B&R系统在高速宽幅全自动收换卷流延膜生产线上的应用

　　1. 引言

　　流延膜是通过熔体流延骤冷生产的一种无拉伸、非定向的平挤薄膜，有单层流延和多层共挤流延两种方式。其特点是生产速度快，产量高，薄膜的透明性、光泽性、厚度均匀性等都很出色。同时，由于流延膜是平挤薄膜，其后续工序，如印刷、复合等都极为方便，因而被广泛应用于食品、医药用品、纺织品、鲜花、日用品的包装。我国流涎薄膜的生产起步较晚，基础较为薄弱，但发展速度较快。经过近20年来的不断发展壮大，流涎薄膜加工业在我国目前的包装行业中已成为具有相当生产能力和生产水平的朝阳产业.。

　　我国流延膜设备经过了80年代中期到90年代初期的完全依赖进口设备的初级阶段，90年代后的初步自己研制设备的发展阶段，21世纪国内研制的成熟阶段。

　　随着流延膜市场需求的不断扩大，国内外流延膜设备也在不断的向高速，宽幅，自动换卷方向发展。

　　广东仕诚塑料机械有限公司，是专业设计生产CPP/CPE流延薄膜生产线、PVB玻璃夹层薄膜综合生产线和EVA高粘度流延薄膜生产线等系列产品的高科技技术企业。其产品以高品质、高成品率、高产量、高性价比、低能耗等优点畅销国内外，并逐渐发展为世界高端流延薄膜设备的标志性品牌之一，引领着高端流延膜设备的发展。

　　2007年底，仕诚公司准备开发500m/min高速，幅宽2500mm，全自动收换卷流延膜生产线，由于当时这种机型生产速度高，换卷难度大，投资风险大，国内流延膜设备厂家还不敢轻易涉足，只有国外高端厂家做过，仕诚公司经过多方考察评估，决定率先开发这种高速宽幅流延膜生产线，引领行业发展。鉴于这种高速宽幅流延膜生产线控制难度大，仕诚公司对多家控制系统厂家进行评估，最终选择了与来自奥地利的运动控制专家贝加莱公司合作开发。

　　2. 系统概要

　　2.1流延膜生产流程

　　流延膜生产线是将流延膜材料经过挤出机熔融基挤出-熔体分层分流-电晕处理-冷却-测厚-牵引-收卷来实现生产工艺完成流延膜制品。

　　流延膜生产线的流程图

　　3. 系统性能要求

　　3.1性能要求：

　　● 生产线速度高达500m/min

　　● 宽幅2500mm;

　　3.2功能要求

　　● 自动换卷：系统通过机械手实现了自动换卷，收卷后即为成品膜，无需再经过分切。

　　● 张力控制：该高速生产过程中确保张力的稳定可靠，精度控制在+/-0.5kG范围内;

　　● 远程维护：由于机器将出口到国外，为了降低系统的维护成本，对于远程维护提出了要求。

　　● 配方管理：生产工艺配方可存储，并可调用，便于系统的生产。

　　成品膜

　　4. 贝加莱系统解决方案及特点

　　仕诚在流延膜设备领域拥有多年的深厚经验，对于自身的设备市场定位较为清晰，这种良好的基础结合B&R对于运动控制的深度理解使得双方的沟通非常通畅，经过需求分析，仕诚提出了500m.min、2500mm幅面这一在国际上具有竞争力的设备性能要求，并就系统的功能设计进行详细的探讨，贝加莱很好的理解了项目的难点和要点，并提出了相应的解决方案，得到了仕诚公司的认同。

　　4.1温度控制

　　B&R智能PID温控技术已经被大量应用于挤出系统，而在该设备上实现了对挤出温度区间的良好控制，这得益于PCC本身的温度控制算法设计，实现了高精度的温度控制。

　　4.2电子齿轮同步控制

　　在该机器中，主冷、次冷、牵引1、牵引2、收卷轴1、收卷轴2等多个伺服轴之间建立了稳定可靠的电子齿轮比关系，ACOPOS借助Ethernet POWERLINK实现了各轴之间的高速电子齿轮同步关系，每400uS系统实现各轴之间的数据交换，以确保轴与轴之间的电子齿轮比关系得以绑定，而随着速度的变化，各个轴之间也能够保证严格的同步关系，并且通过数学建模，不同的材料、速度、温度要求下，也能够实现高精度的同步关系。

