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1、双向拉伸薄膜厚度测控系统的设计和MCGS仿真摘要:以桂林电器科学研究所BOPP2500型薄膜生产线为原型,利用MCGS组态软件和PID控制方法设计和仿真了一个双向拉伸薄膜厚度测控系统。仿真结果表明,该测控系统可实时、精确地测量和控制双向拉伸薄膜的厚度,提高薄膜产品的质量,且控制参数调整方便,控制效果、可视性和可维护性好,具有较大的应用价值,对于有效提高国产薄膜成套生产设备的行业竞争力有实际意义。 关键词:双向拉伸薄膜;厚度测控系统;MCGS仿真;PID控制 中图分类号:TP2732MCGS的
2、组态设计和控制界面构成 2.1组态软件的设计 根据双向拉伸薄膜厚度测控系统的构成及控制性能要求,利用MCGS组态软件设计出双向拉伸薄膜厚度测控系统,可安装在测厚仪主计算机中,实现对生产线的实时控制。MCGS软件为用户提供了从数据采集到数据处理、流程控制、动画显示、报警策略以及报表输出等解决实际工程的完整方案和操作工具。采用MCGS组态软件所建立的双向拉伸薄膜厚度测控系统结构如图4所示。 图4基于MCGS的测控系统组成结构图 (1)主控窗口的组态 在MCGS的“主控窗口”中,根据设计
3、要求,定义和设置了“系统管理”、“主界面”、“横向厚度手动调节”、“纵向厚度手动调节”、“系统配置”等菜单项。 (2)设备窗口的组态 连接和驱动外部设备的工作环境,可在其中添加PLC等外部硬件设备和模拟设备。在通道连接窗口中,将A/D,D/A通道和实时数据库中的数据对象对应连接起来[11,12]。 (3)用户界面的组态 用户窗口包括主界面、横向厚度控制界面、纵向厚度控制界面和温度显示界面、系统配置界面。这些画面均是在MCGS的“用户窗口”中利用绘图工具进行设计组态。MCGS可视化的图形功
4、能可以方便地建立所设计的各种画面,然后进行动画连接,即建立画面图形对象与实时数据库数据变量之间的关系,当变量的值改变时,其对应的图形位置或状态也随之改变。 (4)实时数据库的组态 实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心,它将工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量,作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。数据变量是构成实时数据库的基本单元,建立实时数据库的过程即是定义数据变量的过程。 (5)运行策略的组态 为实现横向厚度和纵向厚度的PID闭
5、环控制以及模拟横向厚度和纵向厚度受控的实时变化,在运行策略中添加算法策略。选择“循环策略”类型的策略,在策略工具箱中选择策略行条件属性,然后编写脚本程序。共有“横向PID控制”策略、“纵向PID控制”策略、“横向厚度”和“纵向厚度”策略四个策略组,分别按照图2和图3中的闭环控制模型以及式(3)编写。当系统开始运行时,设备输入厚度值,策略行条件得到满足,则执行相应的脚本程序。 2.2控制界面的构成 双向拉伸薄膜厚度测控系统的MCGS界面如图5所示,包括主界面、横向厚度手动调节界面、纵向厚度手动
6、调节界面和系统配置界面。 图5双向拉伸薄膜厚度测控系统的MCGS界面 2.2.1主界面 主界面如图5(a)所示,可显示薄膜厚度控制系统的厚度控制情况。上方部分为横向厚度控制部分,表格显示了横向各点位的加热占空度和厚度以及纵向平均厚度的数值;柱形图显示各螺栓对应点位的横向厚度的变化情况。中间部分是纵向厚度控制部分,动态曲线显示了纵向平均厚度的曲线。在主界面底部有系统启动、停止、系统配置、实时数据库。在横向和纵向控制部分的右边都有自动调节和手动调节的选项。当按下“自动调节”按钮时,绿色指示灯亮
7、,表示当前处于PLC自动控制状态,自动状态即PLC进行全自动控制,不需要人工干预。如果运行过程中对自控效果不满意,需要切换到手动时,可点击“手动调节”进入手动调节界面,此时红色指示灯亮。 2.2.2横向厚度手动调节界面 在横向厚度控制部分选择需要调节的螺栓号,点击“手动调节”按钮,进入横向厚度手动调节,如图5(b)所示。该界面显示了横向厚度的设定值、测量值、输出值、螺栓加热占空度和薄膜厚度的波形图等实时数据,用户可根据实时数据利用拉条随时调整厚片设定厚度值和PID参数值。通过PID参数的设置
8、,调整模头加热占空度,作为调节量来控制厚片厚度,从而实现了对横向厚度的手动调节。 2.2.3纵向厚度手动调节界面 在纵向厚度控制部分点击“手动调节”,进入纵向厚度手动调节,如图5(c)所示。此界面显示了薄膜厚度、冷却转鼓线速度等实时数据。纵向厚度系统的调节量是冷却转鼓的转速。通过在此界面中调整PID参数来调节冷却转鼓的转速,达到对薄膜纵向厚度的手动调节。 2.2.4系统配置界面 系统配置界面如图5(d)所示。系统配置包括螺栓数量的选择,横向厚度上下限范围的设置,纵向厚度上下限范围的设置,
