如何應(yīng)對熱熔膠施膠不穩(wěn)定？

劉余飛 諾信（中國）有限公司

一次性衛(wèi)生用品生產(chǎn)商在使用傳統(tǒng)生產(chǎn)線時(shí)，長期受到熱熔膠施膠不穩(wěn)定的困擾，例如，生產(chǎn)線開機(jī)提速膠量不足、正式生產(chǎn)膠量不穩(wěn)定、停機(jī)降速膠量過多、產(chǎn)品局部涂膠不均勻，以及熱熔膠設(shè)備磨損老化無法監(jiān)測等因素而產(chǎn)生的廢品、次品、故障停機(jī)，嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)線的高效率運(yùn)行。諾信根據(jù)多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了傳統(tǒng)熱熔膠設(shè)備存在的嚴(yán)重問題，通常表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

◆ 生產(chǎn)線提速無膠或少膠（開機(jī)剔廢）；

◆ 熱熔膠輸送無法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測；

◆ 熱熔膠消耗數(shù)據(jù)無實(shí)時(shí)記錄（精益生產(chǎn)的需求）；

◆ 熱熔膠輸送發(fā)生異常時(shí)無報(bào)警提示；

◆ 產(chǎn)品橫向施膠不均勻（提高產(chǎn)品品質(zhì)的需求）；

◆ 設(shè)備磨損如噴頭閥針系統(tǒng)磨損無監(jiān)測（穩(wěn)定生產(chǎn)的需求）。

諾信一直以來致力于熱熔膠精確施膠且消耗量可控的研究，但是無論是傳統(tǒng)的膠機(jī)膠槍系統(tǒng)，還是精密計(jì)量的熱熔膠系統(tǒng)，它們在熱熔膠消耗量上都是開環(huán)的，也即對熱熔膠的消耗并沒有做實(shí)時(shí)反饋與補(bǔ)償。2011年，諾信成功推出了成套的TruFlow流量控制系統(tǒng)，很多客戶因此受益。為了讓更多的行業(yè)客戶認(rèn)識并進(jìn)一步了解這套系統(tǒng)，本文對此進(jìn)行比較全面的解析。

熱熔膠系統(tǒng)閉環(huán)控制包括兩大類，一類是對輸送膠量的精確閉環(huán)控制，一類是對設(shè)備本身工況的閉環(huán)控制，例如實(shí)時(shí)監(jiān)測與調(diào)整膠槍高速運(yùn)行的機(jī)構(gòu)磨損。

通俗而言，TruFlow流量控制系統(tǒng)就像家里安裝的水表，可以隨時(shí)查看實(shí)時(shí)的水消耗量，以及統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間的消耗總量。但是，僅知道實(shí)時(shí)的水消耗量，意義并不大，我們要通過這套實(shí)時(shí)計(jì)量系統(tǒng)來做精確的數(shù)據(jù)反饋與補(bǔ)償，膠量多了需要即刻降下來，少了則需要馬上補(bǔ)充，這就是行業(yè)里通稱的“閉環(huán)控制”技術(shù)。

圖1所示為閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理。整套流量閉環(huán)系統(tǒng)由流量計(jì)、信號反饋系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與運(yùn)算系統(tǒng)構(gòu)成。流量計(jì)用來測量實(shí)時(shí)的熱熔膠流量，它的功能和“水表”差不多，信號反饋系統(tǒng)是由計(jì)數(shù)編碼器與信號轉(zhuǎn)換器及信號電纜構(gòu)成，數(shù)據(jù)處理與運(yùn)算系統(tǒng)完全集成在熱熔膠機(jī)系統(tǒng)內(nèi)?？拷z槍端安裝的流量計(jì)會(huì)實(shí)時(shí)讀取熱熔膠膠量輸送的情況，并通過信號電纜反饋至熱熔膠機(jī)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對比與目標(biāo)膠量值的差異，根據(jù)軟件算法會(huì)產(chǎn)生0～10V不同的電壓來驅(qū)動(dòng)膠機(jī)的馬達(dá)，帶動(dòng)齒輪泵做快慢輸出，從而實(shí)現(xiàn)對熱熔膠膠量輸出的變量可調(diào)控制，也就是閉環(huán)控制。

圖1 熱熔膠閉環(huán)控制系統(tǒng)

由流量計(jì)采集到的數(shù)據(jù)反饋至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)后，該系統(tǒng)可以每隔125ms存儲(chǔ)一組流量值數(shù)據(jù)，最大支持1,440min的數(shù)據(jù)記錄周期。用戶可以將這些存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過SD卡導(dǎo)入到電腦中，使用常見的Office辦公軟件或者專業(yè)的MiniTab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)追溯和偏差分析，查找某一時(shí)刻膠量異常的數(shù)據(jù)。

諾信最新研發(fā)的StarterKit聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)，支持iOT物聯(lián)網(wǎng)的組建，用戶也可以通過生產(chǎn)線的PLC終端，實(shí)時(shí)讀取流量計(jì)的膠量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不光可以用來記錄和分析，甚至可以與產(chǎn)品剔廢系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)PLC終端檢測到實(shí)時(shí)膠量異常時(shí)，即刻剔廢。用戶不必在生產(chǎn)幾十萬片的次品之后才發(fā)現(xiàn)某粘接工位的局部噴嘴堵塞，真正做到熱熔膠輸送可控，出現(xiàn)異?？蓪?shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)然，熱熔膠機(jī)內(nèi)部集成的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)也可以允許用戶設(shè)定膠量輸出偏差的范圍，超過這一偏差設(shè)定值后自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)，甚至故障停機(jī)信號。

