木工行業(yè)鋪裝系統(tǒng)自動(dòng)化控制研究

摘要：針對(duì)于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線尤其是刨花板，定向刨花板等鋪裝系統(tǒng)控制不穩(wěn)定的問(wèn)題，通過(guò)多次實(shí)踐改造和完善，介紹了如何優(yōu)化鋪裝系統(tǒng)的自動(dòng)化控制和參數(shù)設(shè)置，在實(shí)際生產(chǎn)中提高了生產(chǎn)線生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高成品板的品質(zhì)，尤其對(duì)于成品板的橫向縱向的重量、密度分布有很明顯的提高,也可以相對(duì)提升人造板行業(yè)的整體品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：鋪裝系統(tǒng)；自動(dòng)化控制；PID控制；堆積密度；BIC控制

在人造板生產(chǎn)線上，鋪裝系統(tǒng)是一個(gè)非常重要的控制系統(tǒng)。其主要作用是依據(jù)生產(chǎn)線的工藝要求，把刨花或者纖維通過(guò)鋪裝倉(cāng)的底部皮帶的PID控制均勻地拋撒在成型線皮帶上面，從而為熱壓機(jī)的順利熱壓和最后合格的成品板打下良好的基礎(chǔ)。人造板生產(chǎn)線一般有多層壓機(jī)、連續(xù)纖維板壓機(jī)、連續(xù)刨花板壓機(jī)、連續(xù)定向刨花板壓機(jī)等，其中以連續(xù)刨花板壓機(jī)和連續(xù)定向刨花板壓機(jī)的鋪裝系統(tǒng)最為復(fù)雜，由于刨花板生產(chǎn)線擁有多個(gè)鋪裝倉(cāng)，所以其成型線的長(zhǎng)度會(huì)比較長(zhǎng)，這樣就加大了其控制準(zhǔn)確性的難度。目前在人造板生產(chǎn)線上生產(chǎn)一般的素板的控制精度要求在1%之內(nèi)，而生產(chǎn)高端板控制精度要求在0.5%之內(nèi)，那么如果我們的控制要求要滿足這個(gè)精度的話，其控制系統(tǒng)和設(shè)備精度就必須要做到非常精確，因?yàn)榧?xì)微的變化就會(huì)導(dǎo)致精度產(chǎn)生較大的波動(dòng)。本文就人造板行業(yè)中比較復(fù)雜的擁有四個(gè)鋪裝頭的連續(xù)刨花板壓機(jī)作為范例，闡述一下其鋪裝系統(tǒng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

