PP中空板生产过程的剪切控制技术

1、PP中空板剪切工艺描述

PP中空板生产是一条连续生产线,包括热压主机、冷却辊、剪切及收集几部分。图1示出了其主要工艺流程。三卷塑料布送入热压主机,进行加热粘压成中空板(中间一层为波浪形的板)。再经冷却辊进行平整及冷却后,送到裁刀装置。该装置由固定在链条上的刀刃及导轨、减速机构、直流电机等组成。当中空板端头抵达启刀红外检测器时,该检测器发出启刀信号,裁刀装置启动并将运动中的中空板切割成规定长度。当刀刃抵达停刀红外检测器时,该检测器发出停刀信号,使裁刀装置停下,完成了一次剪切,等待下次剪切。

可见,PP中空板剪切是在连续生产线上对运动物体进行同步剪切,且剪切后的中空板在长度精度、切割线的垂直度及平直性等方面都有严格规定。因此,对裁刀及冷却辊的控制提出了较高的要求:

(1)裁刀应在进入切割前快速单调启动到稳定同步速度,以保证切口处不会弯曲。并且,在整个切割过程中裁刀要保持稳速,且保持与冷却辊送料速度同步,以确保切割线的垂直度和平直性。

(2)裁刀每次停刀应定位在同一位置,且每次应在相同的时间内启动到稳定速度。这样才能保证较高的长度精度及每块板长度的均匀。

(3)中空板热压质量与原料、加热温度、速度等诸多因素有关。即使在裁同一规格的产品图1塑扦中空板剪切工艺过程时,也需要经常根据实际情况改变主机及冷却辊速度。故要求冷却速度不同时,停刀位置也不一样,这样才能保证在不同冷却速度下能裁出同样尺寸的板子。

(4)裁刀的启刀和停刀距离都很短,故要求裁刀装置快速启动和制动,以保证裁短板时不连刀。

(5)裁刀剪切过程要保持规定的节奏,以和整个连续生产过程配合。特别是任何时候裁刀都不能反向运行;在剪切过程中也不能有停顿,否则整个连续生产过程将受到影响。图2是一个典型的裁刀过程。

要全面满足上述要求,采用一种常规的控制规律是难于胜任的。智能控制为解决这一课题开辟了一条有效的途径。

2工业智能控制器

自动控制与人工智能的交叉产生了智能控制这一新兴学科。它在反应堆、机器人等高技术领域中获得了应用。但无论从硬件设备和软件规模上都相当庞大,耗资昂贵,使一般常规工业难于接受。本文所指的工业智能控制器,是在某一工业领域中,将专家系统技术、微型计算机和控制理论结合起来,设计出适合于工业应用的具有一定通用性的控制器。在这种控制器中,除了通常按数学模型完成的数学解析算法外,还着重利用专家的知识和生产经验进行推理,使控制器具有仿人的智能,从而控制性能更优异和完善。工业智能控制器的另一特点是着眼于常规工业的应用,集计算机和接口于一体,强调实时性,高抗扰性以及简便价廉。

根据上述思想,我们设计了MCI-1型工业智能控制器。它以Z-80CPU为核心,结合时钟、存贮、驱动、接口、变换以及电源等器件组装在一块380x285mm²的印刷电路板上。线路和印刷板进行了精巧的设计和处理,保证了一定的通用性和较强的抗干扰能力。它可以灵活方便地安装在功率驱动装置或控制台中,便于工业现场应用。

MIC-1的硬件结构简图如图3所示。结合PP中空板剪切的控制,其主要部份的功能是:

·CPU为Z-80,时钟ZM。

·EPROM为2片2716,RAM为2片2124。

存贮程序及数据。

·1PIO接受电源同步信号,并通过ICTC经硬软件结合办法形成可控硅触发脉冲。此外,1PIO还接受自动启刀、停刀信号。

·2CTC产生控制时钟及其它时钟信号。

·3CTC接受冷却辊同步速度脉冲信号。

·4CTC接受裁刀装置的转速、位置脉冲信号。

·2PIO,3PIO,74LS240及MC145ll等组成人—机界面,输入/输出各种操作命令,数据、生产现场的信息以及声光报警信号等。

MIC一1工业智能控制器上还备有二个12线插座,只要用电缆线将它们引至普通单板机相应的数据、地址、控制线上,就可以利用普通单板机来开发、修改和调试MIC-1的程序。