下面一組用戶數(shù)據(jù)顯示了傳統(tǒng)設(shè)備和流量計(jì)設(shè)備的工作結(jié)果差異，該數(shù)據(jù)是由熱熔膠機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，再經(jīng)過Excel表格軟件分析得來。

圖2 生產(chǎn)線膠量輸送情況

圖2為生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)記錄的數(shù)據(jù)，圖中的黑色折線代表了目標(biāo)膠量值，藍(lán)色曲線和紅色曲線分別代表了未安裝和安裝了閉環(huán)控制流量計(jì)系統(tǒng)時(shí)的膠量輸送情況。這組數(shù)據(jù)正好反映出當(dāng)前行業(yè)內(nèi)的熱熔膠輸送工況，傳統(tǒng)設(shè)備開機(jī)提速的時(shí)間段，膠槍基本上處于無膠的狀態(tài)，圖中顯示差不多足足等待了5min，膠量輸出才達(dá)到了目標(biāo)值。相反，一旦有流量計(jì)的介入，開機(jī)提速的瞬間膠量輸送基本也就正常了（紅線和黑線貼合代表輸出與目標(biāo)一致）。因此，流量計(jì)可以幫助生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)快速的膠量跟蹤，這得益于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的精確算法。在生產(chǎn)以及停機(jī)階段，該系統(tǒng)同樣可以做閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)膠量的無差別輸出。

在TruFlow流量控制產(chǎn)品構(gòu)成中，除了流量計(jì)，還包括TruFlow分流器和TruFlow膠槍。分流器在流量計(jì)的基礎(chǔ)上，增加了兩路熱熔膠系統(tǒng)等量輸出的功能。而TruFlow膠槍除了可以實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的功能外，還可以大幅度改善產(chǎn)品在材料橫向上的施膠精度，同等條件下用戶可以選擇更薄的材料，更低的施膠定量，改善產(chǎn)品質(zhì)量。下面是TruFlow膠槍可以帶給用戶的好處。

圖3 TruFlow計(jì)量膠槍

為了提高材料橫向施膠精度，在TruFlow膠槍的槍體上安放了一組規(guī)格相同的精密齒輪片，如圖4所示，多組齒輪片在膠槍內(nèi)部做精確的分流，保證供給噴頭的每一路膠量一致，而膠槍內(nèi)部的高精度編碼器可以更加精準(zhǔn)地傳遞膠量信號并反饋給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

圖4 精密齒輪片

實(shí)驗(yàn)室測試數(shù)據(jù)表明，在200mm的噴膠寬度上，傳統(tǒng)膠槍的橫向施膠精度偏差大約在10%～20%之間。同時(shí)，采用單喉管供膠的傳統(tǒng)膠槍往往存在材料中間區(qū)域膠量過大，而兩側(cè)區(qū)域膠量過小的偏差問題。因此也就限制了用戶使用更薄的材料和更低的施膠定量，膠量低了兩側(cè)粘接失效，膠量高了中間區(qū)域則出現(xiàn)熱熔膠反滲。而TruFlow膠槍則可輕松解決這一頑癥，無論是噴涂還是刮涂的應(yīng)用，同等條件下相比傳統(tǒng)膠槍它可以將橫向施膠精度誤差控制在5%以內(nèi)，因此帶來的是用戶成本節(jié)省和產(chǎn)品質(zhì)量提升，做到精益生產(chǎn)。

以上流量控制系統(tǒng)已經(jīng)可以解決開篇提到的傳統(tǒng)設(shè)備存在的膠量閉環(huán)控制的問題，針對設(shè)備本身工況監(jiān)測的閉環(huán)控制，諾信也有相應(yīng)的解決方案，即Optistroke閥針行程監(jiān)測與控制系統(tǒng)。

圖5 Optistroke閥針行程監(jiān)測與控制系統(tǒng)

這套系統(tǒng)的工作原理是采用光電傳感器監(jiān)測噴頭內(nèi)部的閥針運(yùn)行工況，專用的監(jiān)測軟件可以實(shí)時(shí)獲取閥針的運(yùn)行軌跡是否發(fā)生偏離。在經(jīng)過數(shù)月的生產(chǎn)后，閥針往往已經(jīng)因局部磨損而發(fā)生了位移，此時(shí)Optistroke系統(tǒng)便可感知到異常，并聯(lián)動(dòng)膠型控制器做相應(yīng)的開、關(guān)槍補(bǔ)償，保證熱熔膠在產(chǎn)品上不會(huì)發(fā)生前后移位，這一過程也稱之為閥針設(shè)備的閉環(huán)控制。當(dāng)閥針徹底磨損失效，Optistroke系統(tǒng)便即刻發(fā)出報(bào)警信號給生產(chǎn)線。因此，在高速運(yùn)行的設(shè)備上，這套系統(tǒng)可以減少因設(shè)備磨損而帶來的生產(chǎn)率下降，以及降低無法監(jiān)測的次品發(fā)生率，充分確保用戶做到精益生產(chǎn)。