薄膜生產(chǎn)線上料系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與分析

1、HEFEI UNIVERSITY薄膜生產(chǎn)線上料系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與分析系別 電子信息與電氣工程系 專業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 11級(jí)自動(dòng)化卓越計(jì)劃班 指導(dǎo)老師 徐工 王俊 姓名 劉應(yīng)富 薄膜生產(chǎn)線上料系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與分析中文摘要聚酰亞胺(PI)是特種工程塑料中唯數(shù)不多的實(shí)現(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用物近年來(lái),隨著電子信息產(chǎn)品向著小型化、輕質(zhì)化、薄型化、高精細(xì)化、高可靠性方向發(fā)展,高穩(wěn)定性和高性能的聚酰亞胺在其中顯示十分重要的作用。其中,聚酰亞胺薄膜材料是目前耐熱性能最好的有機(jī)薄膜之一,長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)260以上,其電氣性能、耐輻射性能和耐候性能也同樣突出,用作光致抗蝕劑、電子封裝材料、集成電路中的介質(zhì)材料、撓性印

2、制電路基材、液晶顯示器定向膜和相補(bǔ)償膜。在航空航天、電子電器和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的PI薄膜產(chǎn)品性能與國(guó)外生產(chǎn)的PI薄膜仍然有較大差異,主要體現(xiàn)在力學(xué)物理性能、熱穩(wěn)定性能、厚度均勻性等方面,因此研究聚酰亞胺薄膜制造設(shè)備對(duì)提高聚酰亞胺薄膜產(chǎn)品性能水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,同時(shí)伴隨而來(lái)的是更多的效益。關(guān)鍵詞：聚酰亞胺；有機(jī)薄膜；耐熱性；Thin film production line feeding system data acquisition and analysisABSTRACTPolyimide (PI) is a special engineering plas

3、tics in the realization of the only few large-scale industrial production and application in recent years, along with the electronic information products toward miniaturization, an refine, light-weight, high precision, high reliability, high stability and high performance of polyimide shows an impor

4、tant role in it. Among them, the polyimide film material is heat-resistant performance is one of the best organic film, long-term use of temperature can reach 260 above, its electrical properties, radiation resistance and weather resistance are also prominent, used as photoresist, electronic packagi

5、ng materials, integrated circuit of dielectric materials, flexible printed circuit substrate, LCD phase compensation and directional membranes. In the aerospace, electronics and information industry development plays an important role. The current domestic production of PI film product performance a

6、nd foreign production of PI film still have bigger difference, mainly reflected in the mechanical properties, thermal stability, thickness uniformity, etc., so the polyimide film manufacturing equipment to improve the level of polyimide film product performance has important practical significance,

7、which is associated with more benefits at the same time Key words: polyimide; Organic thin film; Heat resistance;第一章 前言5第二章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)規(guī)范6第三章 供料裝置設(shè)備認(rèn)知與控制系統(tǒng)分析63.1流涎部分73.1.1、鋼帶73.1.2、前鼓(主動(dòng)鼓)73.1.3、熱風(fēng)系統(tǒng)73.2縱向拉伸系統(tǒng)83.3橫拉部分93.4橫拉機(jī)的風(fēng)機(jī)改造103.5收卷技術(shù)103.6張力問(wèn)題11第四章 完成PLC與西門子變頻器MM440的通信控制114.1變頻器通信的優(yōu)勢(shì)114.2通信原理1

8、14.3 PLC 編程124.4系統(tǒng)接線總體結(jié)構(gòu)134.5系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)14第一章 前言前期先在BOPI生產(chǎn)車間里實(shí)習(xí)，熟悉生產(chǎn)過(guò)程與儀器儀表，整個(gè)生產(chǎn)線是全自動(dòng)生產(chǎn)線，我們需要為生產(chǎn)線做一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，可以記錄儀表數(shù)據(jù)并進(jìn)行更改，還要把這些數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)，以便生產(chǎn)人員可以調(diào)出數(shù)據(jù)對(duì)比產(chǎn)品，以便知道產(chǎn)品在不同溫度，濕度等環(huán)境下，質(zhì)量會(huì)有什么不同。生產(chǎn)線上的儀表主要記錄的是溫度，速度等數(shù)據(jù)。每一個(gè)過(guò)程可能有很多儀表，他們的通訊不是完全相同的，但他們的基本原理是一樣的，所以相同類型的儀表只需要第一個(gè)通訊好了，其他的也就可以很容易完成。系統(tǒng)完成后需要做一個(gè)組態(tài)用戶頁(yè)面，上面的功能主要有讀寫數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，

