Система контроля веса дозатора при экструзии пластмасс: Как это работает и почему это важно

При экструзии пластмасс вес готовой продукции на метр является одним из самых прямых показателей качества и эффективности использования материала. Слишком тяжелая труба или профиль тратит сырье на каждый метр продукции. Слишком легкая труба рискует не соответствовать спецификациям по размерам или давлению - и, как следствие, получить отказ заказчика.

Система контроля массы материала решает эту проблему, измеряя количество материала, подаваемого в экструдер в режиме реального времени, и автоматически регулируя его. экструзионная линия для поддержания стабильной производительности. На линиях по производству жестких труб и профилей это не является дополнительной функцией для высокоточных линий - это стандартная практика для хорошо настроенного производственного оборудования.

Что такое система весового контроля?

Система весового контроля - это гравиметрическая система управления, которая контролирует и регулирует скорость подачи материала в экструдер для поддержания заданного веса на единицу длины готового продукта.

В наиболее распространенной реализации используется бункер для потери веса: весь бункер с материалом устанавливается на тензодатчики (датчики взвешивания), и система непрерывно измеряет скорость уменьшения веса бункера. ¹ Этот показатель потери веса напрямую отражает количество материала, подаваемого в экструдер в единицу времени. Сравнивая этот показатель со скоростью линии (измеряемой на отводе), система рассчитывает фактический вес одного метра продукции и регулирует скорость вращения шнека или скорость отвода для поддержания заданного значения.

Такой подход требует наличия специального весового бункера, физически изолированного от экструдера - любая вибрация или механический контакт между бункером и рамой машины будут мешать измерению веса.

Основные компоненты

Типичная система контроля веса с помощью весоизмерительных приборов включает в себя:

• Весовой бункер с тензодатчиками - Бункер установлен на высокоточных тензодатчиках, изолированных от рамы экструдера, поэтому система может измерять расход материала в режиме реального времени
• Датчик частоты вращения - измеряет фактическую скорость линии, используется для расчета количества метров, произведенных за единицу времени
• Блок управления - сравнивает фактический вес на метр с заданным и выдает команды коррекции
• Интерфейс скорости экструдера - позволяет контроллеру автоматически регулировать число оборотов шнека или скорость перетаскивания для поддержания заданного значения

Физическая изоляция бункера имеет решающее значение. Если бункер соприкасается с любой вибрирующей частью машины, показания тензодатчика становятся ненадежными, и система не может работать точно.

Как это работает

Контур управления работает непрерывно во время производства:

1. Тензодатчики измеряют вес бункера через определенный интервал времени.
2. Система рассчитывает скорость снижения веса (граммы в секунду израсходованного материала)
3. Кодирующее устройство сообщает текущую скорость линии (метров в минуту)
4. Контроллер делит расход материала на скорость линии, чтобы рассчитать текущий вес на метр
5. Если результат отклоняется от заданного, контроллер регулирует скорость вращения шнека, скорость транспортировки или оба параметра, чтобы исправить ситуацию.
6. Цикл повторяется непрерывно, поддерживая выходной сигнал в пределах заданного диапазона допусков

Благодаря такому замкнутому циклу система реагирует на реальное поведение материала, включая изменение насыпной плотности, содержания влаги и характеристик корма, а не полагается на заданные параметры скорости вращения шнека, которые предполагают неизменные свойства материала.

Почему это важно

Перерасход материалов увеличивается в масштабах. Если в производственном цикле запланирована производительность 500 г/м, но линия постоянно производит 520 г/м из-за дрейфа ручной калибровки, это превышение 4% представляет собой значительные затраты на сырье в течение всей смены или производственной кампании. Система весового дозирования удерживает производительность на заданном уровне и предотвращает систематическое перекармливание ².

Ручная регулировка не позволяет поддерживать жесткие допуски на протяжении всего цикла. Оператор может набрать вес на метр в начале работы, но температура материала, износ шнека, изменение подачи и окружающие условия меняются в течение дня. Без автоматической обратной связи процесс дрейфует. Гравиметрическая система корректирует процесс непрерывно.

Отходы при запуске - это реальные затраты на каждом производстве. На линиях с ручным управлением операторы тратят время в начале каждого цикла на постепенную настройку для стабилизации веса на метр, пропуская некондиционный материал до тех пор, пока линия не будет настроена. Система снижения веса автоматически нацеливается на заданное значение с момента начала производства, сокращая этот период настройки и уменьшая объем некондиционного материала, произведенного до того, как линия выйдет на стабильный режим работы. Это одна из основных причин, по которой производители жестких труб и профилей включают эту систему в стандартное оборудование.

Соответствие размеров - это спецификация заказчика, а не руководство к действию. Толщина стенки трубы и размеры поперечного сечения профиля - это заданные допуски, а не цели. Постоянный вес на метр - это переменная, которая управляет обоими параметрами.

