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焦明立 （1971-）
男，河南人，工程師，畢業(yè)于撫順石油學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，從事儀表與自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)與專業(yè)技術(shù)管理工作。

摘要：本文從電氣控制、影響電暈強(qiáng)度及常見(jiàn)故障處理三個(gè)方面介紹了電暈在洛陽(yáng)石化BOPP薄膜生產(chǎn)線上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電極；逆變器；高頻變壓器；profibus總線

Abstract: The application of corona system of BOPP line in Luoyang Petrochemical factory is
 introduced in this paper, which mainly consists of electrical control, factors that 
influences the strength of corona and corona system troubleshooting.

Key words: Electrode; inverter; high frequency transformer; profibus

1 概述

    BOPP薄膜在應(yīng)用于食品、掛歷、畫(huà)冊(cè)、膠粘帶等時(shí)，往往需要進(jìn)行印刷、涂層、粘合等操作，由于聚丙烯材料本身的表面張力值相對(duì)偏低，僅為31達(dá)因（W*min/m2），而在應(yīng)用時(shí)，一般要求薄膜單面表面張力強(qiáng)度在38達(dá)因以上，因此，在生產(chǎn)BOPP薄膜時(shí)往往需要進(jìn)行表面處理，提高其表面張力，改善聚合物的粘接性和潤(rùn)濕性，以滿足行業(yè)使用的要求。常用的表面處理方式有兩種：一為電暈處理；另一為火焰處理。在洛陽(yáng)石化BOPP薄膜生產(chǎn)線上這兩套裝置都有。在實(shí)際應(yīng)用上，由于電暈處理簡(jiǎn)便易行，處理效果好，因此薄膜生產(chǎn)廠家基本上都采用這一方式，洛陽(yáng)石化聚丙烯有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱洛陽(yáng)石化）也是主要使用電暈處理。

    近年來(lái)，塑料包裝的大量應(yīng)用極大地促進(jìn)了薄膜加工技術(shù)的提高，電暈處理技術(shù)也向自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，成為影響薄膜產(chǎn)品質(zhì)量的重要裝置之一。電暈處理是一種電弧處理，主要由逆變器、高頻變壓器、電極和電暈輥等組成。它使承印物的表面具有更高的附著性。其原理是利用高頻率高電壓在被處理的塑料表面電暈放電(高頻交流電壓高達(dá)5000-15000V)，當(dāng)電壓通過(guò)2.5mm的空氣間隙時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生連續(xù)放電而產(chǎn)生低溫等離子體，離子電擊侵蝕薄膜表面產(chǎn)生游離基反應(yīng)而使聚合物發(fā)生交聯(lián)，使薄膜表面變粗糙，以致增加承印物表面的附著能力。另外為了排除所產(chǎn)生的臭氧及降溫，用抽風(fēng)風(fēng)機(jī)把電暈處理器附近的空氣往外排走以及在電暈輥內(nèi)部利用工藝水冷卻散熱。以下從影響電氣控制、電暈強(qiáng)度及常見(jiàn)故障處理三個(gè)方面介紹電暈在BOPP薄膜生產(chǎn)線上的應(yīng)用。

2 電氣控制系統(tǒng)

    洛陽(yáng)石化公司的電暈系統(tǒng)是引進(jìn)德國(guó)softal公司的專利技術(shù)。softal公司是世界專業(yè)制造電暈系統(tǒng)的公司之一，產(chǎn)品已大量應(yīng)用在許多bopp薄膜生產(chǎn)線上，由于它網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，電氣自動(dòng)化程度高，設(shè)備可靠性好等特點(diǎn)，了解它的工作過(guò)程對(duì)工程人員較好的發(fā)揮設(shè)備性能有很好的指導(dǎo)意義。

    電暈系統(tǒng)的電氣控制部分主要由控制柜，逆變柜，輸出高頻變壓器，電極組成?，F(xiàn)將各部分的功能簡(jiǎn)單介紹：

    （1）控制柜安裝有PLC控制器，電源濾波裝置，整流裝置和外圍控制單元。PLC控制器主要接收所有外控單元的信號(hào)來(lái)判斷是否具備電暈投入的條件，或在工作過(guò)程中根據(jù)外控單元傳遞的信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保證電暈系統(tǒng)可靠運(yùn)行。整流裝置是把濾過(guò)高頻諧波的的380V的交流電源轉(zhuǎn)換為（530V）的直流電源，為調(diào)制高頻電壓做準(zhǔn)備，外控設(shè)備包括有高頻變壓器冷卻風(fēng)機(jī)，臭氧排風(fēng)機(jī)及各種現(xiàn)場(chǎng)檢視元件如風(fēng)量開(kāi)關(guān)，零速傳感器，電極打開(kāi)（關(guān)閉）開(kāi)關(guān)等。

    （2）逆變柜其實(shí)就是一個(gè)大型的單向逆變器，通過(guò)柜內(nèi)電子控制單元將來(lái)自控制柜的直流電調(diào)制成（16~40 kHz）的高頻交流電，在送往現(xiàn)場(chǎng)的高頻變壓器。柜內(nèi)的PLC是控制柜PLC的擴(kuò)展，檢視逆變器的工作狀態(tài)。