1鋪裝倉(cāng)堆積密度的穩(wěn)定控制

鋪裝倉(cāng)堆積密度的穩(wěn)定性決定了其在相對(duì)速度下的出料量的穩(wěn)定性，如果鋪裝倉(cāng)的堆積密度波動(dòng)很大，那么其出料量就會(huì)很難控制穩(wěn)定，鋪裝系統(tǒng)的穩(wěn)定控制也就無(wú)從談起。目前，很多生產(chǎn)線上的鋪裝倉(cāng)堆積密度的穩(wěn)定性控制都不是很理想，從而也導(dǎo)致其生產(chǎn)線的重量不是非常穩(wěn)定，成品板的品質(zhì)也受到很大影響。那么，如何可以達(dá)到比較穩(wěn)定的堆積密度呢？首先要保證施膠的穩(wěn)定性。在人造板生產(chǎn)上，施膠是一種非常重要的環(huán)節(jié)，施膠的比例是按照工藝參數(shù)的配方設(shè)定，如果其工作不穩(wěn)定，不但會(huì)影響最后成品板的質(zhì)量，而且對(duì)于進(jìn)料的堆積密度有較大影響，從而導(dǎo)致鋪裝系統(tǒng)的整體波動(dòng)。這就要求生產(chǎn)線上有一套精確準(zhǔn)確的施膠系統(tǒng)。其次要保證進(jìn)料輸送的穩(wěn)定性和重量反饋的準(zhǔn)確性。一般來(lái)說(shuō)，施膠系統(tǒng)是依據(jù)進(jìn)料的重量反饋按照設(shè)定比例進(jìn)行施膠，如果重量反饋出現(xiàn)問(wèn)題或者波動(dòng)比較大，那么就會(huì)造成施膠的不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致鋪裝系統(tǒng)的不穩(wěn)定。所以一套穩(wěn)定準(zhǔn)確的進(jìn)料輸送系統(tǒng)非常重要。最后要保證鋪裝倉(cāng)料位的穩(wěn)定性。一般在生產(chǎn)中，工藝人員會(huì)依據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)定鋪裝倉(cāng)的料位，料位的穩(wěn)定控制直接決定了其鋪裝倉(cāng)內(nèi)的堆積密度的狀態(tài)，如果其變化太大，那么堆積密度必定會(huì)有較大變化，鋪裝系統(tǒng)的出料控制就無(wú)法穩(wěn)定控制。一般生產(chǎn)上要求變化值的范圍在設(shè)定值-5<=變化值<=設(shè)定值+5由于進(jìn)料系統(tǒng)到鋪裝倉(cāng)存在60S左右的運(yùn)輸時(shí)間，為了能達(dá)到這個(gè)控制要求，在這里做了在出料需求量的基礎(chǔ)上加上了鋪裝倉(cāng)料位偏差值的計(jì)算方式，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際生產(chǎn)的觀察和修改，基本可以控制在+-3的范圍之內(nèi)，比較穩(wěn)定了控制了鋪裝倉(cāng)的堆積密度。其控制思路是參考了PID的閉環(huán)控制原理，但是在實(shí)際控制中又把比例（P）、積分（I）和微分（D）的閉環(huán)控制獨(dú)立計(jì)算后應(yīng)用于最終的計(jì)算結(jié)果中，它的優(yōu)點(diǎn)在于PID的變化的速率會(huì)和運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間相匹配，可以比較穩(wěn)定的控制進(jìn)料。