Влияние на реальный мир

На производственных линиях, оснащенных системой контроля веса:

• Вес на метр поддерживается в пределах установленного диапазона допусков на протяжении всей работы, а не только при запуске
• Расход материалов предсказуем - Производственные команды могут рассчитать фактическое использование материалов в сравнении с запланированным объемом производства и выявить отклонения в технологическом процессе на ранней стадии
• Сокращение отходов при запуске - Система автоматически переходит на заданный вес на метр с момента начала производства, что сокращает время ручной настройки и уменьшает количество некондиционного материала, требуемого для ручного управления
• Снижается количество брака, вызванного завышенными или заниженными характеристиками продукции - система выявляет отклонения до того, как они накапливаются в забракованную партию

Величина улучшения зависит от исходного процесса и типа материала, но главная ценность - это последовательность: система обеспечивает соответствие процесса определенному стандарту на протяжении всей производственной кампании.

Приложения

Экструзия жестких труб и профилей - это основные области применения систем контроля веса измерительных приборов, и именно поэтому компания Jinxin включает их в стандартную комплектацию этих линий.

На сайте производство жестких труб (ПВХ, ПЭВП, ПП и аналогичные материалы), допуски на толщину стенок часто задаются в пределах ±0,1 мм или более. Любое отклонение в скорости подачи материала напрямую приводит к несоответствию размеров, что может означать неудачные испытания под давлением, бракованные партии или дорогостоящую доработку. ³ Система потери веса поддерживает стабильную скорость подачи независимо от изменения плотности сыпучих материалов в бункере, поддерживая выходной вес на метр в постоянном диапазоне на протяжении всего цикла. ⁴.

Экструзия профилей сталкивается с той же проблемой, но с дополнительной сложностью: неравномерное поперечное сечение означает, что небольшие колебания потока создают видимые дефекты поверхности или слабые места в структуре. Поддержание постоянной гравиметрической скорости подачи обеспечивает штампу стабильную подачу расплава для работы.

Кабельная оболочка и другие виды непрерывной экструзии также могут извлечь выгоду из контроля веса измерительного прибора, где существуют строгие допуски на размеры, хотя система обеспечивает наиболее ощутимую ценность при производстве жестких конструкционных изделий, где толщина стенки напрямую определяет механические характеристики.

В каких случаях имеет смысл использовать систему весового контроля?

Не каждая экструзионная линия нуждается в системе подачи материала с потерей веса. Правильный вопрос заключается не в том, “нужно ли мне ее устанавливать?” - а “что на самом деле требуется в производственных условиях?”.”

Система весового контроля обеспечивает четкую выгоду, когда:

• Допуски на размеры очень жесткие. Если спецификация труб или профилей требует толщины стенок в пределах ±0,1-0,2 мм, ручную регулировку скорости подачи трудно поддерживать в течение всей смены. Гравиметрическая система устраняет человеческий фактор.
• Стоимость материалов высока. Инженерные смолы, специальные компаунды и наполнители стоят дорого. Даже небольшое превышение нормы подачи приводит к увеличению объема производства. Система весовых дозаторов позволяет приближаться к минимальным характеристикам стенки, не рискуя получить некачественный продукт.
• Отходы на старте - это постоянные расходы. На линиях с ручным управлением операторы тратят время в начале каждого цикла на регулировку скорости шнека и перетяжку, чтобы стабилизировать производительность. Система потери веса автоматически нацеливается на заданный вес на метр с самого начала, сокращая период регулировки и уменьшая количество материала нестандартного качества, произведенного до стабилизации линии.
• Вы проводите длительные и последовательные производственные кампании. Система быстрее окупается при длительной работе с одним и тем же продуктом, когда небольшое повышение эффективности со временем увеличивается.

Для линий с короткими пробными партиями, сильно меняющимся составом продукции или некритичными размерными характеристиками дополнительная сложность может быть неоправданной.

Заключение

Система контроля веса метра решает конкретную задачу: автоматическое поддержание стабильного веса экструдированного продукта на метр в течение всего производственного цикла. На линиях по производству жестких труб и профилей, где допуски на толщину стенок жесткие, стоимость материалов реальная, а отходы при запуске в каждой смене возрастают, это не является расширенной функцией. Это базовый уровень для ведения хорошо контролируемого процесса.

Подход с учетом потерь в весе, при котором бункер устанавливается на тензодатчики и изолируется от рамы экструдера, является стандартным для отрасли. Он измеряет то, что действительно важно - количество потребляемого материала - и использует эти данные для поддержания процесса в соответствии со спецификацией.

Ссылки:

1. Coperion K-Tron - Кормораздатчик с потерей веса: как создать идеальный продукт
   https://coperion.com/en/news-media/newsletter/2016/food-in-focus-edition-07/loss-in-weight-feeder-how-to-create-your-perfect-product
2. Coperion - гравиметрические и объемные питатели
   https://fhn.coperion.com/process/gravimetric-volumetric-feeders/
3. DRTS - Важность гравиметрической системы подачи в экструзии
   https://drts.com/the-importance-of-a-gravimetric-feeder-system-in-extrusion/
4. ISO 161-1 - Трубы из термопластов: Номинальные наружные диаметры и номинальные давления
   https://www.iso.org/obp/ui/en/#!iso:std:65253:en