第13卷第3期聚酯工业Vol.13,No.320；文章编号:00)0320；布鲁克纳公司BOPET薄膜生产线控制系统；张耀荣；(机械工业部第七设计研究院,陕西西安710054；摘要:介绍了德国布鲁克纳公司双轴定向拉伸聚酯薄膜；中图分类号:TQ3201721;TQ32016文；1概述；双轴定向拉伸聚酯(简称BOPET)薄膜的应用范围；统
第13卷第3期
聚 酯 工 业
Vol.13,No.32000年9月PolyesterIndustrySep.2000
文章编号:00)
布鲁克纳公司BOPET薄膜生产线控制系统
(机械工业部第七设计研究院,陕西西安 710054)
摘要:介绍了德国布鲁克纳公司双轴定向拉伸聚酯薄膜生产线的控制系统和对生产线的一些改进,生产线设计建立在不断研究和试验的基础上,因而许多地方可圈可点。诸如主计算机的软硬件配置,输料方式、体积计量方法等。关键词:BOPET薄膜;控制系统;集散控制
中图分类号:TQ3201721;TQ32016 文献标识码:B
双轴定向拉伸聚酯(简称BOPET)薄膜的应用范围很广,国内外市场长期供不应求,因而BOPET薄膜生产线就成了市场热点,激烈竞争之下不仅涌现出多家著名的生产线供应商,而且将生产线的产量从80年代末的t/a提高到90年代中期的12000t/a的水平。产量的显著提高并不是简单地提高生产线的速度或改变膜厚或膜宽,而是对生产线工艺、机械与控制性能等的一次全面提升。德国布鲁克纳公司(Bruckner)依靠其强大的试验、加工和装配基地,不断地研究、试验和改进,使得它的生产线广受用户欢迎,成为知名生产线供应商中的佼佼者。在中国市场,截止1996年底,布鲁克纳公司已销售了42条双向拉伸薄膜生产线。1997年初,当我院为一家BOPET薄膜厂二期工程做初步设计时,曾与布鲁克纳公司的技术人员进行了深入的交流,对它的BOPET薄膜生产线最新控制系统和对生产线的一些改进细节有了进一步的了解。通过交流,发现BOPET薄膜生产线的设计有了许多新理念。将其整理归纳,以便国内同行借鉴。
图1IPC控制系统组成,示出了该控制系统的硬件构成及它与生产线的控制关系。由该图可见,
位于中控室的集中控制站和主计算机作为第一级(监控级),实现对从挤出机经纵拉机(MDO)、横拉机(TDO)到收卷机的集中监视与控制;3台可编程控制器(PLC)配合生产线旁的远程I/O终端作为第二级(现场级),实现对BOPET薄膜生产过程的实时控制。监控级与现场级通过以太网(Ethernet)TCP/IP联成控制网络。
IPC系统的全部硬件,均选用在工业生产运行中被验证为最可靠的部件;IPC系统的全部软件,均可满足薄膜生产的特殊要求,并采用中心内核式开放结构,使得用户能方便地进入,且在必要时扩展到用户的厂级管理网。
对双向拉伸薄膜的厚度测控,首创/进化模式0控制的TCE专利软件包。
212 监控级
作为中央控制手段的监控级是由位于中控室的1台主计算机、2台工作站、1台管理站、2台打印机和1台沿线控制柜组成。它要实现对从挤出机经纵拉机、横拉机到收卷机的集中监视和控制。21211 主计算机的软硬件配置
监控级的核心是主计算机,它的软硬件配置决定了控制系统的水准。
选用了一台基于VME总线系统的摩托罗拉(MOTOROLA)工业控制机作为主计算机。VME总线为一个开放结构,可通过用户服务器支持无限多个工作站,因而为用户的扩展提供了基础。主机与工作站间的通讯由标准的以太网通讯协议实现,并
作者简介:张耀荣,高级工程师,1984年毕业于吉林工业大学电气自
,2 集散控制系统
211 系统组成
被布鲁克纳公司称为IPC(IntegratedProcessControl)的集中过程控制系统是一个由上、下二级组成的集散型控制系统。它可以将从原料输送与干燥、挤出熔体线、拉伸制膜线、收卷机到母卷储运与分切的整个BOPET薄膜生产过程集中到一个集散控制系统内,实现全套自动化工厂生产;也可以将原料输送与干燥、母卷储运与分切从IPC系统中分离出去,以适应绝大多数用户对生产过程自动化的需
