Описание системы управления дано на примере стандартной линии экструзии пленки. В описании дана реальная структурная схема системы управления линией. Наша компания более пятнадцати лет занимается автоматизацией оборудования для производства пластиковой упаковки. За это время специалистами компании был наработан огромный опыт по изготовлению комплексных систем управления и модернизации рабочих линий. Область, в которой мы работаем постоянно, развивается в погоне за качеством продукции. И здесь не обойтись без хорошей датчиковой аппаратуры и надежных исполнительных механизмов, продуманных алгоритмов управления.

 

  

   В погоне за экономической эффективностью наши заказчики крайне требовательно относятся к таким параметрам оборудования как стабильность качества выпускаемой продукции, надежности работы. Производственные линии, которые мы автоматизируем, работают в круглосуточном режиме,  остановка линии по вине оборудования приводит к увеличению брака,  срыва поставки продукции и как следствие к неоправданным убыткам. Все это налагает особые требования к надежности, качеству, эксплуатационным характеристикам. Как правило результат получается тогда, когда обеспечивается непрерывный контроль параметров продукции, эти показатели обрабатываются современными контроллерами, которые управляют надежными исполнительными механизмами. 

Как пример такого подхода рассмотрим систему управления для серийной линии «А1600»

Основные требования к системе управления отмеченные заказчиком: 

1. ON-Line контроль основных
параметров продукции с обратной связью для автоматического регулирования.

2. Дружественный интерфейс на русском языке.

3. Высокая надежность при круглосуточной работе оборудования.

4. Простота обслуживание, легкая локализация сбоев

Краткое описание работы:
Сырье, в гранулированном виде, через гравиметрическую систему  попадает в загрузочную зону червячного пресса. С помощью температуры и давления на выходе пресса получается однородная масса с определенными технологическими свойствами. Далее через формирующую фильеру головки масса выходит в виде рукава. Охлаждение вышедшей массы происходит потоками воздуха идущими снаружи и внутри рукава, притом из за разности давлений вентиляторов нагнетания  и отсоса создается давление внутри полости рукава, которое определяет размер (ширину) рукава. Остывший рукав складывается в вытяжном устройстве и в плоском виде проходя через пост резки и кромкоправку попадает на пост намотки где наматывается в рулон. Скорость вытяжки определяет толщину пленки. Промежуточное тянущее устройство поддерживает стабильное натяжение на ножах, которые делят рукав на два полотна.

 

При создании системы управления были выделены контуры, в которых необходимо создать замкнутxое регулирование:

 

Стабилизируемый параметр	Датчик	Исполнительный механизм	Требуемая точность поддержания
Температура зон нагрева	Термопара	ТЭН	Точность 0.3С Разрешающая способность  0,1С
Ширина рукава (для оперативного регулирования)	Три УЗ датчика на уровне линии кристаллизации	Вентиляторы нагнетания и отсоса воздуха в полость рукава	Точность 3мм Разрешающая способность  1мм
Высота линии кристаллизации	IR детектор	Вентилятор внешнего охлаждения	Точность 10мм
Толщина	Датчик толщины	Устройство вытяжки	Точность 3% Разрешающая способность 0,1 мкм
Ширина рукава (абсолютный)	Лазерная система измерения ширины	Вентиляторы нагнетания и отсоса воздуха в полость рукава	Точность 0,1% Разрешающая способность 1 мм
Положение края рукава	Лазерная система измерения ширины	Кромкоправка	-
Натяжение на посту резки	Тензометрические датчики	Промежуточное тянущее устройство	-
Натяжение на посту намотки	Тензометрические датчики	Посты намотки	-

Производство пленок отличается большим количеством мало формализуемых факторов, по этой причине важным является точное определение контуров регулирования и что еще важнее вести прямое измерение регулируемого параметра. Изучая опыт создания похожих систем другими компаниями, часто сталкиваешься с тем, что при невозможности по причине отсутствия инструментария измерить требуемый параметр, прибегают к измерению косвенных параметров. Это часто приводит к рассогласованию или не эффективному регулированию.  В отсутствие требуемых датчиков наша компания в течении двух лет разработала и произвела необходимые датчики с нужными параметрами.  В качестве исполнительных механизмов было принято решение использовать частотный привод на базе инверторов производства Mitsubishi Electric. В качестве центрального контролера применен контролер «Extron», адаптированный для работы с необходимым количеством сенсоров. Ниже приведена структурная схема системы управления.