    （3）高頻變壓器和電極是將調(diào)制好的高頻交流電升壓至10000V左右的高壓，經(jīng)電極通過(guò)薄膜對(duì)電暈輥放電，完成電暈的處理。

                                      圖1   電暈處理過(guò)程

    電暈控制是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，受現(xiàn)場(chǎng)很多條件制約。例如零速傳感器檢測(cè)到生產(chǎn)線的線速度達(dá)到（80m/min）時(shí)可以投用，風(fēng)量開(kāi)關(guān)完好正常，高頻變壓器溫度不超過(guò)設(shè)定值，電暈工位正確等等。最重要的是與操作員的操作水平有關(guān)，這是因?yàn)殡姇炏到y(tǒng)自動(dòng)化程度高，在具備開(kāi)車的條件下，所有電暈參數(shù)均由操作員來(lái)調(diào)整，參數(shù)的設(shè)定、調(diào)整與電暈正常可靠運(yùn)行有密切聯(lián)系。

    洛陽(yáng)石化公司的電暈系統(tǒng)由3套電暈發(fā)生器組成，每個(gè)電暈發(fā)生器的電極由一套獨(dú)立的電氣系統(tǒng)控制，在使用上根據(jù)工藝和產(chǎn)品的需要由操作員在監(jiān)控機(jī)或現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)來(lái)選擇投用電極的個(gè)數(shù)。所以在工作狀態(tài)中3套電暈發(fā)生器既獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)。電暈系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)和電氣控制兩部分構(gòu)成，以下是電暈系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接簡(jiǎn)圖。

                                    圖2   電暈系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接簡(jiǎn)圖

    從圖上可以看出電暈控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)是由profibus和asi兩種總線組成的，操作員有兩種操作方式。

    （1）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制臺(tái)本地控制。電暈系統(tǒng)啟、停指令通過(guò)asi總線到達(dá)生產(chǎn)線主PLC，主PLC根據(jù)指令的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成profibus總線協(xié)議的格式再送至相關(guān)電暈的PLC執(zhí)行，但各項(xiàng)電暈參數(shù)需要操作員在監(jiān)控機(jī)上完成。

    （2）通過(guò)監(jiān)控機(jī)遠(yuǎn)程控制。操作員將監(jiān)控機(jī)設(shè)定為遠(yuǎn)程控制，電暈系統(tǒng)的啟、停和各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定均在計(jì)算機(jī)上完成，通過(guò)以太網(wǎng)送往主PLC，主PLC將接收到的各種控制、命令信息再通過(guò)profibus總線送至相關(guān)電暈PLC進(jìn)行調(diào)整。

3 薄膜電暈處理強(qiáng)度的影響因素

    （1）薄膜電暈處理強(qiáng)度

    薄膜電暈處理強(qiáng)度單位為w*min/m2，即P/(L*V)。

    P：電暈發(fā)生器的功率w；L：電暈輥的長(zhǎng)度m；V：為生產(chǎn)線的速度m/mim。

    生產(chǎn)線一旦選型后電暈輥的長(zhǎng)度L就已固定，因此要獲得薄膜電暈處理強(qiáng)度就要根據(jù)生產(chǎn)線速度的變化來(lái)調(diào)節(jié)電暈發(fā)生器的功率，通過(guò)調(diào)節(jié)電暈處理的電極電壓來(lái)改變電暈發(fā)生器的功率，要隨著生產(chǎn)線速度的變化作出相應(yīng)的調(diào)整，隨著生產(chǎn)線速度的增大而增大。

    （2）電極類型 

    電暈處理的效果與電極的設(shè)計(jì)有較大關(guān)系。設(shè)備上采用單電極或雙電極方式在處理效果上有一定的差別，雙電極比較于單電極有幾方面優(yōu)點(diǎn)：能產(chǎn)生更高處理值，耗能更低；能減少儲(chǔ)存時(shí)表面張力的下降；減少薄膜在電暈處理過(guò)程中的受熱；減少表面感應(yīng)的靜電。 

    （3）薄膜溫度 

    BOPP是擠出厚片經(jīng)激冷后，再經(jīng)縱、橫二個(gè)方向拉伸后所制得的薄膜，在進(jìn)入牽引單元后，通過(guò)冷卻、切邊、測(cè)厚、預(yù)熱等工序，然后再進(jìn)行電暈處理。這時(shí)薄膜的溫度對(duì)電暈處理的效果有直接的影響，而薄膜溫度則主要由預(yù)熱輥的設(shè)定溫度進(jìn)行控制，薄膜溫度控制在40℃~60℃之間更有利于電暈的處理，隨著薄膜溫度的升高，薄膜的表面處理達(dá)因值也同時(shí)升高。通過(guò)預(yù)熱輥的設(shè)定溫度來(lái)調(diào)整薄膜的表面處理達(dá)因值，是在工藝控制中經(jīng)常采用的有效方法之一。