#54#聚 酯 工 业
图1 IPC控制系统组成
Fig.1 ThecompositionofIPCcortrolsystem
可将通讯延伸到厂级生产管理网。例如,对文中提及的那个工程项目,只要在主机中加一硬件接口或设一转换软件,就可形成一个通讯网桥,与该厂的NOVELL网形成同一通讯协议,从而将BOPET薄膜生产引入厂级管理。
布鲁克纳选用摩托罗拉工控机的主要是考虑其平均无故障时间(MTBF)高达174个月,而常见工控机的MTBF只有20~25个月。选择前者就为生产线长期运行提供了可靠保证。布鲁克纳只用一台主机而非有些厂商用2台主机,是因为布鲁克纳为主机选配UNIX2V型RISCMATCH操作系统,它具备处理多达10000个I/O点的能力,完全能够满足BOPET薄膜生产的约个I/O点的要求。
2121111 主机硬件配置
1一台MOTOROLA工业控制机,200MHz,32位CPU,64MB动态RAM和1GB硬盘;
o流式磁带机(TapeStreamer),用于备份或重装软件和工艺参数
图2 IPC系统软件包
Fig.2 SoftwarepackageofIPCsystem
MCM:设备工况监视软件包;QMS:质量管理系统软件包;PRS:通讯协议与报表软件包;HT:膜厚趋势与历史软件包;TCE:进化模式膜厚控制软件包;PAH:工艺报警与处理软件包;PV:工艺监视软件包;PO:生产线运行软件包;RM:配方管理软件包;RHS:母卷储运系统软件包
张耀荣:布鲁克纳公司BOPET薄膜生产线控制系统
?调制解调器,用于布鲁克纳公司对用户的异地咨询等服务。
2121112 主机软件配置
包括操作系统软件和应用软件2类,参见图2IPC系统软件包。
(1)操作系统软件:UNIX2V,X2WINDOWS,OSF/MOTIF和监控系统软件。该操作系统软件是经过长期工业运行考验,证明非常可靠的最优化系统,适应多任务多用户环境,是具有用户友好界面的中心内核开放式结构。
(2)应用软件:布鲁克纳公司为BOPET薄膜生产线配备了下述1~?7个必选和à~??u3个供选l标准应用软件包。
1生产线运行软件包(PO):它使得操作工通过中控室或生产线旁的工作站集中操作,从而能方便快速地管理生产并减少停机时间。
o工艺监视软件包(PV):在工作站上显示所有生产数据,并将速度、温度和压力等工艺参数和控制参量集成到一个系统中,达到集中监视和集中操作目的。
?工艺报警与处理软件包(PAH):用图象和文字两种方式表现工艺报警与事件,并有报警处理报表以及报警与事件总报表;故能对报警与参数变更作出快速反应与自动记录,并能减少停机时间。?通讯协议与报表系统软件包(PRS):机器通讯协议为设定值与实测值;报警通讯协议为日期、时间、类型与状态;各班通讯协议为所有事件;参数修改协议为时间与新旧值;配方协议为生产一种规格薄膜的所有设定值。通过这些通讯协议,就能记录并保存生产数据、质量及报警与事件,为达到ISO9000标准的生产提供了保证。
?配方管理软件包(RM):成套存储生产一种规格薄膜的所有设定值,及原料、温度、压力和速度等参量的设定值。这样就能快速准确地再现某种薄膜产品的生产,减少更换产品的时间与原料的浪费。
?膜厚趋势与历史软件包(TH):在定义的可选时间段内,显示薄膜生产厚度动态参数,提供膜厚实时趋势;还可在线图象显示膜卷生产的历史厚度曲线;记录、存储并评估生产线所有工艺参数。它能帮助查找错误,快速有效地分析工艺偏差,掌握生产线的总体运行状况。
?进化模式膜厚控制软件包(TCE):这是布鲁克纳公司为双向拉伸薄膜生产线专门开发的一个专利软件包,它的控制思想基于人类社会进化模式。
图,TCE控制思想:
11仿照人类社会进行模式,筛选出最佳螺栓温度设定;21神经网络控制模头螺栓最佳组合;
31质量最优化单元控制薄膜纵/横方向膜厚均匀性。
图3 TCE膜厚控制原理图