9、調(diào)出數(shù)據(jù)，還要可以查看各個(gè)不同設(shè)備上的數(shù)據(jù)，最后需要一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)儲(chǔ)存這些數(shù)據(jù)。并不是把這些做好了，系統(tǒng)直接就能用了，我們還需要一個(gè)重要的步驟，那就是測(cè)試，把做好的系統(tǒng)聯(lián)機(jī)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)里面的錯(cuò)誤與不足，然后進(jìn)行改進(jìn)，最后才能交付使用，因?yàn)闆](méi)有人可以保證他做的東西是沒(méi)有任何錯(cuò)誤的，我們要發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并改正它，這樣才算完成了這個(gè)系統(tǒng)。第二章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)規(guī)范數(shù)據(jù)采集通常有兩種解釋：一種是從數(shù)據(jù)源收集、識(shí)別和選取數(shù)據(jù)的過(guò)程。另一種是數(shù)字化、電子掃描系統(tǒng)的記錄過(guò)程以及內(nèi)容和屬性的編碼過(guò)程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括了：可視化的報(bào)表定義、審核關(guān)系的定義、報(bào)表的審批和發(fā)布、數(shù)據(jù)填報(bào)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)評(píng)審、綜

10、合查詢統(tǒng)計(jì)等功能模塊。通過(guò)信息采集網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化，擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集的覆蓋范圍，提高審核工作的全面性、及時(shí)性和準(zhǔn)確性；最終實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)工作管理現(xiàn)代化、程序規(guī)范化、決策科學(xué)化，服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化。實(shí)時(shí)采集來(lái)自生產(chǎn)線的產(chǎn)量數(shù)據(jù)或是不良品的數(shù)量、或是生產(chǎn)線的故障類型（如停線、缺料、品質(zhì)），并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中；·接收來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)的信息：如生產(chǎn)計(jì)劃信息、物料信息等；·傳輸檢查工位的不良品名稱及數(shù)量信息；·連接檢測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀器數(shù)字化，數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)從測(cè)量?jī)x器中獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行記錄，分析計(jì)算，形成相應(yīng)的各類圖形，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)判斷，如橫拉機(jī)的溫度，空氣的濕度，收卷機(jī)的測(cè)量膜的牽引

11、力等；第三章 供料裝置設(shè)備認(rèn)知與控制系統(tǒng)分析BOPI薄膜生產(chǎn)線主要由樹(shù)脂合成、環(huán)形鋼帶流涎機(jī)，縱向拉伸機(jī)、橫向拉伸機(jī)、收卷機(jī)以及溶劑回收裝置等七部分組成(溶劑回收裝置另外專題介紹)，它的設(shè)備與BOPP，BOPET的設(shè)備比較，有以下特點(diǎn):(l)聚丙烯和聚酷拉伸膜是用擠出法制取厚片，而聚酞亞胺雙向拉伸薄膜是用流涎法制取厚片，從樹(shù)脂合成到流涎成膜工藝過(guò)程比較復(fù)雜。 (2)BOPI薄膜的拉伸倍數(shù)小，拉伸溫度高，速度低，而且在拉伸過(guò)程中伴隨著化學(xué)反應(yīng)，并釋放出有腐蝕性氣體。所以從某些方面來(lái)講它與其它一些拉伸設(shè)備比較起來(lái)設(shè)計(jì)難度更大。3.1流涎部分流涎機(jī)是BOPI薄膜生產(chǎn)機(jī)組中最重要的單機(jī)之一，它的機(jī)構(gòu)復(fù)

