薄膜生产线上料系统数据采集与分析

1 HEFEI UNIVERSITY 薄膜生产线上料系统数据采集与分析 系 别 电子信息与电气工程系 专 业 自动化 班 级 11 级自动化卓越计划班 指导老师 徐工 王俊 姓 名 刘应富 2 薄薄膜膜生生产产线线上上料料系系统统数数据据采采集集与与分分析析 中中文文摘摘要要 聚酰亚胺 PI 是特种工程塑料中唯数不多的实现规模化工业生产和 应用物近年来 随着电子信息产品向着小型化 轻质化 薄型化 高精 细化 高可靠性方向发展 高稳定性和高性能的聚酰亚胺在其中显示十 分重要的作用 其中 聚酰亚胺薄膜材料是目前耐热性能最好的有机薄 膜之一 长期使用温度可达260 以上 其电气性能 耐辐射性能和耐 候性能也同样突出 用作光致抗蚀剂 电子封装材料 集成电路中的介 质材料 挠性印制电路基材 液晶显示器定向膜和相补偿膜 在航空航 天 电子电器和信息产业的发展中发挥着重要作用 目前国内生产的 PI 薄膜产品性能与国外生产的PI 薄膜仍然有较大差异 主要体现在 力学物理性能 热稳定性能 厚度均匀性等方面 因此研究聚酰亚胺 薄膜制造设备对提高聚酰亚胺薄膜产品性能水平具有重要的现实意义 同时伴随而来的是更多的效益 关关键键词词 聚聚酰酰亚亚胺胺 有有机机薄薄膜膜 耐耐热热性性 3 Thin film production line feeding system data acquisition and analysis ABSTRACT PolyimidePolyimide PI PI isis a a specialspecial engineeringengineering plasticsplastics inin thethe realizationrealization ofof thethe onlyonly fewfew large scalelarge scale industrialindustrial productionproduction andand applicationapplication inin recentrecent years years alongalong withwith thethe electronicelectronic informationinformation productsproducts towardtoward miniaturization miniaturization anan refine refine light weight light weight highhigh precision precision highhigh reliability reliability highhigh stabilitystability andand highhigh performanceperformance ofof polyimidepolyimide showsshows anan importantimportant rolerole inin it it AmongAmong them them thethe polyimidepolyimide filmfilm materialmaterial isis heat resistantheat resistant performanceperformance isis oneone ofof thethe bestbest organicorganic film film long termlong term useuse ofof temperaturetemperature cancan reachreach 260260 above above itsits electricalelectrical properties properties radiationradiation resistanceresistance andand weatherweather resistanceresistance areare alsoalso prominent prominent usedused asas photoresist photoresist electronicelectronic packagingpackaging materials materials integratedintegrated circuitcircuit ofof dielectricdielectric materials materials flexibleflexible printedprinted circuitcircuit substrate