CN100402623C - 一种密封胶的自动化连续生产装置系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密封胶的自动化连续生产装置系统，包括工艺主体设备和自动控制系统装置；工艺主体设备包括计量系统、双螺杆挤出机组、冷却器、过滤器、缓冲罐和分装设备，双螺杆挤出机组、缓冲罐和分装设备依次以串联的形式安装连接，其中双螺杆挤出机组由两台或两台以上的双螺杆挤出机经冷却器串联连接组成，双螺杆挤出机上设有进料口、出料口和真空口，计量系统设置在双螺杆挤出机的进料口处，过滤器安装在双螺杆挤出机出料口处；工艺主体设备通过通信线路连接到自动控制系统装置上。本发明还公开了采用上述装置实现密封胶自动化连续生产的方法。本发明密封胶的连续化生产自动化程度高，生产效率高，适合于规模化生产，产品质量优良稳定。

Description

一种密封胶的自动化连续生产装置系统及方法

技术领域

本发明涉及一种自动化连续生产装置系统及方法，尤其涉及一种密封胶的自动化连续生产装置系统及方法。

背景技术

在现有技术中，密封胶的生产大多是采用间歇法。所谓间歇法就是先采用捏合机等混合设备把聚硅氧烷，填料及添加剂等进行初混合，然后移入行星式混合器进一步混合，加入颜料、交联剂、偶联剂等，通过真空排泡得到产品。上述的每一个工序之间不连贯，每一个工序所得的中间产品都需要人工操作运到下一个工序后再重复装料加工。虽然间歇法具有操作方便，生产控制很简单的优点，但它还是存在不少缺点：(1)前后工序间的衔接都涉及物料转移时间较长，物料暴露在空气中容易产生结皮的问题，特别是在湿热天气生产或生产固化快的产品时更容易产生结皮；(2)前后工序间的物料转移损耗较大；(3)由于前述缺陷，使生产稳定性差，每批质量都会有差别；(4)生产能力有限，劳动强度大。

采用连续化生产线生产密封胶则可解决上述间歇式生产的缺陷，但是实现连续化生产除了需要一整套连续化生产配胶工艺的主体设备，包括计量系统、混合系统、冷却器、过滤器、缓冲罐以及分装设备等外，还需要一套与设备配套的自动化控制系统才能实现生产过程的自动化，从原料和添加剂的配备、原料和添加剂输送、原料和填料计量、卸料、混合加工等构成。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够实现自动化连续生产的密封胶的生产装置系统及方法，以有效实现密封胶生产的连续性，提高生产效率及产品的稳定性。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种密封胶的自动化连续生产装置系统，其工艺主体设备包括计量系统、双螺杆挤出机组、冷却器、过滤器、缓冲罐和分装设备，所述双螺杆挤出机组、缓冲罐和分装设备依次以串联的形式安装连接，其中双螺杆挤出机组由两台或两台以上的双螺杆挤出机经所述冷却器串联连接组成，双螺杆挤出机上设有进料口、出料口和真空口，所述计量系统设置在双螺杆挤出机的进料口处，所述过滤器安装在双螺杆挤出机出料口处；

此外，还包括自动控制系统装置；所述工艺主体设备通过通信线路连接到自动控制系统装置上；所述工艺主体设备的计量系统包括称重料仓、重量传感器、流量计算控制器和出料泵，其中重量传感器设置在称重料仓的下面，并通过传输线与流量计算控制器的输入端口连接，出料泵通过传输线与流量计算控制器输出端口连接；所述流量计算控制器包括重量传感器信号的输入与转换模块、流量设定的信号输入与转换模块、输出控制信号输入与转换模块以及各个信号的计算与控制模块。

本发明的密封胶连续生产线的生产流程为：首先聚硅氧烷、填料分别由相应的计量系统连续准确进料至第一台双螺杆挤出机进行预混合，然后脱气并经冷却器冷却后得到基料。基料进入下一台双螺杆挤出机内进一步混合分散，并在此过程中加入助剂及催化剂而得到成品，再进入包括缓冲罐以及分装设备的包装工序，得到最终的产品。本发明生产过程中涉及的工艺参数包括原料、填料、助剂及催化剂的流量、操作温度、压力、真空度、电机的电流及转速、阀门开关的控制等。通过本发明的自动控制系统装置对上述生产过程中的工艺参数进行设定、修改和调整，便可实现整个生产的自动化操作及控制。

