Производство одноразовой посуды экструзионным процессом (стр. 5 из 11)

· извлечение из формы изделия со стабильными размерами.

В большинстве случаев необходима та или иная последующая обработка отформованного изделия, а именно:

· отделка (обрезка);

· сварка;

· соединение (склеивание);

· горячее запаивание;

· печать;

· металлизация.

Термоформование в настоящее время стало наиболее распространенным наименованием этого технологического процесса.

Рис. 9. Схема линии термоформорания.

3. Анализ структуры системы автоматизации

3.1 Общее управление процессом

В экструзионной промышленности все явственнее наблюдается тенденция к объединению различных контролирующих устройств под управлением одного общего устройства, осуществляющего полный контроль и управление всеми механизмами экструзионной линии. Следует отметить, что может быть реализовано множество ступеней контроля экструдера, находящихся в иерархической зависимости. Наиболее распространены устройства, объединяющие контроль температурного режима в различных зонах. Чаще всего в задачу таких систем входит поддержание заданных параметров расплава путём управлением нагревом первых двух или трёх зон, которые наиболее близки к зоне, где происходит плавление полимера. Изменение температуры в таких зонах осуществляется автоматически каскадной системой контроля. Однако таким образом можно осуществлять регулировку с довольно низкой скоростью, поскольку отклик зон рабочего объема на изменении температурных параметров происходит очень медленно. Также часто встречаются системы контроля давления, действие которых основано на плавном изменении скорости вращения шнека, чтобы поддержать постоянное давление расплава полимера.

Новейшие типы экструдеров часто оборудованы микропроцессорной системой, позволяющей осуществлять одновременный контроль и управление температурой и давлением расплава, а также толщиной и шириной экструдата и другими параметрами экструзии. Некоторые системы контроля могут быть объединены в систему общего управления производством. Например, они позволяют, кроме контроля экструдера, осуществлять также контроль систем, подготавливающих материал для загрузки в экструдер, параллельным экструдером при соэкструзии, приводом и температурой зубчатого насоса, системой контроля прочности и обрезания краев экструдата и многими другими параметрами.

3.2 Истинное полное управление процессом экструзии

При анализе литературы становится понятно, что истинно полный контроль экструзионным процессом на практике не достигается. Для того чтобы системы можно было назвать системой истинно полного контроля, она должна осуществлять контроль следующим образом: контролируемый процесс должен рассматриваться как система из многих переменных, взаимосвязь которых полностью известна и учитывается в системе контроля. Однако большинство микропроцессорных систем контроля, управляющих параметрами расплава полимера экструдата, более напоминают набор несвязанных обратных связей, каждая из которых регулирует только один параметр. Таким образом, подобное устройство является простым объединением нескольких регуляторов в одном корпусе без изменения их сути. Такие регуляторы могут обеспечить меньшую цену, но не обеспечивают улучшения адекватности контролируемой схемы.

Для построения системы истинно полного управления необходимо провести построение динамической модели процесса. При этом адекватность управления будет напрямую зависеть от точности построенной модели. Однако построение такой модели на практике составляет очень сложную задачу.

3.3 Функциональные возможности системы управления

Экструзионная линия предназначена для производства плёнки глубокой вытяжки. Технологическая схема типовой экструзионной линии показана на рис. 10.

Рис. 10. Линия для производства плёнок глубокой вытяжки.

1	Дозатор	9	Рама с валками доохлаждения
2	Экструдер	10	Пленочный накопитель
3	Соэкструзионный блок	11	Намотчик
4	Ситообменник	12	Устройство поперечной резки
5	Насос для расплава	13	Тянущий механизм
6	Система соэкструзии	14	Измерение толщины
7	Плоскощелевая головка	15	Агрегат термостатирования (не показан на рисунке)
8	Каландр	16	Устройство удаления кромок (не показано на рисунке)

К процессу предъявляются жёсткие требования по надёжности, вытекающие из того обстоятельства, что запущенная линия может быть остановлена только после завершения всей рабочей длины изготавливаемой пленки. Остановка на промежуточной длине недопустима по причине невозможности прерывистого управления расходом пластиката, поступающего из шнека.

