B&R系統在高速寬幅全自動收換卷流延膜生產線上的應用

　　1. 引言

　　流延膜是通過熔體流延驟冷生產的一種無拉伸、非定向的平擠薄膜，有單層流延和多層共擠流延兩種方式。其特點是生產速度快，產量高，薄膜的透明性、光澤性、厚度均勻性等都很出色。同時，由于流延膜是平擠薄膜，其后續工序，如印刷、復合等都極為方便，因而被廣泛應用于食品、醫藥用品、紡織品、鮮花、日用品的包裝。我國流涎薄膜的生產起步較晚，基礎較為薄弱，但發展速度較快。經過近20年來的不斷發展壯大，流涎薄膜加工業在我國目前的包裝行業中已成為具有相當生產能力和生產水平的朝陽產業.。

　　我國流延膜設備經過了80年代中期到90年代初期的完全依賴進口設備的初級階段，90年代后的初步自己研制設備的發展階段，21世紀國內研制的成熟階段。

　　隨著流延膜市場需求的不斷擴大，國內外流延膜設備也在不斷的向高速，寬幅，自動換卷方向發展。

　　廣東仕誠塑料機械有限公司，是專業設計生產CPP/CPE流延薄膜生產線、PVB玻璃夾層薄膜綜合生產線和EVA高粘度流延薄膜生產線等系列產品的高科技技術企業。其產品以高品質、高成品率、高產量、高性價比、低能耗等優點暢銷國內外，并逐漸發展為世界高端流延薄膜設備的標志性品牌之一，引領著高端流延膜設備的發展。

　　2007年底，仕誠公司準備開發500m/min高速，幅寬2500mm，全自動收換卷流延膜生產線，由于當時這種機型生產速度高，換卷難度大，投資風險大，國內流延膜設備廠家還不敢輕易涉足，只有國外高端廠家做過，仕誠公司經過多方考察評估，決定率先開發這種高速寬幅流延膜生產線，引領行業發展。鑒于這種高速寬幅流延膜生產線控制難度大，仕誠公司對多家控制系統廠家進行評估，最終選擇了與來自奧地利的運動控制專家貝加萊公司合作開發。

　　2. 系統概要

　　2.1流延膜生產流程

　　流延膜生產線是將流延膜材料經過擠出機熔融基擠出-熔體分層分流-電暈處理-冷卻-測厚-牽引-收卷來實現生產工藝完成流延膜制品。

　　流延膜生產線的流程圖

　　3. 系統性能要求

　　3.1性能要求：

　　● 生產線速度高達500m/min

　　● 寬幅2500mm;

　　3.2功能要求

　　● 自動換卷：系統通過機械手實現了自動換卷，收卷后即為成品膜，無需再經過分切。

　　● 張力控制：該高速生產過程中確保張力的穩定可靠，精度控制在+/-0.5kG范圍內;

　　● 遠程維護：由于機器將出口到國外，為了降低系統的維護成本，對于遠程維護提出了要求。

　　● 配方管理：生產工藝配方可存儲，并可調用，便于系統的生產。

　　成品膜

　　4. 貝加萊系統解決方案及特點

　　仕誠在流延膜設備領域擁有多年的深厚經驗，對于自身的設備市場定位較為清晰，這種良好的基礎結合B&R對于運動控制的深度理解使得雙方的溝通非常通暢，經過需求分析，仕誠提出了500m.min、2500mm幅面這一在國際上具有競爭力的設備性能要求，并就系統的功能設計進行詳細的探討，貝加萊很好的理解了項目的難點和要點，并提出了相應的解決方案，得到了仕誠公司的認同。

　　4.1溫度控制

　　B&R智能PID溫控技術已經被大量應用于擠出系統，而在該設備上實現了對擠出溫度區間的良好控制，這得益于PCC本身的溫度控制算法設計，實現了高精度的溫度控制。

　　4.2電子齒輪同步控制

　　在該機器中，主冷、次冷、牽引1、牽引2、收卷軸1、收卷軸2等多個伺服軸之間建立了穩定可靠的電子齒輪比關系，ACOPOS借助Ethernet POWERLINK實現了各軸之間的高速電子齒輪同步關系，每400uS系統實現各軸之間的數據交換，以確保軸與軸之間的電子齒輪比關系得以綁定，而隨著速度的變化，各個軸之間也能夠保證嚴格的同步關系，并且通過數學建模，不同的材料、速度、溫度要求下，也能夠實現高精度的同步關系。