TCE一方面反复演变并筛选出模头螺栓的最佳设定温度,使得在这组最佳设定温度下,能确保生产最佳膜厚曲线的薄膜;另一方面/神经网络0综合薄膜在纵横两个方向拉伸的瓶颈效应、收缩及非线性等因素,并接收B测厚仪反馈的厚度信号后,确定出螺栓的组合,控制成品膜厚薄公差均匀性;还有一个/质量最优化单元0,既接收模头螺栓的最佳设定温度,又接收B测厚仪反馈的成膜厚度曲线信号,求得在整个膜宽范围内模唇的开度曲线,再与/神经网络0一起控制模头螺栓的最佳组合,从而控制整个膜宽范围内的厚度均匀性。这是一个自适应控制系统,因而不受工艺和产品品种更改的影响,并能快速而稳定地实现膜厚最优化控制,既保证生产出高质量的薄膜又最大限度地减少浪费。
à质量管理系统软件包(QMS):若是全套自动化工厂BOPET薄膜生产模式,那么从原料输送到分切后小包装等的全部参数都采集到IPC中;利用该软件包就能完整地存储、追溯薄膜产品及质量记录,增加销售的质量透明度,并满足ISO9000标准对生产质量保证的要求。
Fig.3 TCEcontrollingdiagramoffilmthickness
á设备工况监视软件包(MCM):监视生产线轴承及那些易损件的工况,以期能够进行预防性维护并避免无法预测的停机。该软件有在线和离线监视二种。有了该软件,就能有效预防和避免设备损坏及不测停机,有效保护人员和生产环境,减少生产线停机时间和备件库存。
PLC1:控制从挤出机、熔体线到模头的温度、压力、速度及运行;
PLC2:控制从铸片机经纵拉机、横拉机到牵引机的温度、速度等参数及运行;
PLC3:控制收卷机的所有功能。
现场级PLC的软件能实现主线的所有必需功能。每台PLC从监控级接收指令,又将现场采集的所有信号传送到监控级。对BOPET薄膜生产线,PLC的控制功能有:
温度控制;速度与拉伸控制;
生产线起动时的协调控制;产品更改时的协调控制;收卷控制。
备了自动吊运系统,利用该软件就可实现从收卷机到分切机间的母卷储运管理。便于方便完整地管理母卷存储量,选择母卷考核分切机,实现对母卷的预热、旋转和其它处理。21212 工作站
所选2台工作站属于工业级,并将系统设计成不做任何修改,即可扩展附加工作站;方便直观地监控生产线的运行状态,设定并打印工艺参数。配置如下:
11台19彩色监视器,线分辨率;图象显示非常清晰;
o1台带数字键的全ASCII键盘;?1只鼠标器。
21213 管理站
这是一台运行在PC/WINDOWS下的工业级管理站。它通过以太网TCP/IP与主计算机和现场级PLC联网,从而能将管理既集中在主机上又可集中到现场级PLC上,还可用作一台完全兼容的工作站。配置如下:
11台奔腾级PC,运行WINDOWS95、EXCEL和PLC编程语言及工作站软件;
o1台19彩色监视器,线分辨率;
?图形接口;
?光盘驱动器(CD2ROM);?键盘和鼠标;?网络控制器。
21214 打印机
点阵式高速打印机和彩色图形打印机各1台,置于工作站旁。点阵式高速打印机主要用来打印工艺参数的变更报表、生产级报表和母卷报表等;彩色图形打印机主要用于复制工作站的图象。213 现场级
3台西门子公司生产的SIMATICS系列PLC组成了BOPET薄膜生产线的现场级,用于对生产线的实时控制。3台PLC置于电气室的控制柜内,向上发展,通过以太网与主计算机和管理站联网;向下发展,通过抗干扰能力强的双绞线局域总线与生产线旁的远程I/O终端相连。每个I/O终端都装有CPU、A/D和D/A转换器和数字量与模拟量I/O模块,可将现场的温度、压力和速度等模拟量信号转换为数字量,与诸如按钮、料位及限位信号等数字量一起传到相应的PLC,去实现相关模拟控制与动作。同样,远程I/O终端也接收来自PLC的信号去3 对生产线的局部改进
布鲁克纳公司除了为BOPET薄膜生产线配备了上述先进的IPC系统,还对生产线的诸多局部做了改进,使生产线运行效果更佳。311 气动脉冲输料
