举重若轻,完美掌控——西门子助力打造数字化 PVC 压延生产线

基于西门子的全集成驱动和自动化解决方案,上海泓阳正在完成向智能化和数字 化装备的转型蜕变,真正做到举重若轻,完美掌控。

站在即将交付的这台高达3-4层楼,近80m长的大型硬质PVC塑料压延设备线旁边,陈雅晶的身形不免显得有些“渺小”。作为台湾旌旸集团(EXALT GROUP)旗下——上海泓阳机械有限公司(简称上海泓阳)的业务代表陈雅晶谈起公司的这一拳头产品的时候语速不自觉地变得快了起来,“这是我们成功研发出业内领先的4m以上PVC压延胶布生产线,获得了中国及国际多项专利,全部由西门子电气自动化和数字化管理平台进行控制,所生产的PVC压延胶布宽幅超过5.2m!”

随着市场经济的发展和人民生活水平的提高,PVC压延制品的需求正在快速增长和提升:PVC灯箱布要求更高幅宽的制品,PVC家具包装膜需要更多,汽车内饰和地面材料要显得更加高档,医药和食品对PVC片材的需求日益广泛……。面临国内需求和出口猛增的双管齐下,中国正在同时成为世界PVC制品最大的生产基地。

历经100多年应用历史的塑料压延机及其联动辅机组成的塑料压延机生产线,正是PVC制品生产过程中的大型基本设备之一。时至今日,PVC胶布的制造商们不再满足于“傻大粗笨”的设备提供,而是迫切需要更加大型化、高速化、精密化甚至数字化的压延生产线设备。作为该设备行业的领先者,上海泓阳不得不考虑如何与像西门子这样的国际领先的自动化和数字化解决方案提供商一道,通过深入合作,寻求一条通向数字化和智能化装备的未来道路。

运控之妙

在设备集成商——宏技自动控制设备(上海)有限公司(简称上海宏技)看来,打造最先进的智能化PVC压延产线的核心将最终依赖于高速、高精、高稳定运动控制的完美实现。如今,PVC胶布制品的幅宽要求越来越宽,压延机的规格也不断地增大,辊面宽度4m以上的设备已得到较普遍的使用。另一方面,设备还必须追求更高的线速度和加工能力和更加精密的加工质量。“尤其是设备在低速运转时的稳定性,需要软体和硬件完美的结合”,西门子工厂自动化塑料行业负责人李明说道,“如何让日益大型化的设备仍然能够延续高效率高精度优势,同时获得稳定的运动控制表现,是我们与集成商面临的挑战之一。”

在PVC胶布压延线前端的密炼加料设备中,对塑料原配料进行高精度的计量称重非常关键,直接影响了压延材料的质量和物理特性。“每个称重磅秤有250kg,而我们通过硬件和软件的配合可达到0.1g的称重精度”,李明说道。

压延设备是整个产线的核心部分。主要由辊筒组成的PVC压延机传动控制系统是一个微张力的速度联动控制系统。在设备规格变大、产线变长的情况下,为了保证获得厚度一致的PVC胶布,整个系统必须是可调速度、高精度的稳速系统,必须采用专用的高性能变频器。作为高性能伺服电机,西门子SINAMICS S120变频器搭配西门子SIMOTIC 1LE/1PH8/1FK电机,能够帮助压延设备在保持高速运动的同时提供强大的稳定性。“S120变频器一是硬件上具有模块化的结构设计,安装、维护简单易行;其次在上位通讯支持标准的PROFIBUS DP 现场总线或高速工业以太网技术 PROF-INET,可以方便地集成到工厂 IT 环境,这对我们后续共同打造全自动化系统集成和数字化管理奠定了坚实的基础”,上海泓阳业务代表陈雅晶高度评价了S120为核心的西门子运动控制方案。

在产线后端的PVC胶布卷取机上,S120也同样大显身手。在卷取部分,“我们实现了稳定而完美的收放卷张力控制和自动换卷,可以在低速下实现大转矩,既能达到控制层面的高精度,同时通过直接驱动技术省掉了减速机,实现了节能”,李明表示。

数字之道

从塑料原料开始,经过密炼添加各种化学配料,经过压延设备压成或者拉伸成胶布成品,再到最后收卷,整个设备产线长达几十米,需要一套全集成的自动化控制解决方案,并在此基础上进行数字化生产管理。基于统一的西门子PROFINET工业以太网架构和TIA博途工程平台,最新一代的高性能SIMATIC S7-1500 PLC 控制器和Comfort Panel面板,向下搭配ET200 sp分布式I/O、SINAMICS S120变频器和一系列西门子高性能伺服电机等,西门子提供的全集成驱动系统IDS和全集成自动化系统TIA,在PVC硬质/半硬质胶布设备线上得以“大展身手”。

像上海泓阳这样长达50-80m的模块化设备,特别适合分布式的智能I/O控制,基于PROFINET以太网的SIMATIC ET200 sp远程I/O让现场布线极大地得到简化,基本上只需要一根网线、气管和电源线,同时就地控制速度更快,帮助其设备改变了整个控制结构。如今,上海泓阳将整个设备线都统一成西门子博途工程平台和PROFINET以太网通讯方式,不但让各个机器之间配合更加顺畅,提高了产线整体效率OEE和加工质量,更重要的是基于此完成了整线数据整合,为生产管理和质量追踪提供了重要的基础。

“对比过去几十年,压延机的自动化模式已经越来越高,但是在某些核心细节控制上仍然依赖于操作工的技术上的掌握。‘人’的因素依旧在一定程度上影响产品的品质”,陈雅晶认为,“譬如生产不透明,缺乏统一数据平台;面对客户个性化需求,难以应对;客户某一批次PVC制品出现质量问题,难以通过设备数据追溯原因,等等。”

上海泓阳急需一套定制化的生产监控与管理平台来帮助解决这些挑战,通过提供配套的设备数据采集和管理工具,包括配方数据的管理、设备的运行与维护数据等等,“帮助客户打造一个透明的生产管理平台”。

基于西门子SIMATIC WinCC SCADA生产管家平台,西门子与上海宏技一道进行了二次开发,不但满足了设备管理和工艺流程监控,而且还完成了柔性化/程序化配方管理、批次数据分析与优化等车间级管理需求,向下与自动化控制系统无缝集成,向上则可以对接整个企业级的MES和ERP系统。

“完整的制造执行系统(MES)成本很高,我们这套定制化生产管家平台显得更为精简而有针对性,同时实现了设备/工艺监控、品质追溯与车间的管理”,李明说道。

正是由于工业以太网的全面应用和WinCC生产管家平台的打造,上海泓阳的生产和设备数据得以获取和真正利用起来,并通过西门子MindSphere云进一步实现了稳定的远程连接和监视。

上海泓阳每年大约要完成20多条PVC胶布压延整线交付,不但满足国内需求,更是大量出口海外。基于西门子的全集成驱动和自动化解决方案,上海泓阳正在完成向智能化和数字化装备的转型蜕变,真正做到举重若轻,完美掌控。

 

 

 

 

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