BOPP測(cè)厚系統(tǒng)測(cè)控方案的創(chuàng)建及優(yōu)化

何元亭

(中國(guó)石化洛陽分公司 河南 洛陽，471012)

分析測(cè)試

BOPP測(cè)厚系統(tǒng)測(cè)控方案的創(chuàng)建及優(yōu)化

何元亭

(中國(guó)石化洛陽分公司 河南 洛陽，471012)

簡(jiǎn)要分析了雙向拉伸聚丙烯(BOPP)生產(chǎn)線測(cè)厚系統(tǒng)的應(yīng)用原理。并結(jié)合長(zhǎng)期對(duì)其應(yīng)用和調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)地闡述了BOPP測(cè)厚系統(tǒng)測(cè)控方案的創(chuàng)建和優(yōu)化要點(diǎn)，對(duì)有關(guān)測(cè)厚系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用及故障排除有一定的借鑒作用。

雙向拉伸聚丙烯 測(cè)厚系統(tǒng) 測(cè)控方案 創(chuàng)建 優(yōu)化

在雙向拉伸聚丙烯(BOPP)生產(chǎn)中，測(cè)厚系統(tǒng)起著測(cè)量和控制產(chǎn)品厚度的作用，每當(dāng)產(chǎn)品厚度轉(zhuǎn)換時(shí)，其技術(shù)核心部分就是測(cè)厚系統(tǒng)的測(cè)控方案在起作用，即使在正常生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品的厚度控制也要依賴測(cè)厚系統(tǒng)的測(cè)控方案，因此其測(cè)控方案的制定及優(yōu)化就顯得尤為重要。

1 厚度控制系統(tǒng)作用原理

在此以某公司BOPP生產(chǎn)線上使用的X射線測(cè)厚控制系統(tǒng)為例。其測(cè)厚系統(tǒng)主要由：厚度測(cè)量掃描儀、厚度控制計(jì)算機(jī)、膜頭螺栓控制柜、膜頭螺栓構(gòu)成。

系統(tǒng)正常工作過程是：在生產(chǎn)線正常運(yùn)行時(shí)，位于牽引工段的厚度掃描儀以15 m/s的速率(速率可以設(shè)定)對(duì)薄膜進(jìn)行連續(xù)的掃描，然后將數(shù)據(jù)傳送到厚度控制計(jì)算機(jī)，厚度控制計(jì)算機(jī)根據(jù)其內(nèi)部已生成并應(yīng)用的厚度測(cè)控方案對(duì)輸入的掃描信號(hào)進(jìn)行比較處理。然后調(diào)整模唇上的螺栓的開度，也就是調(diào)整鑄片橫向各區(qū)域的厚度，這樣每個(gè)螺栓的開度就決定了下游薄膜相對(duì)應(yīng)的的一定橫向區(qū)域的薄膜厚度，從而有效地控制了整幅薄膜的厚度均勻性和標(biāo)準(zhǔn)厚度。這就是厚度控制過程，它是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2 測(cè)控方案的構(gòu)成

在這套厚度控制系統(tǒng)中，其核心應(yīng)用技術(shù)就是厚度測(cè)控方案的創(chuàng)建。它決定著厚度控制的品質(zhì)。因此創(chuàng)建好一個(gè)厚度測(cè)控方案就尤為重要，在不計(jì)其他因素的情況下，有如下幾部分組成：1) 創(chuàng)建一個(gè)映射Mapping表，并將其加入到測(cè)控方案中；2)創(chuàng)建一組P(pro-portional)I(inteyral)D(differential)參數(shù)，并將其加入到測(cè)控方案中；3)將創(chuàng)建的方案裝入創(chuàng)建軟件；4)創(chuàng)建初始控制參數(shù)；5)選擇手動(dòng)/自動(dòng)控制的螺栓。

以上幾項(xiàng)中每一項(xiàng)都很重要，要使一個(gè)控制方案精準(zhǔn)可靠投用，上述幾部分缺一不可。如果有一項(xiàng)不完善優(yōu)化，它就決定了整個(gè)控制品質(zhì)就停留在這一項(xiàng)，還會(huì)影響其他項(xiàng)目的發(fā)揮；如果用于轉(zhuǎn)換產(chǎn)品規(guī)格就有可能造成轉(zhuǎn)產(chǎn)失??；如果用于正常生產(chǎn)線控制則會(huì)造成厚度控制不精確或不穩(wěn)定，從而使控制品質(zhì)惡化。