Система управления линией должна решать следующие основные задачи:

•оперативный сбор информации о состоянии технологического процесса в виде цифровых и аналоговых сигналов (цифровыми, или дискретными сигналами в данном случае являются сигналы с кнопок и переключателей, индуктивных датчиков, а также сигналы готовности частотных регуляторов; аналоговые входные сигналы для экструзионных линий — это, как правило, сигналы термопар и датчиков давления);

•выдача управляющих воздействий функциональным узлам линии в цифровом и аналоговом виде (цифровые выходы системы служат для вывода дискретных сигналов управления реле, контакторами, частотными регуляторами, сигнальными приборами; через аналоговые выходы осуществляется управление заданиями частотных регуляторов исполнительных двигателей линии а также, мощностью нагревательных элементов);

•отображение на рабочем месте оператора рис. 11 информации, позволяющей ему не только вести слежение за технологическим процессом, но и оперативно вмешиваться в него (при этом система должна обеспечивать иерархию прав доступа к изменению параметров технологического процесса);

Рис. 11. Рабочее место изолировщика

•обеспечение безопасности и надёжности процесса посредством блокировки недопустимых ситуаций и выдачи аварийных сообщений (тревог);

•протоколирование в реальном времени параметров технологического процесса с последующей их обработкой и преобразованием в удобную для восприятия форму.

Кроме того, для всех экструзионных линий существуют общие технологические задачи, решение которых не обходится без систем управления:

•поддержание в заданных технологических пределах температур зон нагрева шнеков и валков;

•обеспечение целостности изготавливаемой пленки;

•поддержание точных геометрических размеров экструдата;

•контроль усилий, действующих на изделия в технологической линии;

•измерение длины изготавливаемой пленки.

Эти задачи во многом взаимосвязаны, поэтому более подробно рассмотрим только отдельные из них.

3.4 Наиболее важные параметры

Наиболее важными параметрами процесса экструзии являются давление и температура. Они наиболее точно показывают, насколько правильно функционирует экструдер. Именно датчики давления и температуры первыми откликаются на изменения в ходе процесса.

3.4.1 Контроль давления

Контроль давления расплава важен по двум основным причинам: контроль и наблюдение за технологическим процессом, а также с точки зрения техники безопасности. Давление в экструзионной головке определяет характеристики экструдата. Именно это давление необходимо для преодоления сопротивления, создаваемого потоку фильерой. Если входное давление непостоянно во времени, то также непостоянными окажутся геометрические размеры экструдата. Таким образом, следя за изменением давления, мы можем точно установить, является ли экструзионный процесс стабильным или нет.

Необходимость контроля давления также диктуется соображениями безопасности на производстве в целях предотвращения несчастных случаев от взрыва при возникновении избыточного давления. При развитии избыточного давления возможны разрыв цилиндра экструдера или головки. Оба явления очень опасны и ни в коем случае не следует допускать их возникновения. На всех экструдерах должны быть установлены устройства защиты от избыточного давления, такие как разрушающийся диск или срезной штифт на хомуте, удерживающем головку. Но даже при наличии подобных устройств экструдер следует оборудовать хотя бы одним датчиком давления, что позволит с большей вероятностью избежать критической ситуации, особенно в случае неисправности устройств защиты от избыточного давления. Давление может подниматься очень быстро, без каких-либо симптомов и вызвать катастрофические последствия.

Удачным решением является использование автоматического выключателя экструдера при достижении критического уровня давления. При измерении давления необходимо знать его средний уровень, но также важно, а в некоторых случаях и необходимо, фиксировать колебания давления во времени, поскольку обычно изменение размеров экструдата четко коррелирует с изменением давления. Обычно перепады давления имеют период менее секунды, поэтому следует использовать достаточно быстродействующие датчики.

3.4.2 Контроль температуры

Контроль температуры проводится в различных частях экструдера: по всей длине цилиндра, в расплаве полимера, а также в экструдате, при выходе из головки. Выбор метода измерения температуры зависит от положения и целей измерения.

Измерение температуры цилиндра экструдера.

Для управления нагревающими и охлаждающими элементами цилиндра экструдера необходимо знать аксиальный профиль температуры в цилиндре. Поскольку наибольший интерес представляет температура расплава, а не стенок цилиндра, температуру следует измерять как можно ближе к внутренней поверхности цилиндра экструдера.