CN111344128A - 用于控制从熔融栅格接收在熔融系统的贮存器中的熔融材料的液位的方法 - Google Patents

用于控制从熔融栅格接收在熔融系统的贮存器中的熔融材料的液位的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于控制从熔融栅格接收在熔融系统的贮存器中的熔融材料的液位的方法和系统。该方法包括：在第一时间从贮存器中的传感器接收熔融材料的第一液位；在第一时间之后的第二时间从传感器接收熔融材料的第二液位；以及将熔融材料的第二液位与所期望的操作水平进行比较，以确定在第二液位与所期望的操作水平之间的差值。该方法还包括：至少基于在第二液位与所期望的操作水平之间的差值来确定熔融栅格的温度设定点；以及调整熔融栅格的操作温度以匹配温度设定点。

Description

用于控制从熔融栅格接收在熔融系统的贮存器中的熔融材料 的液位的方法
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2017年11月17日提交的美国临时专利申请No.62/587,978的权益，该专利申请的公开内容据此以引用的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及熔融系统，该熔融系统包括熔融栅格和动态地控制熔融栅格的温度的控制系统。
背景技术
常规的熔融系统包括定位在料斗下方的熔融栅格、定位在熔融栅格下方的贮存器、联接到贮存器的泵、以及联接到泵的涂覆器。熔融栅格将储存在料斗中的固体聚合物材料暴露于升高温度，这将聚合物材料转换成熔融液体。熔融液体通过重力馈送到贮存器，其中泵将熔融液体输送到涂覆器。涂覆器将熔融液体沉积到基底，诸如非织造品或其他材料上。料斗的顶部具有填充盖，该填充盖可以打开以根据需要将固体聚合物材料添加到料斗。
随着料斗中的固体聚合物被转化为熔融材料并将贮存器中的熔融材料泵送到涂覆器，料斗中的固体聚合物的液位将降低，并且贮存器内的熔融材料的液位将波动。因此，需要的是控制由熔融栅格熔融的固体聚合物的量。当前，存在力求解决此问题的几种“按需熔融”方法。最常见的按需熔融布置采用在料斗内的液位传感器以当料斗中的固体聚合物的液位变低时向填充系统发送信号。在接收到该信号后，填充系统就会补充料斗。另一种按需熔融系统包括贮存器内的需求传感器，该需求传感器调节作用在料斗中的固体聚合物上的向下力。当贮存器中的熔融材料的液位变低时，需求传感器指示力引发装置将更大的向下力施加在固体聚合物上。需求传感器还可以指示熔融栅格提高其温度。
然而，这些按需熔融系统中的许多都存在问题。例如，在常规的熔融系统中，固体聚合物必须储存在与熔融器分开的单独的容器中，从而要求增加的地板空间以容纳整个熔融系统。而且，必须包括能够将固体聚合物从容器输送到熔融器的空气运输系统。在这些系统中必需机外储存，因为熔融器无法对在任何特定时间熔融的固体聚合物的量进行非常多的控制。这限制了可熔融的材料的类型，因为一些类型的材料不利于空气输送技术。此外，由熔融工艺产生的蒸气可能会聚集在入口(料斗通过其接收来自填充系统的固体聚合物)内和其周围的表面上，这可能会造成入口堵塞和整个系统故障。当熔融系统处于空闲时，料斗内的固体聚合物可以形成桥，这会阻止其他材料熔融并送往料斗，并且最终地使熔融栅格和料斗缺乏材料。
因此，需要的是允许固体聚合物机内储存并能够对熔融栅格熔融固体聚合物的速率进行控制的熔融系统。
发明内容