substrate LCDLCD phasephase compensationcompensation andand directionaldirectional membranes membranes InIn thethe aerospace aerospace electronicselectronics andand informationinformation industryindustry developmentdevelopment playsplays anan importantimportant role role TheThe currentcurrent domesticdomestic productionproduction ofof PIPI filmfilm productproduct performanceperformance andand foreignforeign productionproduction ofof PIPI filmfilm stillstill havehave biggerbigger difference difference mainlymainly reflectedreflected inin thethe mechanicalmechanical properties properties thermalthermal stability stability thicknessthickness uniformity uniformity etc etc soso thethe polyimidepolyimide filmfilm manufacturingmanufacturing equipmentequipment toto improveimprove thethe levellevel ofof polyimidepolyimide filmfilm productproduct performanceperformance hashas importantimportant practicalpractical significance significance whichwhich isis associatedassociated withwith moremore benefitsbenefits atat thethe samesame timetime KeyKey words words polyimide polyimide OrganicOrganic thinthin film film HeatHeat resistance resistance 4 5 第一章 前言 5 第二章 数据采集系统设计基础 设计规范 6 第三章 供料装置设备认知与控制系统分析 6 3 1 流涎部分 7 3 1 1 钢带 7 3 1 2 前鼓 主动鼓 7 3 1 3 热风系统 7 3 2 纵向拉伸系统 8 3 3 横拉部分 9 3 4 横拉机的风机改造 10 3 5 收卷技术 10 3 6 张力问题 11 第四章 完成 PLC 与西门子变频器 MM440 的通信控制 11 4 1 变频器通信的优势 11 4 2 通信原理 11 4 3 PLC 编程 12 4 4 系统接线总体结构 13 4 5 系统硬件设计 14 6 第一章第一章 前言前言 前期先在 BOPI 生产车间里实习 熟悉生产过程与仪器仪表 整个生 产线是全自动生产线 我们需要为生产线做一个监控系统 可以记录仪 表数据并进行更改 还要把这些数据储存起来 以便生产人员可以调出 数据对比产品 以便知道产品在不同温度 湿度等环境下 质量会有什 么不同 生产线上的仪表主要记录的是温度 速度等数据 每一个过程 可能有很多仪表 他们的通讯不是完全相同的 但他们的基本原理是一 样的 所以相同类型的仪表只需要第一个通讯好了 其他的也就可以很 容易完成 系统完成后需要做一个组态用户页面 上面的功能主要有读写数据 储存数据 调出数据 还要可以查看各个不同设备上的数据 最后需要 一个数据库来储存这些数据 并不是把这些做好了 系统直接就能用了 我们还需要一个重要的步骤 那就是测试 把做好的系统联机测试 发 现里面的错误与不足 然后进行改进 最后才能交付使用 因为没有人 可以保证他做的东西是没有任何错误的 我们要发现错误 并改正它 这样才算完成了这个系统 7 第二章第二章 数据采集系统设计基础 设计规范数据采集系统设计基础 设计规范 数据采集 通常有两种解释 一种是从数据源 收集 识别和选取数 据的过程 另一种是数字化 电子扫描系统的记录过程以及内容和属性 的编码过程 数据采集 