　　4.3張力控制

　　在牽引和收卷軸之間的線速度同步，收卷軸通過卷徑預測算法對角速度進行調整，即可實現帶張力傳感器、無傳感器等多種形式下的張力補償算法，保證高精度的張力控制。

　　4.4自動換卷功能

　　自動換卷過程要保證系統的快速換卷同時的張力穩定可靠，系統在高速運行時，對于伺服系統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程的平穩和薄膜的可靠，提高整機效率。

　　4.5遠程監控的實現

　　B&R Power Panel一體化人機界面可通過插入VNC Server、Web Server、FTP Server等不同方式實現遠程診斷與維護，在無需增加任何設備成本的情況下，通過在Automation Studio里為Power Panel設置VNC Server即可對遠程的計算機實現監控，Power Panel作為服務器端，通過Internet為遠程設備分配IP地址，本地的VNC Client即可實現兩級監控，一級參數監控和一級修改權限的設置，而Web Server則實現了通過IE瀏覽器的設備狀態、系統參數的監控，FTP Server可將修改的程序通過遠程方式下載到設備上，供現場維護人員對程序進行升級。

　　這些功能本身屬于系統內置的功能，幾乎無需增加成本即可實現，而對于降低售后服務成本而言，這切實有效。

　　4.6科學的人機交互設計

　　人機設計采用三部分結構，系統狀態、報警顯示處于畫面最上層，中間為實時狀態、曲線和參數設計畫面，而最下面則是不同的頁面間的切換按鍵，這些設計結構清晰、簡潔明了，統一的操作風格便于操作和維護人員的使用。

　　5. 系統配置與特點說明

　　高性能的系統得益于高性能的硬件基礎與軟件的集成設計,該系統配置為如下：

　　5.1HMI &CPU-Power Panel 400系列

　　Power Panel系列HMI是基于PCC設計的集成顯示與控制的HMI，它有500MHz的主頻，可執行高達200uS的循環掃描任務，對于500m/min的高速同步運算而言，這至關重要，模塊化設計結構使得它實現了該機器的需求：

　　5.1.1大容量存儲-對于工藝參數、復雜的程序設計、PP400內置128MB的SDRAM，并且可插入CF卡，支持8GB的大容量存儲，此系統為配置512MB的存儲卡。

　　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均可選擇相應卡件支持，這就使得閥島和第三方直流調速系統得以開放的連接。

　　5.2ACOPOS智能型伺服驅動

　　ACOPOS伺服驅動器具有125uS的速度環刷新能力，支持高速的速度同步關系，通過建立軸之間的電子齒輪比、CAM曲線可實現高速的同步控制，內置的智能路徑搜索可實現最佳的運動曲線，機械沖擊被極大的降低，系統平穩而可靠。

　　5.3Ethernet POWERLINK實時通信技術

　　這個高性能系統得以實現的核心來自于Ethernet POWERLINK這一前沿的實時通信技術，在B&R Motion Control滿足了現代運動控制的前瞻性理念-系統被設計為軸與軸之間的數學關系，通過不斷的進行軸與軸之間的數據交換，確保所建立的關系被良好的維持，而POWERLINK以高達400uS的刷新、小于1uS的系統抖動，將各個軸之間的同步關系得以緊密的耦合。

　　6. 結語

　　廣東仕誠和貝加萊的合作取得了巨大的成功，通過使用貝加萊強大的PCC控制系統以及伺服系統，很好的解決了流延膜生產線500米/分高速生產情況下的多軸同步以及快速全自動收換卷問題，從而拉近了廣東仕誠公司的流延膜生產線技術與國際高端流延膜廠家的距離，同時跑在了國內高端流延膜市場的最前端。

　　“通過和貝加萊的合作，縮短了我們公司高端產品開發周期，推動了我們產品技術引領行業的腳步，貝加萊可靠的產品和優秀的技術團隊值得我們信賴”張春華總經理說道。