李子平，李 浩，林洁波

（广东金明精机股份有限公司，广东汕头 515098）

0 引言

农膜行业近几年发展速度较快，多层共挤成型、涂覆等装备技术水平和新产品开发取得突破性进展，装备结构从三层发展到五层共挤，主要性能达到国际先进水平。高性能功能膜的研发打破了国外垄断，已经接近或达到世界先进水平[1]。但在生产模式上仍以粗放型为主，对生产流程缺乏高效管理，信息化程度普遍较低，目前生产设备大部分属于自动化阶段，数字化应用较少，缺乏有效的信息化管理。生产效率和资源利用率低、产品不良品率较高，距离数字化、信息化的要求还存在很大的差距。

随着中国制造2025的国家战略实施，农用塑料薄膜的市场需求会不断上升。各种新材料、新设备和新工艺不断涌现，将促使农膜朝着品种多样化、专用化以及具备多功能的复合膜方向发展。产品的分类越来越细，功能化、多样化、小批量、多品种将是行业的生产方式发展趋势[2]。

应用信息化、数字化技术适应农膜市场变化的需求，提升企业的设计、生产、管理等水平，提高生产效率和产品质量，提升行业快速响应市场定制化需求的能力，对促进农膜产业技术升级和持续发展具有积极作用。

1 系统实施架构

数字化技术应用基础是生产过程运行工况的数字化以及数据的传输，其中实现设备联网是数字化、信息化的关键环节。要实现数字化，首先设备必须有较好的自动化基础，能实现主要运行参数数字化，其次是设备上必须设计有数字接口和统一的通讯数据格式，实现设备运行参数和数据的连接、采集、记录，将数据传输到管控中心，在此基础上才能实施数字化应用[3]。目前，数字化技术在农膜行业应用目前主要有以下几个方面：

（1）实现实时过程数据和工艺数据采集、记录、分析，为生产运营提供有效的数据来源；

（2）建立生产SCADA系统，用于车间生产流程的监控，实现生产线数据采集、记录、管控、报警及故障等信息的实时显示及历史查询功能；

（3）实现产品质量在线控制，生产过程中对薄膜厚度、薄膜均匀度等关键过程参数进行在线检测和记录，提高制造过程中对制品的自动化检测水平，为运行管理和质量管控收集数据；

（4）建立自动化原材料配送系统，实现自动化配送，将原料配送系统与设备控制系统结合，可有效提高生产流程中材料供应环节的效率，降低运营成本；

（5）通过能耗数据采集，建立能耗监控系统，对生产过程主要单位能耗进行监控，建立不同状态下对应的能耗关系，优化产品工艺，降低能耗；

（6）设备控制系统与制造执行系统（MES）无缝连接，实现先进的生产运行管理，包括生产计划与调度、物流管控、质量管控、设备运行状态监视、性能分析、生产跟踪与追溯、生产数据收集等。

2 各部分功能设计

数字化技术在农膜生产上的应用主要是将现有各部分功能通过网络系统连接在一起，建立统一的数据通讯格式，实现数据互联互通，在此基础上进行数字化应用开发，提高农膜的生产效益。

2.1 生产线SCADA监控

生产线SCADA监控是数字化应用的主要表现，将生产设备的可编程控制器、驱动器、传感器等现场设备利用通讯网络将数据连接到采集平台，通过SCADA系统进行展示，实现生产流程可视化远程监控，生产过程数据的实时采集和历史数据存储、报警与诊断等功能[4]。

SCADA生产监控系统实现基础监控软件和通讯接口的连接，将不同控制器的通讯协议连接或转换到同一平台上，实现各控制器与控制系统之间的数据交换，监控系统主要完成以下功能：

（1）实现对生产线、运行设备数据采集和管控(图1)；

（2）生产线运行状态监视，集中监视生产线主要设备的状态：运行、停止、故障等；

（3）显示生产线产品类型、批号、型号、数量等，在线数量和下线数量，实时展示目标产量与实际产量；

（4）故障及报警信息的实时显示及历史数据查询功能。

图1 运行数据监控

2.2 产品质量监控及控制

农膜生产过程主要的产品参数是厚度和宽度，生产设备如能将数据连接传输到平台上，就能实现产品在线质量监控和反馈。在线厚度检测及自动控制技术前几年在行业上已经有应用[5]，控制技术包括在线检测、工艺控制算法、驱动系统等，如何利用在线厚度控制实现产品质量检测和控制是数字化农膜生产过程的重要环节。

项目研发的厚度控制系统将检测到薄膜厚度信号分两部分，一部分用于控制，及时对产品进行调整，将厚度采集与挤出系统结合，实现产品自动切换功能，简化生产工艺，节约规格更换材料损耗。另一部分数据传输到监控系统，监控系统按产品生产时间单位对厚薄变化进行统计，分析出不同时间段生产的薄膜质量，作为产品质量控制的依据，实现产品质量可追溯性。膜泡宽度质量控制与厚度相同，通过厚度和宽度的在线检查和反馈，有效控制产品质量，提高生产合格率[6-7]。

2.3 原料配送系统

原料配送系统主要由原料仓、输送管道、控制阀、真空泵组成，实现原料从材料仓自动输送到设备挤出机，减少人工。原料配送系统生产过程中与控制系统结合，根据订单需求形成的原料清单等信息，系统将原料输送到配料装置，配料装置根据不同材料配比进行混合，混合完成的原料通过输送管道输送到不同的挤出机储料筒上，实现原材料供应全自动化配送流程。原料配送系统通过与生产管理系统的链接，将大幅减轻劳动强度，确保原料配送的准确率[8]。

2.4 远程诊断服务

数字化设备通过网络接口可实现远程诊断及维护。通常生产设备不能直接连上以太网，设计过程中通过VNP等方式实现远程设备连接，打通连接链路，实现远程数据采集与诊断功能，使设备制造商能随时对装备进行故障诊断和排除[9]。

2.5 设备管理

数字化技术在设备维护维保以及设备管理上发挥重要的作用，可提供有效的设备的运行、维护、保养管理，确保生产正常运行。

（1）设备运行状态监控，记录统计运行时间、运行状态；

（2）通过数据记录可实现设备停机管理，分析造成设备停机的各种原因和频率，减少设备异常停机，对工艺停机、物料停机、能源停机、机械故障、电气故障等进行分析处理；

（3）设备效率计算，各产线效率对比，产品合格率、废品率产量统计生产周期统计；

（4）设备维护：日常保养计划，使用寿命记录、参数和精度管理。

2.6 生产报表及信息跟踪查询

数字化技术可有效满足生产的可追溯要求，将采集到生产信息、产品名称、日期、批次、指令号、人员信息等进行存储，便于可追溯控制。通过SCADA系统，实时跟踪生产单名称、生产进度、产品规格、统计信息等内容，也可以按生产日期、生产订单、产品名称等方式进行查询等，通过数据汇总，可生成车间、机台的生产绩效、物料消耗、质量管理等各类不同时间的报表及批次，更好地服务于生产。

3 结束语

数字化技术应用有效提高农膜生产效益，国内企业已经开始实施，企业生产效率提高20%，原材料节约5%以上，取得良好效果。数字化技术实现产品生产的全数字化管理，生产流程可视化、质量管理透明化、在线检测数字化和工艺可持续改近。提高产品质量、能源利用率，降低运营成本，进一步延伸和发展将是数字化车间和智能化生产流程控制，有利于行业的技术升和生产模式的升级换代。