系统包括了 可视化的报表定义 审核关系的定义 报表 的审批和发布 数据填报 数据预处理 数据评审 综合查询统计等 功能模块 通过信息采集网络化和数字化 扩大数据采集 的覆盖范围 提高审核工作的全面性 及时性和准确性 最终实现相关业务工作管理 现代化 程序规范化 决策科学化 服务网络化 实时采集来自生产线的产量数据或是不良品的数量 或是生产线的故 障类型 如停线 缺料 品质 并传输到数据库系统中 接收来自数据库的信息 如生产计划信息 物料信息等 传输检查工位的不良品名称及数量信息 连接检测仪器 实现检测仪器数字化 数据采集仪自动从测量仪器 中获取测量数据 进行记录 分析计算 形成相应的各类图形 对测量 结果进行自动判断 如横拉机的温度 空气的湿度 收卷机的测量膜的 牵引力等 第三章第三章 供料装置设备认知与控制系统分析供料装置设备认知与控制系统分析 BOPI 薄膜生产线主要由树脂合成 环形钢带流涎机 纵向拉伸机 横向拉伸机 收卷机以及溶剂回收装置等七部分组成 溶剂回收装置 另外专题介绍 它的设备与BOPP BOPET 的设备比较 有以下特点 l 聚丙烯和聚酷拉伸膜是用挤出法制取厚片 而聚酞亚胺双向拉伸 薄膜是用流涎法制取厚片 从树脂合成到流涎成膜工艺过程比较复杂 2 BOPI 薄膜的拉伸倍数小 拉伸温度高 速度低 而且在拉伸过 程中伴随着化学反应 并释放出有腐蚀性气体 所以从某些方面来讲它 与其它一些拉伸设备比较起来设计难度更大 8 3 1 流涎部分流涎部分 流涎机是 BOPI 薄膜生产机组中最重要的单机之一 它的机构复杂 精密度高 很多部分纵横交错 机械传动和传热问题交织在一起 这就 要求设计者对整体从三维方向仔细地组合 流涎机主要由前鼓 主动 鼓 后鼓 钢带 机械传动 流涎嘴 钢带张力控制系统 烘干道及加 热系统组成 设计时着重从以下四方面考虑 3 1 1 钢带 流涎机的钢带是流涎机中关键零件之一 无论它是从国外进口还是国 内加工 设计时 工艺人员和设计人员都要共同协商 对钢带表面质量 机械性能以及材质提出严格要求 其次根据工艺要求考虑钢带的规格 厚 度通常在 0 8 一 1 Zmm 范围 钢带的更换方便和安全 张力调节以及 遇突发情况 如停电 钢带进行自动或手动松驰的功能 3 1 2 前鼓 主动鼓 流涎机的前鼓是流涎机重要部件 它的作用是既要冷却钢带又要主动 我们设计时把它设计成双螺旋道结构 目的就是为了使它冷却效果更佳 钢带的温度更均匀 此外 前鼓的表面粗糙度要求较高 形位公差也要 求较严格 因为前鼓的转动平稳和它与钢带接触越密合对提高流涎膜的 质量越有好处 另外 前鼓支撑用滚动轴承也应选择高精度 这样可以 减小前鼓转动的径向跳动误差 3 1 3 热风系统 流涎机的热风系统是影响流涎膜质量的重要环节 它是由送风风机 空气过滤器 电加热箱 排风风机和管路组成 我们在进行设计时 着 重考虑如何使流涎机上下烘干道中的任一截面上的风速和风温尽可能均 匀一致 如果不均匀的话 就会使流涎膜的溶剂含量不均匀 这样在今 后的拉伸中溶剂含量大的地方容易拉伸 而含量小的地方就不易拉伸 造成薄膜厚度不均匀 为此 我们设计时考虑增加静压箱和导流装置来 完善热风系统 此外 流涎机热风喷风嘴除水平吹式还出现了直接吹式 进口流涎机多采用此形式 9 3 2 纵向拉伸系统纵向拉伸系统 BOPI 膜膜生产线纵向拉伸机是主机中的一台单机 它的作用主要是 对上道工序流涎出的厚膜进行纵向拉伸 以完成一个方向的定向作用 它主要由辊筒 包括预热 拉伸 冷却 导向辊 传动系统 热油循 环系统 穿片系统 包括自动和手动 等组成 设计的时候主要考虑预 热 冷却 拉伸辊筒的结构设计 它们内部结构通常采用单或双螺旋夹 套式 目的是使辊筒表面温度尽量均匀一致 辊筒是靠热油循环系统提 供的导热油进行加热 辊筒的表面温度根据工艺要求一般在30 一 260 范围 纵向拉伸机的辊筒排列有多种形式 但考虑到厚膜在纵向拉 伸过程有足够的预热长度以及尽量减小纵向拉伸机的外形尺寸 设计时 多采用星形排列 如图1 由于聚酞亚胺薄膜纵向拉伸倍数很小 所以 通常采用单点拉伸 纵 向拉伸机的主传动系统非常重要 它不仅起到传递运动的作用 而且它 还使各工艺辊筒之间有一个很小的速度递增或递减 每级递增或递减量 一般 5 编 图 2 图 3 是 BOPI 薄膜纵向拉伸机的二种传动形式 图2 这种传动形式特点是结构紧凑 工艺辊筒间的增减速是靠齿轮齿数变化 或辊筒本身直径变化来实现的 图3 这种传动形式的增减速是靠皮带 轮直径变化来实现的 增减速比需要改变 可以修改皮带轮的直径 这 种传动形式缺点是运转中有打滑现象 总之 在设计纵向拉伸机时 要 全盘考虑组织协调好上述各部分 