在80年代末期,国内外BOPET薄膜生产线的原料输料基本都采用罗茨风机高速强力输料;但通过国外的研究发现,PET切片在78?1e时会产生拉丝或发毛现象,如果在输料过程中摩擦剧烈,就会遇到这个问题,从而在生产线最前端就产生不良影响,故包括布鲁克纳公司在内的多家公司都对原料输送改用了压缩空气低速脉冲输料方式。312 体积计量
当国内外多数厂家用称重混合料斗计量原料时,日本三菱重工早在80年代中期就对其BOPET薄膜生产线采用了无混合的体积计量方法。国内外多数人,包括我们自己,都没认识到体积计量的诸多优点,相反还因这种方法的计量精度低而持否定态度。随着不断实践,大家终于认识到BOPET薄膜生产的原料计量精度并不要求太高,但要少搅拌,以免产生粉末影响干燥器中的沸腾结晶效果。布鲁克纳公司在采用体积计量的同时,专设一个有特殊流道的小混合器,从而达到了预期的效果。313 插板式过滤器
在90年代初就开始采用插板式过滤器,做到了更换初过滤器不用停机,大大减少浪费。
(下转第58页)
(3)在物料排出口处增加一个旁通,如图3所示。它的作用就是在排出管线被堵时由旁通把液体排出去。这是一个补救措施,目的是延缓系统停车时间,同时使小刮板对物料进行更加充分的击打。
进行上述3项改造后,经过6个月的跟踪检测,生产无任何异常,与改造前相比,
效果非常明显。
的刮剥的情况下,一旦物料卡在排出口上,刮板不是硬性地与物料卡在一起,而是弯曲过去,转过来后再刮剥和击打,
直至物料被击碎为止。
图2 大刮板加强筋示意图3 出口旁通示意
(上接第56页)
314 填料式干燥塔
这种干燥塔,选用充分干燥的压缩空气作干媒,又在干燥塔出口处设一压力平衡管,使得干燥和气密效果更佳。
315 MDO辊筒水平排列
率先将MDO辊筒由原先的/V0形交叉排列改为/)0水平排列,薄膜对辊筒的包角加大,预热效果更好,又便于穿膜和清理包辊。316 TDO外置式风循环系统。
TDO外置风循环系统,使得高速生产宽膜时,烘箱内风压平稳效果更好,温度控制更精确。
另外,又将TDO出入口链轮的开闭夹器设计成非常简单实用的转轮,避免了生产中开闭夹器的磨损和频繁更换。
317 牵引机冷却辊筒移位
经过观察和试验,将牵引机冷却辊筒由原来的第一牵引辊筒改在电晕处理后,一方面可大大延缓其后真空橡胶辊因受热的老化,另一方面还可改进收卷效果。
318 与多家供应商携手供货
布鲁克纳公司现已长期订购美国EDI公司的模头,又对其模腔进行适当加工,使熔体流动性更均匀;改订瑞士一公司的挤出机,因为认为该公司的挤出机设计更符合BOPET薄膜生产特性要求;与奥地利的艾玛(EREMA)公司签定废料回收装置专供协议;可配套提供英国阿特拉斯(ATLAS)公司的分切机,因为这家公司的分切机在中国有高达70余台的销量。
ControlsystemofBruckner.sBOPETfilmproductionline
ZHANG Yao2rong
(The7thDesingandResearchInstituteofMechanicsandIndustryMinistry,Xi.an710054,China)
Abstract:ThecontrolsystemandinnovationofBrucker.sBOPETfilmproductionlinewereintroducedsuchashardwareandsoftwareconfigurationofmaincomputer,methodofdeliveringmaterial,bulkmeasuringmethod,etc.Thisproductionlinewasbasedonlotsofresearchandtestsinhismanufacturing,thereforethelinesuppliedbyBruckerwasalwayspracticalandspecialatalotofpoints.Keywords:BOPETdistributedcontrolsystem
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