　　4.3张力控制

　　在牵引和收卷轴之间的线速度同步，收卷轴通过卷径预测算法对角速度进行调整，即可实现带张力传感器、无传感器等多种形式下的张力补偿算法，保证高精度的张力控制。

　　4.4自动换卷功能

　　自动换卷过程要保证系统的快速换卷同时的张力稳定可靠，系统在高速运行时，对于伺服系统的速度同步提出了巨大的要求，在卷径切换后，要保证新卷的线速度快速的与牵引保持一致，这样才能保证换卷过程的平稳和薄膜的可靠，提高整机效率。

　　4.5远程监控的实现

　　B&R Power Panel一体化人机界面可通过插入VNC Server、Web Server、FTP Server等不同方式实现远程诊断与维护，在无需增加任何设备成本的情况下，通过在Automation Studio里为Power Panel设置VNC Server即可对远程的计算机实现监控，Power Panel作为服务器端，通过Internet为远程设备分配IP地址，本地的VNC Client即可实现两级监控，一级参数监控和一级修改权限的设置，而Web Server则实现了通过IE浏览器的设备状态、系统参数的监控，FTP Server可将修改的程序通过远程方式下载到设备上，供现场维护人员对程序进行升级。

　　这些功能本身属于系统内置的功能，几乎无需增加成本即可实现，而对于降低售后服务成本而言，这切实有效。

　　4.6科学的人机交互设计

　　人机设计采用三部分结构，系统状态、报警显示处于画面最上层，中间为实时状态、曲线和参数设计画面，而最下面则是不同的页面间的切换按键，这些设计结构清晰、简洁明了，统一的操作风格便于操作和维护人员的使用。

　　5. 系统配置与特点说明

　　高性能的系统得益于高性能的硬件基础与软件的集成设计,该系统配置为如下：

　　5.1HMI &CPU-Power Panel 400系列

　　Power Panel系列HMI是基于PCC设计的集成显示与控制的HMI，它有500MHz的主频，可执行高达200uS的循环扫描任务，对于500m/min的高速同步运算而言，这至关重要，模块化设计结构使得它实现了该机器的需求：

　　5.1.1大容量存储-对于工艺参数、复杂的程序设计、PP400内置128MB的SDRAM，并且可插入CF卡，支持8GB的大容量存储，此系统为配置512MB的存储卡。

　　5.1.2支持多种总线控制卡，X2X总线、Profibus DP Slave和Master、Ethernet POWERLINK、RS485、CAN、DeviceNet均可选择相应卡件支持，这就使得阀岛和第三方直流调速系统得以开放的连接。

　　5.2ACOPOS智能型伺服驱动

　　ACOPOS伺服驱动器具有125uS的速度环刷新能力，支持高速的速度同步关系，通过建立轴之间的电子齿轮比、CAM曲线可实现高速的同步控制，内置的智能路径搜索可实现最佳的运动曲线，机械冲击被极大的降低，系统平稳而可靠。

　　5.3Ethernet POWERLINK实时通信技术

　　这个高性能系统得以实现的核心来自于Ethernet POWERLINK这一前沿的实时通信技术，在B&R Motion Control满足了现代运动控制的前瞻性理念-系统被设计为轴与轴之间的数学关系，通过不断的进行轴与轴之间的数据交换，确保所建立的关系被良好的维持，而POWERLINK以高达400uS的刷新、小于1uS的系统抖动，将各个轴之间的同步关系得以紧密的耦合。

　　6. 结语

　　广东仕诚和贝加莱的合作取得了巨大的成功，通过使用贝加莱强大的PCC控制系统以及伺服系统，很好的解决了流延膜生产线500米/分高速生产情况下的多轴同步以及快速全自动收换卷问题，从而拉近了广东仕诚公司的流延膜生产线技术与国际高端流延膜厂家的距离，同时跑在了国内高端流延膜市场的最前端。

　　“通过和贝加莱的合作，缩短了我们公司高端产品开发周期，推动了我们产品技术引领行业的脚步，贝加莱可靠的产品和优秀的技术团队值得我们信赖”张春华总经理说道。