密封胶的原料聚硅氧烷是一种高粘度(3-7万CP)的液体，填料(碳酸钙，气相二氧化硅等)是粉料。为此使用本发明计量系统、采用失重法实现上述物料的流量计算，其原理方法如下：利用单位时间内物料的减少速率来核算物料的流量。本发明计量系统中的流量计算控制器把实际的给料流量跟设定值相比较进行控制，采用PI调节方法，系统的精度可以达到0.5-1％(不同原料有差别)。助剂及催化剂的给料计量，可以根据产品的种类和配方比例，通过助剂计量装置来实现。

本发明可采取如下进一步措施：所述自动控制系统装置为计算机自动控制系统装置，包括：

用于控制和维护的工程师站，其中设有相应的组态平台和硬件与周围设备以及维护工具；

用于采集并转发工艺流程实时数据以实时监控整个生产过程的控制站，包括主控制卡、数据转发卡、I/O卡和供电单元；

用于提供人机操作界面，输入工作参数，接收、转换并显示从控制装置的主机传来的工艺流程实时数据的操作站，包括参数输入装置和显示器；

所述计算机自动控制系统装置各组成部分通过传输线连接到控制总线上；

所述工艺主体设备通过设备控制装置连接到计算机自动控制系统装置上。

此外，本发明所述的自动控制系统装置也可以是可编程控制器；或者可编程控制器与计算机自动控制系统装置的结合等。系统I/O信号包括模拟量的输入和输出、开关量的输入和输出、热电阻、热电偶和控制回路信号的输入和输出等。

本发明采用计算机自动控制系统装置时，所述的工艺主体设备具体地可以通过以下方式连接到自动控制系统装置上：即所述设备控制装置为接线控制柜，所述工艺主体设备通过该接线控制柜连接到自动控制系统的控制站上。或者，所述设备控制装置为可编程控制器，所述工艺主体设备也可以通过该可编程控制器经通信卡连接到自动控制系统的控制总线上。

本发明所述操作站中的参数输入装置可以是与可编程控制器连接的触摸屏或操作面板等其他设备，以方便操作人员输入相关的工作参数。

本发明的一种密封胶的自动化连续生产方法，采用上述自动化连续生产装置系统，包括下列步骤：

a.启动公用工程设备，包括循环冷却水系统、压缩空气系统、真空系统；

b.根据产品种类及工艺要求，通过操作站的参数输入装置设定相关参数：双螺杆机的加热温度、转速、原料和填料的流量；

c.通过操作站的参数输入装置，启动第一台双螺杆机，观察现场情况，待正常后，自动进入计量系统，启动计量系统开车；

d.自动控制系统的控制站采集工艺参数，并传送反馈到操作站，操作人员依据生产的要求调整控制系统的PID参数；

e.根据要求选择基料的出料方式；

f.需要做成品时，选择启动下一台双螺杆挤出机；

g.开启助剂和催化剂的计量装置；

h.自动控制系统的控制站采集工艺参数，并传送反馈到操作站，操作人员依据生产的要求调整控制系统的PID参数；

i.成品合格后，根据包装方式选择成品出料方式；

j.需要停机时，根据不同的要求，通过操作站的参数输入装置进行停机操作。

本发明具有以下有益效果：不仅能够实现密封胶的连续化生产，而且能够对该连续化生产进行自动控制调节。自动化程度和生产效率高，大大降低了劳动强度。生产能力大，适合于规模化生产。物料及能源损耗少，节约成本。产品质量优良均一，稳定性好。

附图说明

图1是本发明实施例的生产工艺流程框图；

图2是本发明实施例工艺主体设备的装配示意图；

图3是本发明实施例自动控制系统的组成框图之一；

图4是本发明实施例自动控制系统的组成框图之二；

图5是本发明实施例计量系统的组成示意图；

图6是本发明实施例计量系统中称重料仓重量变化示意图；

图7是本发明实施例计量系统的流量控制流程框图。

图中：进料口1、2、6、10、11、12，捏合段3、5，真空口4、7、14，过滤器8、15，冷却器9，混合段13，缓冲段16，分装设备17，出料口18、19，称重料仓20，出料泵21

