季錚越(泰興湯臣亞克力有限公司項目部,江蘇泰州 225442)

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PLC在PMMA厚板成型的應用

季錚越
(泰興湯臣亞克力有限公司項目部,江蘇泰州 225442)

【摘 要】傳統(tǒng)的PMMA厚板連續(xù)澆鑄成型工藝,以人工(原臺灣生產(chǎn)線)和凸輪編碼器(美國生產(chǎn)線)控制,都屬于開環(huán)控制,不但生產(chǎn)效率較低,而且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。在傳感技術(shù)和信息技術(shù)高速發(fā)展的今天,我公司摸索出了一套基于PLC控制的PMMA厚板連續(xù)澆鑄成型方案,并以該方案為基礎(chǔ)形成實際生產(chǎn)力,大大提高了生產(chǎn)效率、質(zhì)量一致性和能源利用率。

【關(guān)鍵詞】PLC PMMA 厚板成型 連續(xù)澆鑄

PMMA厚板連續(xù)澆鑄一直處于經(jīng)驗摸索階段，靠產(chǎn)品配方和生產(chǎn)工藝的不斷調(diào)整和試驗，以達到PMMA的聚合成型的目的。

在臺灣，PMMA厚板連續(xù)澆鑄生產(chǎn)線只能靠少數(shù)有經(jīng)驗的老技師通過不斷實踐摸索出的配方和工藝流程實施，生產(chǎn)規(guī)模受限制，產(chǎn)品質(zhì)量也不可控，因此該工藝上世紀就被淘汰；而在美國，PMMA厚板連續(xù)澆鑄引入了順序控制概念，由凸輪編碼器執(zhí)行固化的時間順序程序，同時固化的配方和嚴格的工藝流程使規(guī)?；a(chǎn)成為可能，但產(chǎn)品報廢率仍居高不下。盡管如此，美國的連續(xù)澆鑄工藝至今仍延續(xù)下來并且還是可證的全球少數(shù)幾個仍在生產(chǎn)的連續(xù)澆鑄生產(chǎn)線。

我司在經(jīng)過充分的調(diào)研論證后決定以自身技術(shù)力量實現(xiàn)該工藝的本土化。在PMMA厚板澆鑄方面我司已積累了不少經(jīng)驗，對于厚板連續(xù)澆鑄工藝的基本思路就是將原先在不同工位執(zhí)行的不同工步集成到單工位(設(shè)備)上并進行優(yōu)化，而該工位的所有工序由設(shè)備控制系統(tǒng)提供。新工藝(系統(tǒng)流程)原先并不確定而且必須持續(xù)改進，我司單工位連續(xù)澆鑄系統(tǒng)必需一臺大腦(控制系統(tǒng)CPU)。PLC(可編程控制器)由于其出色的抗干擾性能和人機交互性遂成為我司PMMA厚板連續(xù)澆鑄機的大腦。

1 PLC控制的應用主要為了解決以下五個方面的問題

1.1 壓力控制

壓力控制其實分為兩個方面：

(1)動力系統(tǒng)壓力控制：厚板連續(xù)澆鑄機的不同工序壓力不等，尤其工進壓力在PMMA聚合劇烈程度不同的各個階段對PMMA厚板產(chǎn)品的厚度偏差和一致性影響很大。所以厚板連續(xù)澆鑄機合模壓力是不斷變化的，而且厚板澆鑄生產(chǎn)周期較長，澆鑄機壓力必需階段性保壓(節(jié)能和保護設(shè)備)。盡管澆鑄機液壓站采用的賀德克壓力傳感器可以完成簡單的程序控制，相對于厚板澆鑄工藝對壓模壓力的復雜要求其程控選項仍略顯不足。因此，PLC的引入使?jié)茶T機壓力復雜變化的程序控制得以實現(xiàn)，當然數(shù)字化壓力傳感器的應用是PLC使用的基本條件。

(2)熱交換系統(tǒng)壓力控制：厚板連續(xù)澆鑄機除了使用恒壓的水循環(huán)熱交換系統(tǒng)外，還使用了蒸氣加熱系統(tǒng)(美國使用的是高溫高壓熱水)。由于蒸氣介質(zhì)本身溫度隨壓力變化和汽化熱遠大于比熱的特性，在熱循環(huán)系統(tǒng)通過蒸氣加熱時，系統(tǒng)內(nèi)蒸汽壓力必須保證在一定范圍內(nèi)才能確保蒸氣溫度的穩(wěn)定性。PLC通過對壓力和溫度的研判，發(fā)指令遠程控制疏水器閥和排空閥的啟閉以保證系統(tǒng)內(nèi)蒸氣壓力范圍和冷凝水及時排出。

