tǒng)解決方案及特點(diǎn)
仕誠(chéng)在流延膜設(shè)備領(lǐng)域擁有多年的深厚經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于自身的設(shè)備市場(chǎng)定位較為清晰，這種良好的基礎(chǔ)結(jié)合B&R對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制的深度理解使得雙方的溝通非常通暢，經(jīng)過(guò)需求分析，仕誠(chéng)提出了500m.min、2500mm幅面這一在國(guó)際上具有競(jìng)爭(zhēng)力的設(shè)備性能要求，并就系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的探討，貝加萊很好的理解了項(xiàng)目的難點(diǎn)和要點(diǎn)，并提出了相應(yīng)的解決方案，得到了仕誠(chéng)公司的認(rèn)同。
4.1溫度控制
B&R智能PID溫控技術(shù)已經(jīng)被大量應(yīng)用于擠出系統(tǒng)，而在該設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了對(duì)擠出溫度區(qū)間的良好控制，這得益于PCC本身的溫度控制算法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高精度的溫度控制。
4.2電子齒輪同步控制
在該機(jī)器中，主冷、次冷、牽引1、牽引2、收卷軸1、收卷軸2等多個(gè)伺服軸之間建立了穩(wěn)定可靠的電子齒輪比關(guān)系，ACOPOS借助Ethernet POWERLINK實(shí)現(xiàn)了各軸之間的高速電子齒輪同步關(guān)系，每400uS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各軸之間的數(shù)據(jù)交換，以確保軸與軸之間的電子齒輪比關(guān)系得以綁定，而隨著速度的變化，各個(gè)軸之間也能夠保證嚴(yán)格的同步關(guān)系，并且通過(guò)數(shù)學(xué)建模，不同的材料、速度、溫度要求下，也能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的同步關(guān)系。
4.3張力控制
在牽引和收卷軸之間的線速度同步，收卷軸通過(guò)卷徑預(yù)測(cè)算法對(duì)角速度進(jìn)行調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)帶張力傳感器、無(wú)傳感器等多種形式下的張力補(bǔ)償算法，保證高精度的張力控制。
4.4自動(dòng)換卷功能
自動(dòng)換卷過(guò)程要保證系統(tǒng)的快速換卷同時(shí)的張力穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)在高速運(yùn)行時(shí)，對(duì)于伺服系統(tǒng)的速度同步提出了巨大的要求，在卷徑切換后，要保證新卷的線速度快速的與牽引保持一致，這樣才能保證換卷過(guò)程的平穩(wěn)和薄膜的可靠，提高整機(jī)效率。
4.5遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)
B&R Power Panel一體化人機(jī)界面可通過(guò)插入VNC Server、Web Server、FTP Server等不同方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)，在無(wú)需增加任何設(shè)備成本的情況下，通過(guò)在Automation Studio里為Power Panel設(shè)置VNC Server即可對(duì)遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，Power Panel作為服務(wù)器端，通過(guò)Internet為遠(yuǎn)程設(shè)備分配IP地址，本地的VNC Client即可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)監(jiān)控，一級(jí)參數(shù)監(jiān)控和一級(jí)修改權(quán)限的設(shè)置，而Web Server則實(shí)現(xiàn)了通過(guò)IE瀏覽器的設(shè)備狀態(tài)、系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)控，F(xiàn)TP Server可將修改的程序通過(guò)遠(yuǎn)程方式下載到設(shè)備上，供現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員對(duì)程序進(jìn)行升級(jí)。
這些功能本身屬于系統(tǒng)內(nèi)置的功能，幾乎無(wú)需增加成本即可實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于降低售后服務(wù)成本而言，這切實(shí)有效。
4.6科學(xué)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)
人機(jī)設(shè)計(jì)采用三部分結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)狀態(tài)、報(bào)警顯示處于畫(huà)面最上層，中間為實(shí)時(shí)狀態(tài)、曲線和參數(shù)設(shè)計(jì)畫(huà)面，而最下面則是不同的頁(yè)面間的切換按鍵，這些設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)潔明了，統(tǒng)一的操作風(fēng)格便于操作和維護(hù)人員的使用。
5. 系統(tǒng)配置與特點(diǎn)說(shuō)明
高性能的系統(tǒng)得益于高性能的硬件基礎(chǔ)與軟件的集成設(shè)計(jì),該系統(tǒng)配置為如下：
5.1HMI &CPU-Power Panel 400系列
Power Panel系列HMI是基于PCC設(shè)計(jì)的集成顯示與控制的HMI，它有500MHz的主頻，可執(zhí)行高達(dá)200uS的循環(huán)掃描任務(wù)，對(duì)于500m/min的高速同步運(yùn)算而言，這至關(guān)重要，模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使得它實(shí)現(xiàn)了該機(jī)器的需求：
5.1.1大容量存儲(chǔ)-對(duì)于工藝參數(shù)、復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)、PP400內(nèi)置128MB的SDRAM，并且可插入CF卡，支持8GB的大容量存儲(chǔ)，此系統(tǒng)為配置512MB的存儲(chǔ)卡。
5.1.2支持多種總線控制卡，X2X總線、Profibus DP Slave和Master、Ethernet POWERLINK、RS485、CAN、DeviceNet均可選擇相應(yīng)卡件支持，這就使得閥島和第三方直流調(diào)速系統(tǒng)得以開(kāi)放的連接。
5.2ACOPOS智能型伺服驅(qū)動(dòng)
ACOPOS伺服驅(qū)動(dòng)器具有125uS的速度環(huán)刷新能力，支持高速的速度同步關(guān)系，通過(guò)建立軸之間的電子齒輪比、CAM曲線可實(shí)現(xiàn)高速的同步控制，內(nèi)置的智能路徑搜索可實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)動(dòng)曲線，機(jī)械沖擊被極大的降低，系統(tǒng)平穩(wěn)而可靠。
5.3Ethernet POWERLINK實(shí)時(shí)通信技術(shù)
這個(gè)高性能系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)的核心來(lái)自于Ethernet POWERLINK這一前沿的實(shí)時(shí)通信技術(shù)，在B&R Motion Control滿足了現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制的前瞻性理念-系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為軸與軸之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過(guò)不斷的進(jìn)行軸與軸之間的數(shù)據(jù)交換，確保所建立的關(guān)系被良好的維持，而POWERLINK以高達(dá)400uS的刷新、小于1uS的系統(tǒng)抖動(dòng)，將各個(gè)軸之間的同步關(guān)系得以緊密的耦合。
6. 結(jié)語(yǔ)
廣東仕誠(chéng)和貝加萊的合作取得了巨大的成功，通過(guò)使用貝加萊強(qiáng)大的PCC控制系統(tǒng)以及伺服系統(tǒng)，很好的解決了流延膜生產(chǎn)線500米/分高速生產(chǎn)情況下的多軸同步以及快速全自動(dòng)收換卷問(wèn)題，從而拉近了廣東仕誠(chéng)公司的流延膜生產(chǎn)線技術(shù)與國(guó)際高端流延膜廠家的距離，同時(shí)跑在了國(guó)內(nèi)高端流延膜市場(chǎng)的最前端。
“通過(guò)和貝加萊的合作，縮短了我們公司高端產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，推動(dòng)了我們產(chǎn)品技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)的腳步，貝加萊可靠的產(chǎn)品和優(yōu)秀的技術(shù)團(tuán)隊(duì)值得我們信賴”張春華總經(jīng)理說(shuō)道。