具体实施方式

图1～图7所示为本发明的实施例，包括工艺主体设备和计算机自动控制系统装置。

工艺主体设备如图2所示，包括计量系统、双螺杆挤出机组、冷却器9、过滤器8和15、缓冲罐16和分装设备17，其中双螺杆挤出机组、缓冲罐16和分装设备17依次以串联的形式安装连接，其中双螺杆挤出机组由两台双螺杆挤出机经所述冷却器串联连接组成，前面的称为一阶机，后面的称为二阶机。一阶机上设有进料口1、2和6、出料口18以及真空口4和7；二阶机上设有进料口10、11和12、出料口19以及真空口14。计量系统设置在一阶机的进料口处，所述过滤器8和15分别安装在双螺杆挤出机出料口18和19之前。

如图3或图4所示，计算机自动控制系统装置包括：

用于控制和维护的工程师站，设有相应的组态平台和系统维护工具；

用于采集并转发工艺流程实时数据以实时监控整个生产过程的控制站，包括主控制卡、数据转发卡、I/O卡和供电单元；控制站的各种卡件均可冗余配置，控制站具有故障自诊断功能，控制站核心卡件按1∶1的热备用冗余配置，故障时能自动无扰动切换；

用于提供人机操作界面，输入工作参数，接收、转换并显示从控制站传来的工艺流程实时数据的操作站，包括参数输入装置和显示器；

计算机自动控制系统装置各组成部分通过传输线连接到控制总线上；

工艺主体设备可以通过接线控制柜连接到自动控制系统的控制站上(见图3)，也可以通过可编程控制器PLC经通信卡连接到自动控制系统的控制总线上(见图4)。

操作站中的参数输入装置可以采用与可编程控制器连接的触摸屏操作面板。

本实施例的密封胶连续生产线的生产流程如图1所示，首先聚硅氧烷、填料分别由相应的计量系统从连续准确进料至第一台双螺杆挤出机的进料口进行预混合，然后脱气并经冷却器冷却后得到基料。基料进入下一台双螺杆挤出机内进一步混合分散，并在此过程中加入助剂及催化剂而得到成品，再进入包括缓冲罐以及分装设备的包装工序，得到最终的产品。

生产过程中涉及的工艺参数包括原料、填料、助剂及催化剂的流量、操作温度、压力、真空度、电机的电流及转速、阀门开关的控制等，双螺杆机的温度由热电偶检测，加热系统与冷却系统连接起来。生产时候设定的温度高，因此采用铜加热器。通过自动控制系统对上述生产过程中的工艺参数进行设定、修改和调整，便可实现整个生产的自动化操作及控制。系统的I/O信号包括模拟量的输入和输出、开关量的输入和输出、热电阻、热电偶和控制回路信号的输入和输出等。

密封胶的原料聚硅氧烷是一种高粘度(3-7万CP)的液体，填料(碳酸钙，气相二氧化硅等)是粉料。为此可以采用失重法实现上述物料的流量计算，其原理方法如下：利用单位时间内物料的减少速率来核算物料的流量。为实现该方法，本实施例计量系统如图5所示，包括称重料仓20、重量传感器、流量计算控制器和出料泵21，其中重量传感器设置在称重料仓20的下面，并通过传输线与流量计算控制器的输入端口连接，出料泵21通过传输线与流量计算控制器输出端口连接；流量计算控制器包括重量传感器信号的输入与转换模块、流量设定的信号输入与转换模块、输出控制信号输入与转换模块以及各个信号的计算与控制模块。其流量控制流程如图7所示。流量计算控制器把实际的给料流量跟设定值相比较进行控制，采用PI调节方法，系统的精度可以达到0.5-1％(不同原料有差别)。下面通过粉料的计量来说明：

原料给到称重料仓后，其内的原料通过重量传感器称重，其重量用WI202表示，WI202达到重量上限Wmax时停止进料，WI202低于重量下限Wmin时启动进料。计量斗重量是连续在变化的，见示意图6，在0～t1时间内由出料泵从计量斗出料，此时不进料，计量斗内物料重量呈下降趋势，t1～t2时间内，因计量斗内物料已经达到下限需进料，进料时计量斗重量增加，t2以后因计量斗内物料已经达到上限停止进料。