做到既要紧凑与传热性好 又具有维 修 润滑 处理事故 如常常发生缠辊 断膜 穿片失败等 观察 清理擦试辊面 测量温度等操作方便 10 3 3 横拉部分横拉部分 聚酞亚胺膜的生产主要有两种方法 1 流涎法 这种方法薄膜没有得到很好的亚胺化 有很多地方不适合 用 现比较少用这方法 2 流涎拉伸法 在流涎的方法上加上拉伸 这样不仅使亚胺化更充分 而目 在拉伸过程中聚合物高分子经过物理重排 能得到更好的性能 横拉机整个区域主要由 预热段 拉伸段 热处理段 主要亚胺化 11 冷却段等组成 工艺进行拉膜时 首先在预热段进行预热 这段温度一 般在 180 220 度 看工艺要求 有的也高些 这是根据我们的工艺得出 的 以下相同 第二在有较大扩张角的拉伸段进行横向拉伸 这段温度 一般在 220 280 度 第三在热处理段进行热处理也就亚胺化 使薄膜较 好的定型 这段温度一般在350 400 度 第四进入冷却段进行冷却 在这段也有少量的亚胺化 主要是定型 这段温度一般在180 220 度 这样横向拉伸工作完成 在横向拉伸工艺条件中 拉伸温度是影响 薄膜性能最主要的因素 它直接影响薄膜的机械性能 成膜性 厚度均 匀性 3 4 横拉机的风机改造横拉机的风机改造 聚酰亚胺薄膜生产过程中 特别在横拉亚胺化阶段 产生很多其他聚 合物及溶剂挥发出来的有毒气体 这要求及时抽走 要不影响膜的质量 因此要有一定量的送风和排风 送风用加热了的热风 而送风与排风对 横拉机内的温度起很大的作用 以前横拉机的送风和排风都是用管道开 度控制 这和我们自动控制有一定的距离 也不好控制温度 我们针对 这种情况进行改造 送风电机和排风电机都加上变频器实现在线控制 横横拉拉机机的的控控制制系系统统改改进进 在横拉机中加入对风机的控制 这是一个新课题 以前的拉伸机 中没使用就算使用也没加以控制 这样也没有经验参考 而横拉机的 内部环境也很复杂 温度与送风的风的温度 热风的流量 膜的速度 膜的溶剂含量等都有关系 我们控制先在送风温度一定 膜的溶剂含量 一定的情况下来控制温度 示意图如下 12 3 5 收卷技术收卷技术 收卷机虽不是拉伸过程中的主要部分 但在薄膜生产中 也是很重要 的 经常由于收卷不善 使得拉伸优良的薄膜变为废品或次品 因此 我们在设计时重点考虑以下间题 3 6 张力问题张力问题 张力问题是收卷技术的核心间题 收卷机设计成功与否 张力起到关 键作用 收卷失败或种种收卷欠缺的根源 往往是张力方面的原因 张 力对收卷质量的影响主要表现在 l 张力大小的设定 张力大小会影响膜卷的松紧程度 从而影响 开卷后的平整度 特别是对于较薄的薄膜 2 张力的稳定性 张力忽松忽紧 可引起各种形式的不平整和大量空 气的卷入 3 张力在横向分布的均匀性 张力在横向分布的均匀性不好 是产生 大多数收卷质量不佳的原因 因此 我们在进行收卷机设计过程中 要 与电气控制很好结合 围绕张力作文章 可以采用张力和速度调节装置 可采用弧形辊 剪辊展平方法 还可采用靠近辊机构 总之 我们在机 械设计时 应该提供给操作者各种必要的调节手段以适应收卷张力变化 的需求 收卷的形式主要有恒张力收卷 恒转矩收卷等 只有在不断改 进 不断改善 不断发展的过程中 提高我们收卷机的设计水平 才能 满足日益发展的薄膜产品对收卷机的更高要求 13 第四章第四章 完成完成 PLC 与西门子变频器与西门子变频器 MM440 的通信控制的通信控制 4 1 变频器通信的优势变频器通信的优势 1 变频器通信连接不仅与变频器控制端子连接一样能够实现 PLC 与变频器之间的信息交换 而且它还具有独特的优势 通信的数据容易扩展 通信数据的每一位都代表一个开关量信号 一 个字长通信数据就相当于 1 6 个开关量信号 增加通信的控制数据 只 影响一次通信需要的时间 不涉及硬件投资 以通信数据进行模拟量输入输出时 精度更高 抗干扰能力更强 误差更小 在通信方式下 数据精度只受数据位 数影响 一个字长的模拟量数据 可以分辨的有效数据达到 0 65536 或者 32768 32767 分辨率很高 在线路中不会产生误差也不会产生 干扰 信息精度很高 4 2 通信原理通信原理 变频器通信涉及三个层面的技术问题 物理接口层面 通信协议 层面以及通信应用层面 物理接口层面需要注意通信标准 线路连接以 及负载阻抗匹配 正确的物理连接 能保证信号的有效传送和接收 通 信协议层面规定了字符数据结构其中包括起始位 信息位 奇偶校验和 停止位的设置格式 报文数据结构 其中括特定的起始字符 站地址 报文有效长度 报文内容 校验码 特定的结束字传输速率序列为多少 波特到多少波特范围等 正确处理了通信协议层面的问题 能保证通 信数据的信息内容被有效传输 通信应