压延机挂胶帘布厚度自动检测及控制系统

21212 数据的检测和采样
度的自动检测 ,并对压延厚度进行自动控制 ,以达 到节省胶料 、 提高轮胎产品质量的目的 ; ( 2 ) 实现压延生产线联动速度 、 帘布长度 、 帘 布厚度 、 辊距限位自动检测的显示和打印 ; (3) 实现压延机张力 、 辊筒温度等数据的采 样以及显示和打印 。 212 系统功能
21213 控制系统输出
量及厚度自动控制 ; ( 3) 计算机对帘布挂胶长度的检测及显示 ; ( 4) 对辊筒线速度的检测及显示 ; ( 5) 实现对挂胶帘布宽度的检测及显示 ; ( 6) 实现辊筒温度 、 压延张力的检测及显示 ;
下胶片厚度及帘布总厚度左 、 控制内容 : 上 、 右端自动控制 ; 上 、 下胶片厚度轴交叉自动控制 。 控制方式 : 计算机自动控制 ; 数显监视手动 控制 。 系 统输出节点及容量 : 厚度控制 输出16 路
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相继开发了同类产品 。 “七五” 期间 , 原化工部自 动化研究所与大连橡胶塑料机械厂 ( 现大连冰山 橡塑股份有限公司 ) 合作 , 承担了 “S 型四辊压延 机厚度自动检测和自动控制系统的国产化攻关” 项目 ,并将开发样机应用在河南轮胎厂及银川橡 检测及控制精度低 、 可 胶厂 , 最终因技术不成熟 、 靠性差等原因而未能在生产现场长期使用 。 北京航空航天大学 、 清华大学核能技术研究 所、 徐州橡胶厂 3 个单位共同开发的 XY24 T21730 型四辊压延机同位素测厚及微机厚度控制系统于
NDC 红外技术公司测厚产品比较多 , 橡胶 、
塑料行业主要采用β 射线式厚度仪与激光测厚 仪 ,射源选用 Sr90 ,探头测量原理与本研制相同 , 不同之处主要是厚度控制部分 。NDC 公司的厚 度控制系统是 “NDC6012 TC 轮胎橡胶压延生产 线厚度连续测量及自动反馈控制系统” 。其控制 部分的计算机选用专用设备 ,CPU 选用摩托罗拉
21211 整机功能 ( 1) 上 、 下胶片两端厚度测量及自动控制 ; ( 2 ) 挂胶帘布左 、 中、 右三处总厚度的自动测
下胶片厚度 ; 挂胶帘布厚 主要检测数据 : 上 、 度 ; 胶帘布线速度 ; 挂胶帘布长度 ; 挂胶帘布宽度 ; 辊筒温度和压延张力 ; 辊距限位 。 采样方式 : 采用定点 、 定时方式采样 。 输入方式如图 1 所示 。32 路 0～5 V 模拟量 输入 ;2 路数字量输入 ;A/ D 转换精度为 12 bit ,转 换时间小于 100 μs ; 微机采用台湾 IPC 工业控制 微机 ( 研华 586) 或 PL C 进行控制及管理 。
( 7) 通过计算机实现对管理报表和工艺报表
的统计等功能 ; ( 8) 实现压延机辊距限位检测及显示 ; ( 9) 控制方式显示 ( 自动 、 手动两种) ; ( 10) 控制参数的设定和修改 ; ( 11) 控制参数及生产报表的实时打印 ; ( 12) 胶帘布耗量的计算和统计 ; ( 13) 厚度检测数据的长期保存 。
1 压延设备厚度检测及控制技术概况 111 我国压延设备厚度检测及控制技术的现状
11211 美国 Measurex 公司产品特点 Measurex 公 司 对 覆 胶 帘 布 总 厚 控 制 采 用 Measurex 2002 系统 。该系统提供进行快速精确
目前 ,我国橡胶行业的生产设备技术处于比 较落后的状况 ,特别是压延设备 ,大部分没有配置 对被加工产品的厚度自动测量及厚度自动控制系 统 ,这不仅影响产品质量 ,而且浪费被加工的原材 料 。国内虽有几家单位研究开发了橡胶压延制品 厚度自动测量及控制系统 ,但因系统设计不合理 、 数学建模的方法未优化及不适合现场使用条件等 原因 ,未能在工业现场使用 。少部分设备配置的 厚度检测及控制装置都是从国外引进整套生产设 备时带来的 。但是 , 国外的同类设备在我国难以 长期使用 ,主要原因是此类设备的专业性较强 ,技 术培训 、 技术交底不彻底以及技术封锁等 ,致使技 术人员的维护 、 修理水平跟不上 。同时 ,这类产品 的备品备件又难以购买且采购周期长 , 设备一旦 出现故障就得停止使用 ,由于长期无法恢复 ,最终 导致设备停用 。