2鋪裝倉(cāng)出料量的穩(wěn)定控制

鋪裝倉(cāng)出料量的穩(wěn)定控制是整個(gè)鋪裝系控制系統(tǒng)的核心部分。由于系統(tǒng)擁有四個(gè)鋪裝倉(cāng)，所以其成型線的長(zhǎng)度超過(guò)40米，也就意味著其重量反饋和變化的周期會(huì)非常長(zhǎng)，所以最終重量偏差控制要求在0.5%之內(nèi)的控制要求是比較高的。一般在四個(gè)鋪裝倉(cāng)的生產(chǎn)線上，系統(tǒng)分為上表層（SLT），上芯層（CLT）,下芯層（CLB）和下表層（SLB），其分布也按照這個(gè)順序排布，在整個(gè)系統(tǒng)上會(huì)安裝兩個(gè)重量反饋秤，分別是安裝在上表層的總秤（TotalWeight-TW）和上芯層的分秤（PartWeight-PW）。工藝人員會(huì)在上位機(jī)上設(shè)置最終成品板的密度、生產(chǎn)速度、芯層的生產(chǎn)比例、表層的生產(chǎn)比例以及上下表層的偏差比例，PLC程序會(huì)根據(jù)設(shè)定參數(shù)和，含水率和損失因子計(jì)算出每一個(gè)鋪裝倉(cāng)的出料量。上表層設(shè)定值=成品板的密度/生產(chǎn)速度*（1+含水率）*（1+損失因子）*表層的生產(chǎn)比例/2*（1+上下表層的偏差比例）下表層設(shè)定值=成品板的密度/生產(chǎn)速度*（1+含水率）*（1+損失因子）*表層的生產(chǎn)比例/2*（1-上下表層的偏差比例）上芯層設(shè)定值=下芯層設(shè)定值=成品板的密度/生產(chǎn)速度*（1+含水率）*（1+損失因子）*芯層的生產(chǎn)比例/2每一個(gè)鋪裝倉(cāng)會(huì)依據(jù)各自的設(shè)定值和總秤、分秤的反饋值做PID調(diào)節(jié)，由于其只有兩個(gè)秤做反饋，所以其積分時(shí)間需要比較久。在正常生產(chǎn)控制中，總秤和分秤的差值計(jì)算上下表層的實(shí)際值，總秤或者分秤的值控制上下芯層的實(shí)際值，這個(gè)PID計(jì)算相對(duì)于其他的PID計(jì)算來(lái)說(shuō)顯得更加模糊，因?yàn)樵诘谝粋�(gè)下表層的倉(cāng)出料到得到反饋有超過(guò)40米的長(zhǎng)度，所以其比例（P）值要非常小，積分值（I）要非常長(zhǎng)，而微分值（D）的變化要非常精確。表層的鋪裝倉(cāng)的速度計(jì)算（圖1）。芯層的鋪裝倉(cāng)的速度計(jì)算，它的計(jì)算可以依據(jù)總秤的重量計(jì)算，也可以依據(jù)分秤的重量計(jì)算，我們一般在生產(chǎn)中按照總秤的計(jì)算（圖2）。從以上的流程控制圖就可以看出四個(gè)鋪裝倉(cāng)的每一個(gè)出料皮帶的速度發(fā)生變化都會(huì)對(duì)總秤和分秤造成影響，所以要其控制的每一步都要格外嚴(yán)格，尤其是PID的比例，積分和微分的取值要經(jīng)過(guò)多次計(jì)算和核對(duì)，這樣才能保證其出料的平穩(wěn)性和連續(xù)性，才能保證最終重量的穩(wěn)定性。