    （4）電極排風(fēng)量

    在電暈處理過(guò)程中，隨著空氣離子化，會(huì)產(chǎn)生等離子體，其中包含有電子、氧離子、臭氧等，等離子體會(huì)滲透薄膜，破壞其它化學(xué)鍵，激發(fā)自由游離基，與氧氣離子起作用成氧化極化基，這些基團(tuán)會(huì)對(duì)薄膜的表面潤(rùn)濕特性產(chǎn)生影響。從另一方面來(lái)說(shuō)，等離子體在薄膜表面的濃度會(huì)直接影響電暈處理的效果。一般而言，電極排風(fēng)閥門(mén)的開(kāi)啟度越大，薄膜的表面處理達(dá)因值會(huì)越??；反之，電極排風(fēng)閥門(mén)的開(kāi)啟度越小，薄膜的表面處理達(dá)因值會(huì)越大。

    （5）表面材料 

    BOPP薄膜在生產(chǎn)后還會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化，在幾天內(nèi)，聚合物由無(wú)定形變化成晶體形，從而影響電暈處理的效果。處理強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間的推移先是逐步下降，最后漸漸保持穩(wěn)定。電暈處理的消減幅度與貯存溫度有關(guān)，溫度越高，消減幅度越快。電暈處理除了可以改變薄膜的表面達(dá)因值外，還會(huì)影響薄膜的摩擦系數(shù)、收縮率和熱封強(qiáng)度等方面的物理性能。

4 常見(jiàn)故障處理

    由以上介紹可知電暈系統(tǒng)是BOPP生產(chǎn)線中重要的裝置之一，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)直接影響到薄膜的產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)他的維護(hù)就顯得尤為重要。由于系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較高，PLC控制器、逆變器和高頻變壓器的故障率是較低的，影響電暈系統(tǒng)工作的因素主要是以下幾個(gè)方面。

    （1）網(wǎng)絡(luò)影響

    電暈系統(tǒng)的PLC是通過(guò)PROFIBUS和ASI兩種現(xiàn)場(chǎng)總線與生產(chǎn)線的主PLC的以太網(wǎng)相連，系統(tǒng)的各種控制、命令信息要實(shí)時(shí)的與主PLC保持暢通，所以要保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的可靠性。對(duì)PROFIBUS總線要重點(diǎn)檢查端子是否連接牢固，屏蔽是否可靠，周圍是否有強(qiáng)磁場(chǎng)干擾。ASI總線要定期檢查相關(guān)ASI控制器的狀態(tài)是否正常，控制器電源電壓在正常范圍，接線無(wú)松動(dòng)。

    （2）電氣影響

    引發(fā)電暈系統(tǒng)電氣控制不能正常工作主要是一些外圍電氣元器件造成的。任一外圍元器件的故障都會(huì)造成電氣聯(lián)鎖。在日常維護(hù)中應(yīng)重點(diǎn)檢查排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量開(kāi)關(guān)，電極架行程開(kāi)關(guān)，電氣檢修開(kāi)關(guān)是否完好無(wú)損，逆變器柜和高頻變壓器通風(fēng)散熱是否良好（在其內(nèi)部都有一個(gè)溫控器來(lái)控制其溫度不超過(guò)設(shè)定保護(hù)值），現(xiàn)場(chǎng)啟停按扭接線牢固無(wú)松動(dòng)。

    （3）機(jī)械影響

    電暈系統(tǒng)的機(jī)械部件相對(duì)較簡(jiǎn)單，主要檢查電極間隙在規(guī)定的（2~2.5mm）范圍內(nèi)，電極極板無(wú)形變脫落，支撐架螺絲不松動(dòng)，電極的支承氣缸潤(rùn)滑良好無(wú)漏氣。

    （4）環(huán)境影響

    由于電暈系統(tǒng)是靠放出高頻高壓來(lái)工作的，高頻高壓對(duì)周圍環(huán)境將產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電，靜電將吸附大量的灰塵在電極極板和極板絕緣子上，這些灰塵如果不定期清掃，會(huì)形成導(dǎo)電體，高頻電壓就不能正常電離空氣反而會(huì)造成對(duì)地放電，致使電暈系統(tǒng)不能投入。另外陰冷潮濕空氣易形成的凝結(jié)水同樣會(huì)導(dǎo)電造成電暈系統(tǒng)不能正常工作。所以保證電暈系統(tǒng)的清潔干燥是減少故障發(fā)生的一種有效途徑。

5 結(jié)論

    綜上所述，電暈系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)取決于很多因素的影響。最主要的因素是：電暈參數(shù)的調(diào)整、電暈設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境的影響。減少影響電暈運(yùn)行的因素，就能最大程度的發(fā)揮設(shè)備的性能，提高薄膜的品質(zhì)和優(yōu)級(jí)品率，增加良好的經(jīng)濟(jì)效益。

    其他作者：郭莉，女，河南人， 助理工程師，2003年畢業(yè)于重慶通信學(xué)院計(jì)算機(jī)專業(yè)，現(xiàn)從事儀表技術(shù)管理工作。