国外同类产品价格十分昂贵 ,美国 Honewell ,
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轮 胎 工 业 2003 年第 23 卷
Measurex 公司产品价格为 23 万美元左右 , 约合 180 万元人民币 ; 美国 NDC 红外技术公司产品价 格为 15 万美元 ,约合 120 万元人民币 。本研制系 统总价格约 40 万元人民币 。 2 厚度控制系统总目标及系统结构 211 系统总目标 ( 1) 实现对压延机上 、 下胶片及挂胶帘布总厚
作者简介 : 王明江 ( 19632) ,男 , 河南焦作人 , 风神轮胎股份有 限公司高级工程师 ,硕士 ,从事生产设备管理及电气控制工作 。
管理设备 。 113 国内压延厚度控制系统的研究进展 在 “七五” 与 “八五” 期间 , 我国部分科研院所
第 7 期 王明江 1 压延机挂胶帘布厚度自动检测及控制系统
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压延机挂胶帘布厚度自动检测及控制系统
王明江Fra Baidu bibliotek
( 风神轮胎股份有限公司 ,河南 焦作 454003)
摘要 :主要叙述了 S 型四辊压延机压延厚度自动检测及自动控制系统的开发及研制 ,着重阐述该系统结构的设计 以及厚度自动检测系统中模型的建立 。厚度控制软件在常规 PID 控制的基础上采用增量式调节 , 控制系统采用与现 场 “手控” 完全独立的控制方案 ,并对生产线描述所需的其它控制参数的数据采集及处理进行了设计 。该系统已在国 内多家轮胎厂使用 ,应用效果良好 。 关键词 :压延生产线 ; 测厚 ; PID 中图分类号 : TQ33014 + 4 ; TP271 + 12 文献标识码 :B 文章编号 :100628171 ( 2003) 0720410209
25 M Hz 的 68360 微处理器 , 带浮点协处理器及 32 位 4 MB 随机存贮器 ,同时也配置了打印机等
目前 ,国外有同类技术产品的公司主要有美 国 Honeywell ,Measurex 和 NDC 红外技术公司及 意大利 Elecronil ,System 公司等 ,但大部分进口压 延机上都配套使用美国 Measurex 及 NDC 红外技 术公司的产品 。
1990 年投入使用 , 也因技术不成熟 、 可靠性差未
用于测量下胶片厚度 ,左右对称安装 。 该系统能对压延过程中胶片厚度 、 辊筒位移 及压延机的工作状态进行实时控制 , 由微机按一 定的控制规律给执行机构发出控制指令 , 调节辊 筒间隙 ,控制胶层厚度 。该系统对压延帘布的下 胶片厚度及覆胶帘布总厚度实行自动控制 。 114 技术比较 国外厚度检测原理与我国的同类技术基本相 同 ,但国外厚度仪表比较复杂 ,对压延机的机械精 度要求也高 ,不太适合我国压延生产的复杂性 。 计算机控制部分区别较大 , 国外控制机主要 采用专用控制机 。其编程软件也为专用软件 , 操 作界面及说明大部分为英文 , 对操作人员及维护 人员的技术水平要求很高 , 当生产工艺改变或增 加品种时用户无法操作 , 根本不适合我国及其它 不太发达的国家使用 ,而且其备品备件也难采购 。 本研制的压延机厚度自动检测及控制系统选 用了 C + + ,源程序及编程对用户开放 , 用户完全 可以自行修改程序和增加品种 。该系统具备以下 特点 。 ( 1) 检测原理 ① 依据射线贯穿物体后射线强度衰减原理 , 找出被测物体厚度与射线强度衰减量的关系 ; ② 利用逐次逼近法以及最小二乘法验证偏差 值 ( 即厚度检测精度) 。 ( 2) 控制算法 ① 采样式 PID — — — 增量控制及多变量自适应 控制算法 ; ② 引入压延机开车速度作前馈控制 ( 即加减 速补偿) ; ③ 对厚度测量信号进行温度补偿控制 ; ④ 其它辅助控制功能 。 ( 3) 控制内容 ① 上胶片厚度控制系统 : 上胶片的加热端 、 传 # 动端的厚度控制 、 l 辊轴交叉控制 3 个回路 ; ② 下胶片的厚度控制系统 : 下胶片的加热端 、