1.2 溫度控制

(1)水溫控制：熱交換系統(tǒng)大部分工序的熱媒都是恒溫水(不同工序溫度不同)，PLC應用了溫度模塊和溫敏元件后通過對儲水箱的加熱(通蒸氣)和冷卻(通冷卻水)基本保證加熱水溫達到目標值±1℃的浮動范圍(熱對流及傳感器布置在設(shè)備設(shè)計時計算)。

(2)蒸汽溫度控制：熱交換系統(tǒng)進入蒸氣工序，PLC根據(jù)系統(tǒng)要求溫度目標值和系統(tǒng)內(nèi)蒸氣溫度測量值控制系統(tǒng)主蒸汽閥開閉以保持熱交換系統(tǒng)溫度基本恒定。同時由于水巨大的汽化熱，PLC也對疏水器閥(排冷凝水)和排空閥(多余的高溫高壓蒸氣下下水道)進行控制。

(3)冷卻水溫度控制：為避免設(shè)備溫度劇變和遵循工藝要求，熱交換系統(tǒng)冷卻工序分為空冷、熱水和冷卻水三個階段：PLC根據(jù)傳感器探得的溫度與100℃、80℃和60℃比較，決定程序進程。

1.3 時間控制

時間控制亦即順序控制是PLC的專長領(lǐng)域(凸輪編碼器等傳統(tǒng)控制器的基本控制思想)。PLC根據(jù)工藝流程堅定不移地嚴格執(zhí)行程序，保證了連續(xù)澆鑄工藝的嚴肅性和可重復性。

1.4 系統(tǒng)切換

(1)報警切換：為了保證厚板澆鑄工藝的萬無一失，連續(xù)澆鑄機的動力系統(tǒng)和熱交換系統(tǒng)都設(shè)置了備用系統(tǒng)，而且由PLC根據(jù)壓力繼電器和水流開關(guān)等傳感元件的輸信號判定系統(tǒng)是否切換(由于蓄能器和分配器的存在切換可不停機自動進行)。

(2)冷卻切換：這里的冷卻切換單指突發(fā)快速冷卻：在加熱環(huán)節(jié)中PLC根據(jù)澆鑄板內(nèi)熱敏元件測得的溫度嚴重超出程序?qū)A段設(shè)定的溫度(超出峰值一定幅度)，通過一系列程控閥啟閉實現(xiàn)恒溫加熱水和冷卻水的快速切換，達到阻止PMMA爆聚的作用。

(3)水流方向切換：這里的水流方向切換單指PLC在加熱環(huán)節(jié)中根據(jù)厚板內(nèi)溫度場分布規(guī)律自動切換一系列遙控閥啟閉，實現(xiàn)水流方向改變。即PLC根據(jù)程序不同階段PMMA不同位置的反應程度自動切換加熱水流方向，以保證合理的PMMA溫度梯度。

1.5 程序調(diào)整

PLC(可編程控制器)相對于凸輪編碼器和邏輯電路最大的優(yōu)勢就是相對簡單、靈活和低成本的改進程序，對于工藝摸索階段和小批量試制階段，PLC的程序改進對工藝定型意義重大。即使是厚板連續(xù)澆鑄工藝進入到大批量生產(chǎn)階段，經(jīng)過長時間經(jīng)驗總結(jié)、理論分析和小樣驗證后，PLC內(nèi)部儲存的工藝程序也可以比較方便的進行更改。

2 結(jié)語

PMMA澆鑄板成型行業(yè)中，厚板澆鑄一直是困擾諸多生產(chǎn)廠商的老大難問題，尤其連續(xù)澆鑄成型工藝在我國臺灣地區(qū)經(jīng)過多年不成功的實踐后幾乎被放棄了，僅有美國利用凸輪編碼器的順序控制近似地把厚板PMMA連續(xù)澆鑄工藝難題解決了。但我司在厚板連續(xù)澆鑄工藝中引入基于可信傳感和PLC的閉環(huán)控制，基本解決了PMMA由于阻聚劑、引發(fā)劑和單體等混合不完全和合模進給速度變化造成的反應程度和產(chǎn)品質(zhì)量不可控的問題。該設(shè)備已獲得國家發(fā)明專利(專利號：ZL 2013 1 0207385.4)，并通過泰州科技局組織的專家評審。