12、雜，精密度高，很多部分縱橫交錯(cuò)，機(jī)械傳動(dòng)和傳熱問(wèn)題交織在一起，這就要求設(shè)計(jì)者對(duì)整體從三維方向仔細(xì)地組合。流涎機(jī)主要由前鼓(主動(dòng)鼓)，后鼓、鋼帶、機(jī)械傳動(dòng)、流涎嘴、鋼帶張力控制系統(tǒng)、烘干道及加熱系統(tǒng)組成，設(shè)計(jì)時(shí)著重從以下四方面考慮:3.1.1、鋼帶流涎機(jī)的鋼帶是流涎機(jī)中關(guān)鍵零件之一，無(wú)論它是從國(guó)外進(jìn)口還是國(guó)內(nèi)加工，設(shè)計(jì)時(shí)，工藝人員和設(shè)計(jì)人員都要共同協(xié)商，對(duì)鋼帶表面質(zhì)量，機(jī)械性能以及材質(zhì)提出嚴(yán)格要求，其次根據(jù)工藝要求考慮鋼帶的規(guī)格(厚度通常在0.8一1.Zmm范圍)，鋼帶的更換方便和安全，張力調(diào)節(jié)以及遇突發(fā)情況(如停電)鋼帶進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)松馳的功能。3.1.2、前鼓(主動(dòng)鼓)流涎機(jī)的前鼓是流涎機(jī)重

13、要部件，它的作用是既要冷卻鋼帶又要主動(dòng)，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)把它設(shè)計(jì)成雙螺旋道結(jié)構(gòu)，目的就是為了使它冷卻效果更佳，鋼帶的溫度更均勻，此外，前鼓的表面粗糙度要求較高，形位公差也要求較嚴(yán)格，因?yàn)榍肮牡霓D(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)和它與鋼帶接觸越密合對(duì)提高流涎膜的質(zhì)量越有好處。另外，前鼓支撐用滾動(dòng)軸承也應(yīng)選擇高精度，這樣可以減小前鼓轉(zhuǎn)動(dòng)的徑向跳動(dòng)誤差。3.1.3、熱風(fēng)系統(tǒng)流涎機(jī)的熱風(fēng)系統(tǒng)是影響流涎膜質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，它是由送風(fēng)風(fēng)機(jī)，空氣過(guò)濾器，電加熱箱，排風(fēng)風(fēng)機(jī)和管路組成，我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，著重考慮如何使流涎機(jī)上下烘干道中的任一截面上的風(fēng)速和風(fēng)溫盡可能均勻一致，如果不均勻的話，就會(huì)使流涎膜的溶劑含量不均勻，這樣在今后的拉伸中溶劑含

14、量大的地方容易拉伸，而含量小的地方就不易拉伸，造成薄膜厚度不均勻，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)考慮增加靜壓箱和導(dǎo)流裝置來(lái)完善熱風(fēng)系統(tǒng)。此外，流涎機(jī)熱風(fēng)噴風(fēng)嘴除水平吹式還出現(xiàn)了直接吹式(進(jìn)口流涎機(jī)多采用此形式)。3.2縱向拉伸系統(tǒng)BOPI膜膜生產(chǎn)線縱向拉伸機(jī)是主機(jī)中的一臺(tái)單機(jī)，它的作用主要是對(duì)上道工序流涎出的厚膜進(jìn)行縱向拉伸，以完成一個(gè)方向的定向作用，它主要由輥筒(包括預(yù)熱、拉伸、冷卻、導(dǎo)向輥)、傳動(dòng)系統(tǒng)、熱油循環(huán)系統(tǒng)、穿片系統(tǒng)(包括自動(dòng)和手動(dòng))等組成，設(shè)計(jì)的時(shí)候主要考慮預(yù)熱、冷卻、拉伸輥筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它們內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常采用單或雙螺旋夾套式，目的是使輥筒表面溫度盡量均勻一致，輥筒是靠熱油循環(huán)系統(tǒng)提供的導(dǎo)熱油進(jìn)

15、行加熱，輥筒的表面溫度根據(jù)工藝要求一般在30一260范圍?？v向拉伸機(jī)的輥筒排列有多種形式，但考慮到厚膜在縱向拉伸過(guò)程有足夠的預(yù)熱長(zhǎng)度以及盡量減小縱向拉伸機(jī)的外形尺寸，設(shè)計(jì)時(shí)多采用星形排列，如圖1由于聚酞亞胺薄膜縱向拉伸倍數(shù)很小，所以，通常采用單點(diǎn)拉伸?？v向拉伸機(jī)的主傳動(dòng)系統(tǒng)非常重要，它不僅起到傳遞運(yùn)動(dòng)的作用，而且它還使各工藝輥筒之間有一個(gè)很小的速度遞增或遞減，每級(jí)遞增或遞減量一般<5編。圖2、圖3是BOPI薄膜縱向拉伸機(jī)的二種傳動(dòng)形式，圖2這種傳動(dòng)形式特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，工藝輥筒間的增減速是靠齒輪齒數(shù)變化或輥筒本身直徑變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，圖3這種傳動(dòng)形式的增減速是靠皮帶輪直徑變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，增減速比