 

Краткое описание отдельных частей системы:

  Контролер «ЕХТRОN» (1) 

Управление 10 зонами нагрева с ПИД регулированием, измерением тока, функциями блокировки, анализом аварийных ситуаций. Вывод графиков температуры, текущей мощности.

2.      Один аналоговый вход для подключения  датчика давления (20)

3.      Специальный цифровой вход для подключения системы IBC (управление шириной рукава) (22).

4.      Счетный вход для подключения счетчика метража.

5.      Интерфейс RS485 для двунаправленного обмена информацией с датчиками (17,19,21).

6.      Управление по цифровому интерфейсу RS485 инверторами (5,6,7,8,9,10).

7.      Контролер обладает достаточной интеллектуальной насыщенностью для организации регулирования измеряемых параметров.

 

IBC система (22).

К контролеру подключаются по специальному цифровому интерфейсу три ультразвуковых датчика. Управление инверторами осществляется по аналоговому интерфейсу. В системе реализован ПИД регулятор и температурная коррекция. Система подключена к центральному контролеру, откуда получает информацию от датчика 21 для коррекции собственной ошибки.

 

Привод пресса (5).

Применен инвертор FR-A540-55KEC, работающий в векторном режиме. Управление и обмен информацией осуществляется по интерфейсу RS485. Это позволяет выводить на контролер информацию по току, частоте, мощности и текущем моменте преобразователя. Двигатель на 55 кВт с внешним охлаждением. Двигатель снабжен температурным датчиком, сигнал которого обрабатывается контролером с последующим выводом температуры двигателя и возможностью блокировать систему в случае превышения критической температуры.

 

Привод вытяжки (6).

Применен инвертор FR-E540-1,5KEC, работающий в векторном режиме. Управление и обмен информацией осуществляется по интерфейсу RS485.  Задание осуществляется оператором в режиме установки частоты вращения или устанавливая необходимую толщину. При этом система автоматически настраивает скорость вытяжки и поддерживает ее в соответствии с заданной толщиной пленки.

 

Привод тянущего устройства и постов намотчика (7,8,9).

Применены инвертора FR-S520-1,5КЕС  работают в ПИД режиме. Сигнал обратной связи поступает на аналоговый вход (4-20мА) через сумматор от тензометрических датчиков. Управляется инвертор  заданием по интерфейсу RS485 от центрального контролера. Такая система позволяет поддерживать необходимую силу натяжения полотна вне зависимости от скорости вытяжки.

 

Привода  внешнего и внутреннего охлаждения (10,11).

Использованы инвертора  FR-E540-5,5KEC. Обмен информацией осуществляется по  интерфейсу RS485. Задание формирует контролер в зависимости от задания оператора с последующим поддержанием от датчика обратной связи (19). Оператор в любое время может переключится в ручной режим управления.

 

Привод отсоса из полости рукава (12).

Использован инвертор  FR-E540-5,5KEC с тормозным резистором. Важным параметром работы этого преобразователя является минимальное время останова. Для недопущения генераторного перенапряжения установлен тормозной резистор, что позволило уменьшить время торможения до 1 сек. Задание инвертор получает по аналоговому интерфейсу.Важное значение конструктора уделили и эргономике системы.

 

Был создан русскоязычный интерфейс. Оператор получает полную информацию о параметрах системы и  имеет исчерпывающую диагностику ошибок. По всем важным, меняющимся во времени параметрам существует возможность вывода графиков (до 90 мин). В развитии интерфейса оператора, специалистами компании разработан и изготовлен программно-аппаратный комплекс «ОРИОН», который позволяет протоколировать всю информацию о параметрах продукции и системы. Накопленную информацию можно либо выводить в виде отчетов на печать или экспортировать во множество программных форматов.

 Комплекс «ОРИОН» имеет модуль корреляционного и спектрального анализа информации. Это позволяет найти и минимизировать взаимовлияющие факторы влияющие на стабильность параметров. Например девиация температуры расплава может влиять на толщину, ширину и другие не менее важные параметры. Период колебаний может быть достаточно большим (до 30-40 мин). Определить «виновника» в этом случае без специальных средств практически невозможно. Опыт использования таких систем показывает, что финансовые вложения в такую систему окупаются в течении 2 -3 месяцев, при этом заметно улучшается качество продукции.  Надежность системы в целом также зависит от качества электроарматуры и сборки. Традиционно мы применили комплектацию Mitsubishi Electric. Это еще одно звено в надежности всей системы.

 Высокая квалификация их специалистов позволила сделать сбалансированной по стоимости и качеству систему управления.