图1 输入输出控制界面
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( 使用 16 路) ,AC 380 V × 10 A ; 指示灯 12 路 , ( ) DC 12 613 V × 011 A 。输出方式 厚度控制采
用计算机通过 A/ D 转换板把输出信号送至输出 继电器板用以驱动交流接触器进行调厚处理 , 指 示灯选用 IC 元件 。 下胶片厚度偏差不大于 控制精度及周期 : 上 、 ± 0102 mm ; 胶帘布总厚度偏差不大于 ±0. 03 mm ; 调节厚度周期可调 。 21214 操作方式 操作界面如图 2 所示 。 数据 、 参数设定等量的修改用 ( 1) 控制方式 、 数字键和功能键实现 ; ( 2) 厚度值设定和修改用计算机键盘或触摸 屏操作实现 ; ( 3) 操作内容切换通过开关键及功能键实现 。
4 # 辊轴交叉控制 3 个回路 ; 传动端的厚度控制 、 ③ 成品总厚串级控制系统 , 以总厚控制为主 环 ,胶片控制为副环的串级控制 。 ( 4) 价格比较
能成功应用 。 11311 原化工部自动化研究所产品特点 系统采用 STD 工业控制计算机与 PC2700 及 可编程调节器 J ZTB240 构成的小型集散系统 。 系统共采用 6 台测厚仪 , 即 5 台固定反射式 测厚仪 ,1 台扫描透射式测厚仪 , 分别测量上 、 下 胶片的厚度及成品的断面厚度 。该系统采用辊缝 测量仪分别对辊缝及轴交叉位移进行测量 ,1 台 STD 工业控制计算机独立构成一个完整的控制 成品厚度控制及 系统 ,进行测量信号的数据处理 、 操作 ,并由上位机进行监控 。当系统出现故障和 生产状态不正常时 , 由可编程控制器切换到下位 手动操作 ,正常时恢复自动控制 。 系统设计可对压延机双侧辊筒的间隙 , 辊筒 下胶片成品厚度的纵向 的轴交叉进行调节 ,使上 、 偏差和横向偏差最小 ,保证产成品的质量 。 11312 同位素测厚及微机厚度控制系统特点 系统以微型计算机 ( PC/ XT 机) 为核心 ,采用 清华大学核能技术研究所研制的 R G 型γ 射线反 硬件 射式橡胶厚度计为检测手段 ,设计了由软件 、 及电气控制相结合的压延机控制系统 。该系统实 质是一个闭环反馈的微机直接数字控制系统 , 主 要由信号检测装置 ( 包括探头 、 测厚仪 、 位移传感 器、 测速发电机及检测开关等) 、 控制系统硬件 ( 包 括 PC/ XT 微机 、 A/ D 转换器 、 I/ O 接口 、 光电隔离 和驱动电路) 以及软件和执行机构等部分组成 。 测厚仪采用放射性同位素 Am ( 241 ) , 利用γ 射线反散射原理连续测量压延过程中下胶片厚度 及覆胶帘布总厚度 。系统中共安装 4 个反散射式 测量头 ,其中 2 个用于测量覆胶帘布总厚度 ,2 个
112 国外压延厚度控制系统的研究进展
β 射线感应器 , 测量所需的全套感应器 ( 1 只 Sr90 2 只反射式 X 射线感应器 ,2 只附加的 X 射线接 收器) ,在压延机后 ,对覆胶帘布做扫描测量 ,可测 量上层胶厚度 、 下层胶厚度 、 覆胶帘布总厚度 。同 时系统提供了具有多系统管理程序 ( MSM ) 的操 作控制中心 ( OCC) , 该中心采用 32 位处理器 , 具 有灵活的计算能力 ,能够执行 Measurex 系统的测 量控制 、 显示 、 报告及通讯等工作 。OCC 有一视 频操作台 ,包括 508 mm 彩色显示器 ,薄膜式数据 输入键盘 , 四通道直接数字控制 ( DDC) 模块 。另 外该系统还提供一个压延机管理信息系统 。 11212 美国 NDC 红外技术公司产品特点