16、需要改變，可以修改皮帶輪的直徑，這種傳動(dòng)形式缺點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)中有打滑現(xiàn)象?？傊谠O(shè)計(jì)縱向拉伸機(jī)時(shí)，要全盤考慮組織協(xié)調(diào)好上述各部分，做到既要緊湊與傳熱性好，又具有維修、潤(rùn)滑、處理事故(如常常發(fā)生纏輥、斷膜、穿片失敗等)、觀察、清理擦試輥面、測(cè)量溫度等操作方便。3.3橫拉部分聚酞亞胺膜的生產(chǎn)主要有兩種方法:1)流涎法，這種方法薄膜沒(méi)有得到很好的亞胺化，有很多地方不適合用，現(xiàn)比較少用這方法;2)流涎拉伸法，在流涎的方法上加上拉伸，這樣不僅使亞胺化更充分，而目.在拉伸過(guò)程中聚合物高分子經(jīng)過(guò)物理重排，能得到更好的性能。橫拉機(jī)整個(gè)區(qū)域主要由:預(yù)熱段、拉伸段、熱處理段(主要亞胺化)、冷卻段等組成。工藝進(jìn)行拉膜時(shí)

17、，首先在預(yù)熱段進(jìn)行預(yù)熱，這段溫度一般在180-220度(看工藝要求，有的也高些，這是根據(jù)我們的工藝得出的，以下相同);第二在有較大擴(kuò)張角的拉伸段進(jìn)行橫向拉伸，這段溫度一般在220-280度;第三在熱處理段進(jìn)行熱處理也就亞胺化，使薄膜較好的定型，這段溫度一般在350-400度。第四進(jìn)入冷卻段進(jìn)行冷卻，在這段也有少量的亞胺化，主要是定型，這段溫度一般在180-220度，這樣橫向拉伸工作完成。在橫向拉伸工藝條件中，拉伸溫度是影響薄膜性能最主要的因素。它直接影響薄膜的機(jī)械性能、成膜性、厚度均勻性。3.4橫拉機(jī)的風(fēng)機(jī)改造聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)過(guò)程中，特別在橫拉亞胺化階段，產(chǎn)生很多其他聚合物及溶劑揮發(fā)出來(lái)的有毒

18、氣體，這要求及時(shí)抽走，要不影響膜的質(zhì)量，因此要有一定量的送風(fēng)和排風(fēng)；送風(fēng)用加熱了的熱風(fēng)，而送風(fēng)與排風(fēng)對(duì)橫拉機(jī)內(nèi)的溫度起很大的作用；以前橫拉機(jī)的送風(fēng)和排風(fēng)都是用管道開(kāi)度控制，這和我們自動(dòng)控制有一定的距離，也不好控制溫度；我們針對(duì)這種情況進(jìn)行改造，送風(fēng)電機(jī)和排風(fēng)電機(jī)都加上變頻器實(shí)現(xiàn)在線控制。橫拉機(jī)的控制系統(tǒng)改進(jìn)在橫拉機(jī)中加入對(duì)風(fēng)機(jī)的控制，這是一個(gè)新課題;以前的拉伸機(jī)中沒(méi)使用就算使用也沒(méi)加以控制，這樣也沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)參考;而橫拉機(jī)的內(nèi)部環(huán)境也很復(fù)雜，溫度與送風(fēng)的風(fēng)的溫度、熱風(fēng)的流量、膜的速度、膜的溶劑含量等都有關(guān)系;我們控制先在送風(fēng)溫度一定、膜的溶劑含量一定的情況下來(lái)控制溫度。示意圖如下:3.5收卷技術(shù)收