开发调试简单方便。

3塑朴中空板剪切智能控制的设计

一个工业智能控制器应包含三个基本内容:知识库、控制规则集和推理机构。对他们的设计是设计工业智能控制器的核心。根据PP中空板剪切的工艺特点及要求,MIC一1型工业智能控制器在建立知识库、控制规则集和推理机构时考虑了下述特点:

(1)控制过程的不同状态采用不同的控制规律;

(2)按经验知识进行控制和定位,

(3)及时处理异常状况及缺陷,保持所需的生产节奏;

(4)自诊断及记录。

下面说明一下MIC-1控制器中知识库、推理机构和控制规则集的建立。

3.1知识库

存贮工艺要求、计算公式、生产经验、缺陷及异常情况的处理办法、原始数据及生产过程中实时获得的数据等。例如,不同冷却辊速度时要求裁刀刀刃停在不同的位置,这些关系都从实际经验中总结出来并把它们建立在知识库中。为了简化,这里的知识库并没有设计自学习功能。这对PP中空板剪切已可满足要求了。

3.2推理机构

根据PP中空板剪切工艺特点,建立了四种正常生产过程中的控制状态:

(1)启刀run;

(2)切割cut;

(3)停刀stop;

(4)停稳standstill。

在run和stop状态中还建立了一些分状态。MIC-1判断并记忆这些状态,根据这些状态或它们的逻辑组合,从知识库中提取不同的知识和控制规则对系统进行控制。

3.3控制规则集

各控制规则均按产生式规则来建立,其基本形式是:

IF Condition THEN Operation

图4是裁刀控制系统的简化原理图。MCI-1的控制对象为可逆可控硅装置驱动的直流电机及裁刀机械。从控制规则来看,MIC-1的控制规则集可划分成三个子集:

子集I:正规控制规则集。它实现在不同状态下按不同规则进行控制。

4工业现场运行

PP中空板剪切的智能控制系统已在浙江塑料厂中空板车间安装、调试并获得成功应用,至今己运行一年。

控制系统由四部份组成:

(1)VZC控制台:装有MIC-1工业钾能控制器,控制按键及拨码开关,数码管履示,仪表及打印机等;

(2)ZCB整流柜:单相全桥可逆可控硅。理kw,220V,供给裁刀电机;

(3)ZCA整流柜:单相全桥可控硅。4kw,220V供给冷却辊电机;

(4)检测装置,主要包括:

·光电脉冲发生器:CZM-2型,工024脉冲/转

·启刀红外测量仪:最大反射距离150mm。

·停刀红外测量仪:最大反射距离80m。

中空板生产设备主要性能:

(1)冷却辊

·机架宽1550mm,辊长1400mm

·电机:2.2kw,220V,12.67A,1000r/min。

(2)裁刀装置

·主台斜宽1300mm,链条长3962.4mm。

·电机:Z2一41型,1.5kw,220V,8.87A,1000r/min。

MIC吸控制器采用的参数:A1=16,A2=16,A3=16,A5=0.14,B1=8.188,B2=0.155,D1=0.25。采样周期10ms。

5结束语

现场调试及运行表明,PP中空板剪切智能控制系统获得下述效果:

(1)系统具有优良的动静态性能,很好地满足了PP中空板同步剪切的各项要求。图5是裁刀控制系统运行时的示波图。

(2)大大提高了PP中空板的剪切精度、切割线的垂直度和平直性。在采用本系统前,剪切误差达±25mm,切割线弯曲不直,需要进行二次分剪,造成边料浪费。采用本系统后,剪切误差最大±3mm,达到了工艺要求,从而避免了两次剪切,省掉一道工序,一次剪出成况。

(3)具有良好的运行性能,操作方便,可靠性高。能在粉尘较大,电网波动(+10%～20%)及畸变严重,干扰较强,环境温度较高的生产现场直接长期使用。一年来的运行基本无故障,适合于工业控制的应用。

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