3 測(cè)控方案的創(chuàng)建

3．1 映射Mapping表的創(chuàng)建

根據(jù)生產(chǎn)線實(shí)際情況，創(chuàng)建映射Mapping表。方法和過程如下所述。

測(cè)量出膜頭膜唇的寬度L1，測(cè)量出縱向拉伸(MDO)入口膜片的寬度L2，測(cè)量出MDO出口膜片的寬度L3，查出膜頭加熱螺栓數(shù)為D。

將L1，L2，L3，D值代入以下公式計(jì)算,第N號(hào)螺栓對(duì)應(yīng)在膜片上的位置X1：

X1=L3/2-{[(48/2)-(N-1)(L1/D) (L3/L2)×0.9]}

(1)

可分別求出開始螺栓第N+1號(hào)螺栓對(duì)應(yīng)在膜片上的位置X2；第N+2號(hào)螺栓對(duì)應(yīng)在膜片上的位置X3；第N+3號(hào)螺栓對(duì)應(yīng)在膜片上的位置X4。

在橫向拉伸(TDO)入口處，分別從薄膜的兩側(cè)邊部為起點(diǎn)測(cè)量出X1,X2,X3,X4的位置并作好記號(hào)。記號(hào)A側(cè)為A1,A2,A3,A4，B側(cè)為B1,B2,B3,B4。

在TDO出口處分別測(cè)量A1,A2,A3,A4，B1,B2,B3,B4相對(duì)應(yīng)邊部的距離，單位是mm，作好標(biāo)識(shí)，距離分別標(biāo)為a1,a2,a3,a4,b1,b2,b3,b4。

根據(jù)a1,a2,a3,a4兩者之間距離的平均值及b1,b2,b3,b4兩者之間距離的平均值可依次推算出膜頭加熱螺栓對(duì)應(yīng)控制雙向拉伸后的薄膜區(qū)域。

在TDO出口處測(cè)量出薄膜的實(shí)際寬度L4(單位mm)，例如：

L4=6 800 mm時(shí)，

a4-a3=15mm，a3-a2=10mm，a2-a1=5mm，

b4-b3=15mm，b3-b2=10mm，b2-b1=5mm。

依據(jù)以上數(shù)據(jù)可在創(chuàng)建軟件中創(chuàng)建表，此表名稱是Mapping表，具體Mapping表示意如圖1。

圖1的表中有49個(gè)有效位置點(diǎn)。每個(gè)位置點(diǎn)經(jīng)前面公式的計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在程序中默認(rèn)的單位是mm。每2個(gè)位置點(diǎn)之間是一個(gè)區(qū)間，共計(jì)48個(gè)區(qū)間。每個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)一個(gè)膜頭螺栓，這個(gè)膜頭螺栓就控制對(duì)應(yīng)區(qū)間的薄膜厚度。

圖2是Mapping表在投用后的對(duì)應(yīng)作用示意。將此Mapping表應(yīng)用在測(cè)控方案中。

3．2 一組PID參數(shù)的創(chuàng)建

創(chuàng)建一組參數(shù)的作用是根據(jù)薄膜的厚度分布自動(dòng)調(diào)節(jié)控制在線實(shí)時(shí)的每個(gè)膜頭加熱螺栓的加熱量。如果這一組PID參數(shù)設(shè)計(jì)合理，則薄膜生產(chǎn)時(shí)在線控制會(huì)成效顯著，明顯有效提高薄膜厚度的均一性，反之，則會(huì)造成模唇各點(diǎn)開度調(diào)整滯后，薄膜厚度不勻，有時(shí)會(huì)造成等幅振蕩波動(dòng)，或有時(shí)會(huì)造成發(fā)散振蕩波動(dòng)，嚴(yán)重影響厚度均一性控制，會(huì)給生產(chǎn)帶來災(zāi)難性的后果。因此創(chuàng)建合適的PID參數(shù)很重要。在日常應(yīng)用都是先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值先試用，經(jīng)驗(yàn)值如下:P值是0.5,I值是500,D值一般不用設(shè)置。然后根據(jù)產(chǎn)品不同拉伸速度進(jìn)行比較調(diào)整，往往要經(jīng)過一段時(shí)間的認(rèn)真摸索才會(huì)找出需要的參數(shù)。然后將參數(shù)應(yīng)用到測(cè)控方案中。