在0～t1时间内，可以进行流量计算。新采集的重量用W0表示，前1秒钟采集的重量为W1......前n秒钟采集的重量为Wn。当这一秒钟过去，W0重新采集，旧的n秒钟的重量W0～Wn-1自动全部推向新的n+1秒重量值，即替换为现在的W1～Wn，旧的前n秒钟的重量值Wn自动丢失，这样每一秒钟自动刷新当前n+1秒钟各秒的重量值。然后通过公式FI201＝(Wn-W0)*3600/n再转化量程就等于流量计算值。

用以上的方法计算出的流量值波动还是较大，无法进行流量控制，需要滤波计算，方法是采集x秒内的各秒钟的流量值，下一秒钟这x各流量值自动刷新，将这x个流量值全部相加然后除以x得出一个平均值，即滤波后的流量。

t1-t2时间内流量计算。在t1～t2时间段内，因计量斗内物料已经达到下限需进料，进料时计量斗重量增加，无法采用以上的计算机方法，我们是采用0-t1时间段内的计算流量值，去掉最大与最小的流量值，然后计算余下的流量值的平均值，作为t1～t2时间内流量。

正常流量的控制(0-t1时间)。因粉胶比固定不变，故可采用两个流量单回路控制，图8是正常控制时粉料流量控制方框图，粉料流量的控制：输入为滤波后的粉料流量，通过控制粉料排料泵转速；基胶流量的控制与粉料流量控制是一样的。在称量斗内粉料及基胶达到低限值时，需要重新进料，这时称量斗的重量值上升，无法计算流量，只能用进料前自动控制的输出平均值来赋给排料电机。

非正常的流量控制(t1-t2时间)。当系统采用DCS控制时，回路0(粉料流量控制)开机以后，可以计算出0-t1段的时间，用n1表示，以及t1-t2时间段，用n2表示，计算t1前x秒(x大于n2小于n1，不同料不同)，在x秒内将回路0的输出值进行每秒累积，同时计算累积的秒数(x)，将回路0的输出每秒累积值除以累积的秒数(x)得到回路0在自动控制以后t1-t2时间段的输出平均值；同样的方法计算出回路1(胶流量控制)自动控制以后时的输出平均值。

助剂及催化剂的给料计量，根据产品的种类和配方比例，通过助剂计量装置来实现。

为了保证生产过程的安全，双螺杆挤出机和计量系统之间还设有安全连锁保护装置，只有当双螺杆机组启动后，计量系统方可以启动。此外，还设有报警装置，在自动控制系统中预先将与工艺参数对应的信号值设定上下限值，包括双螺杆机组各个区的温度、压力和真空度，电机的电流，原料、填料、助剂和催化剂的流量，冷却器进出口的压力和温度等，生产过程中工艺参数超过设定的值时，报警装置工作发出报警或停机。

本实施例的生产方法如下：

单组分硅酮密封胶的组分与配比为：

聚硅氧烷             100

填料(纳米碳酸钙)     100

硅油                 3

甲基三甲氧基硅烷     25

助剂                 0.5

催化剂               2

步骤如下：

a.启动公用工程设备，包括循环冷却水系统、压缩空气系统、真空系统；压缩空气压力：0.5～0.8Mpa，真空度：-0.090-0.1Mpa，水压0.2Mpa。

b.根据产品种类及工艺要求，通过操作站的参数输入装置设定相关参数：聚硅氧烷和纳米碳酸钙流量为500kg/hr，一阶机为转速300转/分，二阶机为转速300转/分。聚硅氧烷分二个口入，其中第一个进料口的流量为250kg/hr，第二个进料口的流量为250kg/hr，在捏合段3、5进行混合，其他物料按比例在相应的位置加入。控制物料在一阶机出口温度150℃，进入二阶机的温度控制小于25℃，二阶机的物料出口温度3-5℃，各个真空口的真空度大于-0.095Mpa；

c.通过操作站的触摸屏操作面板，在一阶机开机画面上，点击“一阶机开车”的“启动”按钮，一阶机即自动开机，观察现场情况，待正常后，安全连锁保护装置动作，即自动进入计量系统开车，点击计量系统开车的“联机”按钮计量系统即自动开车；

d.自动控制系统的控制站采集工艺参数，并传送反馈到操作站，操作人员依据生产的要求调整控制系统的PID参数；

e.根据要求选择产品的出料方式；

f.需要做成品时，进入二阶机开车画面点击“二阶机开车”“启动”按钮，二阶机即自动开机；

g.开启助剂和催化剂的计量装置，在混合段13进行混合；

h.自动控制系统的控制站采集工艺参数，并传送反馈到操作站，操作人员依据生产的要求调整控制系统的PID参数；

i.成品合格后，根据包装方式选择成品出料方式；

j.需要停机时，根据不同的要求，通过操作站的触摸屏操作面板进行停机操作。属于正常的生产停机，则可以点击“正常关机”按钮整个系统即能自动安全停机；要停二阶机则点击二阶机“停止”“按钮”，二阶机自动停止；遇到紧急情况，则点击“紧急停车”按钮。

