何元亭

(中國石化洛陽分公司 河南 洛陽，471012)

分析測試

BOPP測厚系統(tǒng)測控方案的創(chuàng)建及優(yōu)化

何元亭

(中國石化洛陽分公司 河南 洛陽，471012)

簡要分析了雙向拉伸聚丙烯(BOPP)生產(chǎn)線測厚系統(tǒng)的應用原理。并結(jié)合長期對其應用和調(diào)試的經(jīng)驗，詳細地闡述了BOPP測厚系統(tǒng)測控方案的創(chuàng)建和優(yōu)化要點，對有關(guān)測厚系統(tǒng)的技術(shù)應用及故障排除有一定的借鑒作用。

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

在雙向拉伸聚丙烯(BOPP)生產(chǎn)中，測厚系統(tǒng)起著測量和控制產(chǎn)品厚度的作用，每當產(chǎn)品厚度轉(zhuǎn)換時，其技術(shù)核心部分就是測厚系統(tǒng)的測控方案在起作用，即使在正常生產(chǎn)時產(chǎn)品的厚度控制也要依賴測厚系統(tǒng)的測控方案，因此其測控方案的制定及優(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射線測厚控制系統(tǒng)為例。其測厚系統(tǒng)主要由：厚度測量掃描儀、厚度控制計算機、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)線正常運行時，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)對薄膜進行連續(xù)的掃描，然后將數(shù)據(jù)傳送到厚度控制計算機，厚度控制計算機根據(jù)其內(nèi)部已生成并應用的厚度測控方案對輸入的掃描信號進行比較處理。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，這樣每個螺栓的開度就決定了下游薄膜相對應的的一定橫向區(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準厚度。這就是厚度控制過程，它是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2 測控方案的構(gòu)成

在這套厚度控制系統(tǒng)中，其核心應用技術(shù)就是厚度測控方案的創(chuàng)建。它決定著厚度控制的品質(zhì)。因此創(chuàng)建好一個厚度測控方案就尤為重要，在不計其他因素的情況下，有如下幾部分組成：1) 創(chuàng)建一個映射Mapping表，并將其加入到測控方案中；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/自動控制的螺栓。

以上幾項中每一項都很重要，要使一個控制方案精準可靠投用，上述幾部分缺一不可。如果有一項不完善優(yōu)化，它就決定了整個控制品質(zhì)就停留在這一項，還會影響其他項目的發(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)線實際情況，創(chuàng)建映射Mapping表。方法和過程如下所述。

測量出膜頭膜唇的寬度L1，測量出縱向拉伸(MDO)入口膜片的寬度L2，測量出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值代入以下公式計算,第N號螺栓對應在膜片上的位置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號螺栓對應在膜片上的位置X2；第N+2號螺栓對應在膜片上的位置X3；第N+3號螺栓對應在膜片上的位置X4。

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

在TDO出口處分別測量A1,A2,A3,A4，B1,B2,B3,B4相對應邊部的距離，單位是mm，作好標識，距離分別標為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應控制雙向拉伸后的薄膜區(qū)域。

在TDO出口處測量出薄膜的實際寬度L4(單位mm)，例如：

L4=6 800 mm時，

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個有效位置點。每個位置點經(jīng)前面公式的計算產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在程序中默認的單位是mm。每2個位置點之間是一個區(qū)間，共計48個區(qū)間。每個區(qū)間對應一個膜頭螺栓，這個膜頭螺栓就控制對應區(qū)間的薄膜厚度。

圖2是Mapping表在投用后的對應作用示意。將此Mapping表應用在測控方案中。

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調(diào)節(jié)控制在線實時的每個膜頭加熱螺栓的加熱量。如果這一組PID參數(shù)設(shè)計合理，則薄膜生產(chǎn)時在線控制會成效顯著，明顯有效提高薄膜厚度的均一性，反之，則會造成模唇各點開度調(diào)整滯后，薄膜厚度不勻，有時會造成等幅振蕩波動，或有時會造成發(fā)散振蕩波動，嚴重影響厚度均一性控制，會給生產(chǎn)帶來災難性的后果。因此創(chuàng)建合適的PID參數(shù)很重要。在日常應用都是先根據(jù)經(jīng)驗值先試用，經(jīng)驗值如下: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)品不同拉伸速度進行比較調(diào)整，往往要經(jīng)過一段時間的認真摸索才會找出需要的參數(shù)。然后將參數(shù)應用到測控方案中。

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),具體的講就是將測厚系統(tǒng)運行時必需的控制參數(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狀態(tài)，又避免螺栓全功率加熱造成螺栓損壞。

3．5 手動/自動控制螺栓的選擇

選擇手動/自動控制的螺栓就是在測厚系統(tǒng)投入自動運行后，根據(jù)厚度控制計算機輸出的參數(shù)自動控制。如圖4所示：5～45號螺栓設(shè)定為自動狀態(tài)(顯示為綠色和紅色柱狀)，其余兩側(cè)邊部螺栓設(shè)定為手動調(diào)整(顯示為藍色柱狀圖)。

完成上述步驟就算完成了測厚系統(tǒng)測控方案的創(chuàng)建。

測控方案應用的實景如圖5所示，圖5中自動控制的螺栓在投用后顯示綠色和紅色柱狀，手動控制的螺栓顯示藍色柱狀。圖5有48個柱狀圖表示48個膜頭螺栓，其對應寬度為6 848 mm的薄膜進行測控方案，對應關(guān)系如Mapping表所制訂。

接下來就根據(jù)生產(chǎn)實際情況對測控方案進行細節(jié)優(yōu)化,使之更好控制產(chǎn)品品質(zhì)。

4 優(yōu)化

當創(chuàng)建的測控方案用于實際生產(chǎn)中時，需要做的就是結(jié)合生產(chǎn)線實際情況對方案作出連續(xù)優(yōu)化，直到新方案對不同產(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。

1) 制作并修改好Mapping表。Mapping表是測控方案的基礎(chǔ)，作用是制定出每個膜頭加熱螺栓所對應控制成品薄膜的區(qū)域，如果對應不精確就會造成成品薄膜厚度檢測和顯示的錯位，進一步造成自動控制時的錯誤調(diào)整，使整個測控方案效果變差。因此，在方案投用之前就要根據(jù)生產(chǎn)線的實際情況反復認真測量前面所列的數(shù)據(jù)，按照前面的公式計算，制作出符合實際的Mapping表。

2) 調(diào)整好PID設(shè)定值。PID值的合適與否關(guān)系到自動控制時的輸出控制信號反應速度和準確性，通俗的講就是控制膜頭加熱螺栓的反應是否合適。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)合實際生產(chǎn)情況及時修正，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，大學學歷，中國石化洛陽分公司吉潤公司設(shè)備主任，已發(fā)表論文17篇。E-mail:13937931625@163.com。