3成型線皮帶的去皮重控制

成型線皮帶的去皮重控制又稱為BIC（BeltInfluenceControl）,那么這個(gè)控制的作用和目的是什么呢？如何實(shí)現(xiàn)和實(shí)施這個(gè)控制呢？一般來(lái)說(shuō)稱重傳感器在靜止的狀態(tài)下的稱重是非常準(zhǔn)確的，但是如果其安裝在運(yùn)動(dòng)的皮帶或者其他設(shè)備上的話，那么其重量必定會(huì)受到皮帶和設(shè)備的運(yùn)動(dòng)速度、機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力等的影響，那么PLC程序讀到的重量不一定能真實(shí)的反映出其實(shí)際重量，鑒于我們的控制精度要求，就需要用BIC控制，把在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的皮重去除，保證PLC程序讀到的重量和實(shí)際重量相同或在誤差范圍之內(nèi)。一般成型線的長(zhǎng)度在40多米，那么其皮帶總長(zhǎng)度在90米左右。BIC會(huì)依據(jù)控制的精度要求把90米的皮帶人為的分為5000-10000個(gè)點(diǎn)，工藝人員可以在上位機(jī)上設(shè)定具體所需要的點(diǎn)數(shù)，BIC會(huì)依據(jù)設(shè)定好的點(diǎn)數(shù)（N）、皮帶總長(zhǎng)度（L）以及皮帶運(yùn)行速度（V）計(jì)算出每一個(gè)點(diǎn)的記錄時(shí)間（T），T=L*V/N。BIC有兩個(gè)過(guò)程，第一個(gè)過(guò)程是放置固定的砝碼在成型線皮帶上，皮帶以固定的速度運(yùn)行，那么就可以得到計(jì)算的理想重量，PLC程序會(huì)依據(jù)BIC的記錄時(shí)間周期性地取值，并把這些取值減去理想重量，即為每一個(gè)記錄點(diǎn)的皮重，這個(gè)過(guò)程一般會(huì)進(jìn)行三次，取其平均值為初始計(jì)算的皮重。第二個(gè)過(guò)程是在第一個(gè)過(guò)程完成的前提下進(jìn)行，它需要把第一個(gè)過(guò)程放置的砝碼去掉后，PLC程序會(huì)依據(jù)BIC的記錄時(shí)間周期性地取值，這些取值即為每一個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的最終皮重。PLC會(huì)把這些最終的皮重應(yīng)用到BIC計(jì)算的每一個(gè)記錄點(diǎn)上，以保證最終讀到的重量是真實(shí)的重量。經(jīng)過(guò)這兩個(gè)過(guò)程得到的皮重已經(jīng)最大程序的避免了其他因素的干擾，計(jì)算的皮重也會(huì)相對(duì)的準(zhǔn)確，這樣也可以保證鋪裝系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于BIC的計(jì)算是連續(xù)的，那么就需要一個(gè)激活位，即每次激活這個(gè)位后就會(huì)重新開始新的BIC計(jì)算，這樣做的好處有幾個(gè)：一是可以避免連續(xù)計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性；二是便于PLC程序找到起始點(diǎn)；一般BIC會(huì)使用顏色傳感器作為激活信號(hào)，這樣可以避免誤信號(hào)的干擾。鋪裝倉(cāng)的電機(jī)參數(shù)的正確設(shè)定：鋪裝倉(cāng)的下料過(guò)程會(huì)經(jīng)過(guò)料耙電機(jī)，鼠籠電機(jī)群，下料輥等一系列設(shè)備，在下料過(guò)程中如果電機(jī)的速度、設(shè)備的角度等沒(méi)有正確設(shè)定，那么就會(huì)導(dǎo)致下料不均勻、料的形態(tài)受損以及堵料等情況，從而影響鋪裝系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。那么如何正確的設(shè)置這些電機(jī)的參數(shù)呢？一般來(lái)說(shuō)，這些電機(jī)都是由變頻器控制，工藝人員可以在上位機(jī)上修改所需要的電機(jī)速度。電機(jī)速度的確定需要在生產(chǎn)中觀察其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而定，一般分為三個(gè)部分。一是料耙電機(jī)設(shè)定。其作用是把多余的料向后撥回，保證其堆積密度變化不大，也可以避免太多的料落到鼠籠里面導(dǎo)致堵塞，一般料耙的高度設(shè)定大約在20cm左右，料耙的速度和出料的鋪裝倉(cāng)速度相同或者接近，具體高度也需要依據(jù)不同的生產(chǎn)線而確定，一般設(shè)定后就不需要經(jīng)常修改；二是鼠籠群電機(jī)的設(shè)定。其作用是把從鋪裝皮帶下來(lái)的料實(shí)現(xiàn)均勻的拋撒。對(duì)于它的設(shè)定首先要調(diào)整進(jìn)料擋板的角度，保證其進(jìn)料集中于鼠籠的中心；其次要依據(jù)生產(chǎn)原料的類型和膠水的種類調(diào)整鼠籠拋撒棍的速度，一般要先找到可以保證物料完整形態(tài)的最大速度，其設(shè)定速度會(huì)以此為依據(jù)而做細(xì)微調(diào)整；三是下料棍的速度設(shè)定。下料棍的作用是把從鼠籠出來(lái)的料按照電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向撥料，使下料更加的均勻。其速度的設(shè)定需要依據(jù)下料的均勻程序而定。通過(guò)鋪裝倉(cāng)電機(jī)參數(shù)的正確設(shè)定，可以在很大程序上提高鋪裝倉(cāng)下料的均勻性和穩(wěn)定性，其對(duì)鋪裝系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性也起到了很大的作用。