获得的产品其性能如下：表干时间30min，硬度45shore A，抗拉强度1.56MPA，伸长率453％。

Claims (7)

1.一种密封胶的自动化连续生产装置系统，其工艺主体设备包括计量系统、双螺杆挤出机组、冷却器、过滤器、缓冲罐和分装设备，所述双螺杆挤出机组、缓冲罐和分装设备依次以串联的形式安装连接，其中双螺杆挤出机组由两台或两台以上的双螺杆挤出机经所述冷却器串联连接组成，双螺杆挤出机上设有进料口、出料口和真空口，所述计量系统设置在双螺杆挤出机的进料口处，所述过滤器安装在双螺杆挤出机出料口处；

其特征在于：还包括自动控制系统装置；所述工艺主体设备通过通信线路连接到自动控制系统装置上；所述工艺主体设备的计量系统包括称重料仓、重量传感器、流量计算控制器和出料泵，其中重量传感器设置在称重料仓的下面，并通过传输线与流量计算控制器的输入端口连接，出料泵通过传输线与流量计算控制器输出端口连接；所述流量计算控制器包括重量传感器信号的输入与转换模块、流量设定的信号输入与转换模块、输出控制信号输入与转换模块以及各个信号的计算与控制模块。

2.根据权利要求1所述的密封胶的自动化连续生产装置系统，其特征在于：所述自动控制系统装置为计算机自动控制系统装置，包括：

用于控制和维护的工程师站，其中设有相应的组态平台和硬件与周围设备以及维护工具；

用于采集并转发工艺流程实时数据以实时监控整个生产过程的控制站，包括主控制卡、数据转发卡、I/O卡和供电单元；

用于提供人机操作界面，输入工作参数，接收、转换并显示从控制装置的主机传来的工艺流程实时数据的操作站，包括参数输入装置和显示器；

所述计算机自动控制系统装置各组成部分通过传输线连接到控制总线上；

所述工艺主体设备通过设备控制装置连接到计算机自动控制系统装置上。

3.根据权利要求1所述的密封胶的自动化连续生产装置系统，其特征在于：所述自动控制系统装置为可编程控制器。

4.根据权利要求2所述的密封胶的自动化连续生产装置系统，其特征在于：所述设备控制装置为接线控制柜，所述工艺主体设备通过该接线控制柜连接到自动控制系统的控制站上。

5.根据权利要求2所述的密封胶的自动化连续生产装置系统，其特征在于：所述设备控制装置为可编程控制器或其他控制系统，所述工艺主体设备通过该控制系统经通信方式连接到自动控制系统的控制总线上。

6.根据权利要求2所述的密封胶的自动化连续生产装置系统，其特征在于：所述操作站主机的参数输入装置是与控制系统连接的触摸屏或操作面板。

7.一种密封胶的自动化连续生产方法，其特征在于：采用权利要求1的自动化连续生产装置系统，包括下列步骤：

a.启动公用工程设备，包括循环冷却水系统、压缩空气系统、真空系统；

b.根据产品种类及工艺要求，通过操作站的参数输入装置设定相关参数：双螺杆机的加热温度、转速、原料和填料的流量；

c.通过操作站的参数输入装置，启动第一台双螺杆机，观察现场情况，待正常后，自动进入计量系统，启动计量系统开车；

d.自动控制系统的控制站采集工艺参数，并传送反馈到操作站，操作人员依据生产的要求调整控制系统的PID参数；

e.根据要求选择基料的出料方式；

f.需要做成品时，选择启动下一台双螺杆挤出机；

g.开启助剂和催化剂的计量装置；

h.自动控制系统的控制站采集工艺参数，并传送反馈到操作站，操作人员依据生产的要求调整控制系统的PID参数；

i.成品合格后，根据包装方式选择成品出料方式；

j.需要停机时，根据不同的要求，通过操作站的参数输入装置进行停机操作。

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