19、卷機(jī)雖不是拉伸過(guò)程中的主要部分，但在薄膜生產(chǎn)中，也是很重要的，經(jīng)常由于收卷不善，使得拉伸優(yōu)良的薄膜變?yōu)閺U品或次品，因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮以下間題。3.6張力問(wèn)題張力問(wèn)題是收卷技術(shù)的核心間題，收卷機(jī)設(shè)計(jì)成功與否，張力起到關(guān)鍵作用，收卷失敗或種種收卷欠缺的根源，往往是張力方面的原因，張力對(duì)收卷質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在:l)張力大小的設(shè)定。.張力大小會(huì)影響膜卷的松緊程度，從而影響開(kāi)卷后的平整度(特別是對(duì)于較薄的薄膜)。2)張力的穩(wěn)定性。張力忽松忽緊，可引起各種形式的不平整和大量空氣的卷入。3)張力在橫向分布的均勻性。張力在橫向分布的均勻性不好，是產(chǎn)生大多數(shù)收卷質(zhì)量不佳的原因，因此，我們?cè)谶M(jìn)行收卷機(jī)設(shè)

20、計(jì)過(guò)程中，要與電氣控制很好結(jié)合，圍繞張力作文章，可以采用張力和速度調(diào)節(jié)裝置，可采用弧形輥、剪輥展平方法，還可采用靠近輥機(jī)構(gòu)，總之，我們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該提供給操作者各種必要的調(diào)節(jié)手段以適應(yīng)收卷張力變化的需求。收卷的形式主要有恒張力收卷，恒轉(zhuǎn)矩收卷等。只有在不斷改進(jìn)，不斷改善，不斷發(fā)展的過(guò)程中，提高我們收卷機(jī)的設(shè)計(jì)水平，才能滿足日益發(fā)展的薄膜產(chǎn)品對(duì)收卷機(jī)的更高要求。第四章 完成PLC與西門子變頻器MM440的通信控制4.1變頻器通信的優(yōu)勢(shì)1變頻器通信連接不僅與變頻器控制端子連接一樣能夠?qū)崿F(xiàn) PLC 與變頻器之間的信息交換,而且它還具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 通信的數(shù)據(jù)容易擴(kuò)展。通信數(shù)據(jù)的每一位都代表一個(gè)開(kāi)

21、關(guān)量信號(hào),一個(gè)字長(zhǎng)通信數(shù)據(jù)就相當(dāng)于 1 6個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)。增加通信的控制數(shù)據(jù),只影響一次通信需要的時(shí)間,不涉及硬件投資。 以通信數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬量輸入輸出時(shí),精度更高,抗干擾能力更強(qiáng),誤差更小。在通信方式下,數(shù)據(jù)精度只受數(shù)據(jù)位數(shù)影響,一個(gè)字長(zhǎng)的模擬量數(shù)據(jù),可以分辨的有效數(shù)據(jù)達(dá)到 065536或者 -32768+32767,分辨率很高。在線路中不會(huì)產(chǎn)生誤差也不會(huì)產(chǎn)生干擾,信息精度很高。4.2通信原理變頻器通信涉及三個(gè)層面的技術(shù)問(wèn)題:物理接口層面,通信協(xié)議層面以及通信應(yīng)用層面。物理接口層面需要注意通信標(biāo)準(zhǔn)、線路連接以及負(fù)載阻抗匹配。正確的物理連接,能保證信號(hào)的有效傳送和接收。通信協(xié)議層面規(guī)定了字符數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)其中包括起始位、信息位、奇偶校驗(yàn)和停止位的設(shè)置格式;報(bào)文數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),其中括特定的起始字符,站地址、報(bào)文有效長(zhǎng)度、報(bào)文內(nèi)容、校驗(yàn)碼、特定的結(jié)束字傳輸速率序列為多少波特到多少波特范圍等。正確處理了通信協(xié)議層面的問(wèn)題,能保證通信數(shù)據(jù)的信息內(nèi)容被有效傳輸。通信應(yīng)用層面,主要是通信數(shù)據(jù)的解析及應(yīng)用數(shù)據(jù)信息被有效傳遞、其中的信息含義能夠正確解讀、信息的內(nèi)容能夠被確使用,則通過(guò)通信實(shí)現(xiàn)的信息交換就有效了,對(duì)變頻器的控制也就實(shí)現(xiàn)了。4.3 PLC 編程編程原理S7-300P