3．3 控制參數(shù)的創(chuàng)建

依次在創(chuàng)建軟件中完成創(chuàng)建控制參數(shù),具體的講就是將測(cè)厚系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必需的控制參數(shù)設(shè)定好，創(chuàng)建控制參數(shù)示意見圖3。

3．4 加熱值的初始化

初始化加熱值，一般情況下將各個(gè)膜頭加熱螺栓的初始加熱值設(shè)定為40，即全功率的40%。這樣可以使膜頭加熱螺栓處于比較快速的反應(yīng)狀態(tài)，又避免螺栓全功率加熱造成螺栓損壞。

3．5 手動(dòng)/自動(dòng)控制螺栓的選擇

選擇手動(dòng)/自動(dòng)控制的螺栓就是在測(cè)厚系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行后，根據(jù)厚度控制計(jì)算機(jī)輸出的參數(shù)自動(dòng)控制。如圖4所示：5～45號(hào)螺栓設(shè)定為自動(dòng)狀態(tài)(顯示為綠色和紅色柱狀)，其余兩側(cè)邊部螺栓設(shè)定為手動(dòng)調(diào)整(顯示為藍(lán)色柱狀圖)。

完成上述步驟就算完成了測(cè)厚系統(tǒng)測(cè)控方案的創(chuàng)建。

測(cè)控方案應(yīng)用的實(shí)景如圖5所示，圖5中自動(dòng)控制的螺栓在投用后顯示綠色和紅色柱狀，手動(dòng)控制的螺栓顯示藍(lán)色柱狀。圖5有48個(gè)柱狀圖表示48個(gè)膜頭螺栓，其對(duì)應(yīng)寬度為6 848 mm的薄膜進(jìn)行測(cè)控方案，對(duì)應(yīng)關(guān)系如Mapping表所制訂。

接下來就根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況對(duì)測(cè)控方案進(jìn)行細(xì)節(jié)優(yōu)化,使之更好控制產(chǎn)品品質(zhì)。

4 優(yōu)化

當(dāng)創(chuàng)建的測(cè)控方案用于實(shí)際生產(chǎn)中時(shí)，需要做的就是結(jié)合生產(chǎn)線實(shí)際情況對(duì)方案作出連續(xù)優(yōu)化，直到新方案對(duì)不同產(chǎn)品的厚度能夠控制好。優(yōu)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有以下2點(diǎn)。

1) 制作并修改好Mapping表。Mapping表是測(cè)控方案的基礎(chǔ)，作用是制定出每個(gè)膜頭加熱螺栓所對(duì)應(yīng)控制成品薄膜的區(qū)域，如果對(duì)應(yīng)不精確就會(huì)造成成品薄膜厚度檢測(cè)和顯示的錯(cuò)位，進(jìn)一步造成自動(dòng)控制時(shí)的錯(cuò)誤調(diào)整，使整個(gè)測(cè)控方案效果變差。因此，在方案投用之前就要根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際情況反復(fù)認(rèn)真測(cè)量前面所列的數(shù)據(jù)，按照前面的公式計(jì)算，制作出符合實(shí)際的Mapping表。

2) 調(diào)整好PID設(shè)定值。PID值的合適與否關(guān)系到自動(dòng)控制時(shí)的輸出控制信號(hào)反應(yīng)速度和準(zhǔn)確性，通俗的講就是控制膜頭加熱螺栓的反應(yīng)是否合適。如果不合適就不能有效控制BOPP薄膜厚度。因此在生產(chǎn)中也需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況及時(shí)修正，直到使用效果滿意。

Creation and Optimization for Control Programme of BOPP Thickness Gauge System

(SINOPEC Luoyang Sub-Company， Luoyang, Henan, 471012)

He Yuanting

The application principle of BOPP thickness gauge system is analyzed in brief. Based on long-time experiences of application and debugging of the system, the key points of the creation and optimization for the control programme of BOPP thickness gauge system are illustrated in detail,which provides a certain reference for the technique application of thickness gauge system and its trouble-shooting.

biaxial oriented polypropylene; thickness; gauge system; control programme; creation; optimization

2013-12-27;修改稿收到日期:2014-11-15。

何元亭，大學(xué)學(xué)歷，中國(guó)石化洛陽分公司吉潤(rùn)公司設(shè)備主任，已發(fā)表論文17篇。E-mail:13937931625@163.com。