4表層氣流鋪裝機(jī)參數(shù)的正確設(shè)定

在四個(gè)鋪裝倉(cāng)的鋪裝系統(tǒng)中，上表層（SLT）和下表層（SLB）都采用氣流鋪裝的功能設(shè)備。所謂氣流鋪裝是指從鼠籠和下料棍出來(lái)的料通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)和抽風(fēng)機(jī)的平衡氣流作用進(jìn)行鋪裝，它的作用是可以最大限度的把表層料均勻的拋撒在成型線上，一方面可以保證板坯表面的平整度，另一方面也可以保證板坯的厚度。在氣流鋪裝機(jī)的參數(shù)設(shè)置中，主要要注意以下幾個(gè)方面：a.要注意鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量設(shè)定。工藝人員可以在上位機(jī)上設(shè)定鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，其設(shè)定的規(guī)律一般按照生產(chǎn)下料的量決定。鼓風(fēng)機(jī)如果風(fēng)量太大，那么就會(huì)把料吹的過(guò)于靠前而集中于鋪裝倉(cāng)的一邊，而如果風(fēng)量太小，那么就起不到氣流鋪裝的作用。一般工藝人員要依據(jù)不同的下料量嘗試不同的鼓風(fēng)風(fēng)量，并為每一個(gè)下料量都尋找到一個(gè)最佳的鼓風(fēng)風(fēng)量，其效果好壞可以依據(jù)最終的氣流鋪裝效果確定，一般設(shè)定好風(fēng)量參數(shù)后，即便修改不同的生產(chǎn)規(guī)格，不同的生產(chǎn)配方都無(wú)需修改；b.要注意抽風(fēng)機(jī)的風(fēng)量設(shè)定。抽風(fēng)機(jī)的作用是配合鼓風(fēng)機(jī)的鋪裝效果，由于表層料都為比較輕的細(xì)料，如果進(jìn)出口的風(fēng)量有偏差，那么就會(huì)導(dǎo)致表層料一直漂浮在空氣中而導(dǎo)致鋪裝受到比較大的影響。抽風(fēng)機(jī)有兩個(gè)風(fēng)門，一個(gè)為主風(fēng)門，另外一個(gè)是旁路風(fēng)門。主風(fēng)門會(huì)依據(jù)系統(tǒng)負(fù)壓設(shè)定做PID調(diào)節(jié)，負(fù)壓的設(shè)定一般在-0.8Bar左右，工藝人員會(huì)依據(jù)此做細(xì)微調(diào)整，調(diào)整的依據(jù)也是看最終鋪裝的效果而定。旁路風(fēng)門的調(diào)節(jié)是和鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的設(shè)定要配合，鼓風(fēng)機(jī)的每一個(gè)下料量的風(fēng)量設(shè)定都需要設(shè)定想對(duì)應(yīng)的抽風(fēng)機(jī)的旁路風(fēng)門開度，以保證氣流鋪裝的氣流穩(wěn)定和最終的鋪裝效果。氣流鋪裝機(jī)相對(duì)于之前的磚石棍鋪裝機(jī)來(lái)說(shuō)，鋪裝的均勻性、穩(wěn)定性都有了很大的提高，目前也開始應(yīng)用于比較多的生產(chǎn)線上，通過(guò)以上氣流鋪裝機(jī)的參數(shù)設(shè)置，可以比較好的控制其工作狀態(tài)，為鋪裝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行做好準(zhǔn)備。

5鋪裝機(jī)的震動(dòng)周期控制

在鋪裝機(jī)的下料過(guò)程中，由于需要經(jīng)過(guò)多次進(jìn)出料，有時(shí)候會(huì)有一些細(xì)料等粘附在鏈條或者料棍上，如果不能及時(shí)的清理這些物料，就會(huì)影響到鋪裝機(jī)的正常運(yùn)行，從而影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一般會(huì)在鋪裝機(jī)上安裝震動(dòng)電機(jī)，其震動(dòng)包括電機(jī)震動(dòng)和氣流震動(dòng)并通過(guò)這兩種震動(dòng)的配合達(dá)到最大程度清除粘附物的作用。在正常生產(chǎn)的時(shí)候震動(dòng)電機(jī)需要一直啟動(dòng)，而氣動(dòng)震動(dòng)需要依據(jù)生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況和膠水的類型選擇周期控制，其控制時(shí)間可以在上位機(jī)上設(shè)定，工藝人員需要對(duì)生產(chǎn)線做多次觀察后確定其周期時(shí)間，最大限度的減少鋪裝機(jī)的粘料。綜上所述，鋪裝系統(tǒng)的自動(dòng)化控制是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程控制，包含了比較多的開環(huán)閉環(huán)控制，每一個(gè)環(huán)節(jié)的誤差都會(huì)導(dǎo)致其最終結(jié)果的偏差。每一條生產(chǎn)線都有其特殊性和相通性，工藝人員需要在上述幾個(gè)方面多做觀察和記錄，找到對(duì)自身生產(chǎn)線最為合理的系統(tǒng)設(shè)置和自動(dòng)化控制。結(jié)束語(yǔ)我國(guó)是人造板大國(guó)，大部分生產(chǎn)線還不具備生產(chǎn)高端板的能力，無(wú)法達(dá)到鋪裝重量控制在0.5%之內(nèi)的范圍之內(nèi)，所以這個(gè)控制系統(tǒng)和參數(shù)設(shè)置具有比較廣泛的推廣意義，尤其是對(duì)于做高端板的生產(chǎn)線。正確的自動(dòng)化控制和參數(shù)設(shè)置可以提高其生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高成品板的品質(zhì)，尤其對(duì)于成品板的橫向縱向的重量、密度分布有很明顯的提高，也可以相對(duì)提升人造板行業(yè)的整體品質(zhì)。

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作者：崔海峰 單位：哥樂(lè)巴環(huán)保科技(上海)有限公司