本发明的第一实施方案是用于控制从熔融栅格接收在熔融系统的贮存器中的熔融材料的液位的方法。该方法包括：在第一时间从贮存器中的传感器接收熔融材料的第一液位；在第一时间之后的第二时间从传感器接收熔融材料的第二液位；以及从第一液位和第二液位确定熔融材料的熔融填充速率。该方法还包括：将熔融材料的熔融填充速率与熔融填充速率阈值进行比较，以确定在熔融填充速率与熔融填充速率阈值之间的差值；至少基于熔融填充速率来确定熔融栅格的温度设定点；以及调整熔融栅格的操作温度以匹配温度设定点。
本发明的另一个实施方案是用于将固体聚合物熔融成熔融材料的熔融系统。该熔融系统包括：料斗，该料斗用于接收固体聚合物；贮存器，该贮存器用于接收熔融材料；以及熔融栅格，该熔融栅格设置在料斗与贮存器之间，以用于将固体聚合物加热成熔融材料。该熔融系统还包括：传感器，该传感器设置在贮存器中，以用于检测在贮存器中熔融材料的液位；以及控制器，该控制器与熔融栅格和传感器电连通，以用于控制在贮存器中熔融材料的液位。该控制器被配置为：在第一时间从贮存器中的传感器接收熔融材料的第一液位；在第一时间之后的第二时间从传感器接收熔融材料的第二液位；以及从第一液位和第二液位确定熔融材料的熔融填充速率。该控制器还被配置为：将熔融材料的熔融填充速率与熔融填充速率阈值进行比较，以确定在熔融填充速率与熔融填充速率阈值之间的差值；至少基于熔融填充速率来确定熔融栅格的温度设定点；以及调整熔融栅格的操作温度以匹配温度设定点。
附图说明
在结合附图阅读时，将更好地理解上述发明内容以及本申请的例示性实施方案的以下具体实施方式。出于说明本申请的目的，在附图中示出了本公开的例示性实施方案。然而，应当理解，本申请不限于所示的精确布置和手段。
图1是根据本公开的实施方案的熔融系统的透视图；
图2是图1所示的熔融系统的侧视图；
图3是图1所示的熔融系统的一部分的沿线3-3截取的剖视图；
图4是图1所示的熔融单元的剖视图，其中为清楚起见移除熔融系统的部件；
图5是根据本发明的实施方案的例示控制在熔融系统中熔融材料的液位的方法的工艺流程图；
图6是根据本发明的实施方案的例示控制熔融栅格的温度的方法的工艺流程图；
图7A是HMI设备的显示器，其示出了描绘本发明的实施方案的在第一时间段内的贮存器液位、料斗液位和熔融栅格温度的曲线图；
图7B是图7A中所示的显示器，其示出了描绘本发明的实施方案的在第二时间段内的贮存器液位、料斗液位和熔融栅格温度的曲线图；
图7C是图7A中所示的HMI设备显示器，其示出了描绘本发明的实施方案的在第三时间段内的贮存器液位、料斗液位和熔融栅格温度的曲线图；并且
图8是根据本发明的实施方案的控制系统的示意图。
具体实施方式
本文描述的是熔融系统10，该熔融系统包括用于将固体聚合物P(诸如粘合剂)转化成熔融材料M的熔融栅格40。熔融系统10还包括用于从熔融栅格40接收熔融材料M的贮存器30。熔融系统10包括设置在贮存器30内的传感器29、以及与传感器29和熔融栅格40通信的控制器402，该控制器控制熔融栅格40的温度，该温度决定了由贮存器30接收的熔融材料M的量。在以下描述中，某些术语仅为方便起见用于描述熔融系统10而非限制性的。词语“右”、“左”、“下”和“上”表示附图中作为参考的方向。词语“内”和“外”分别是指朝向和远离描述内容的几何中心的方向，用于描述熔融系统10及其相关部分。词语“向前”和“向后”是指沿纵向方向6的方向和沿熔融系统10及其相关部分与纵向方向6相反的方向。术语包括上面列出的词语、其衍生词和具有类似含义的词语。
除非本文另外指明，否则术语“竖直”、“横向”和“纵向”用于描述熔融系统10的各个部件的正交方向分量，如竖直方向2、横向方向4和纵向方向6所表示的那样。应当理解，虽然横向方向4和纵向方向6被示出为沿水平平面延伸，而竖直方向2被示出为沿竖直平面延伸，但包围各个方向的平面在使用期间可不同。
如图1和图2所示，熔融系统10通常包括安装在轮子(未编号)上的基部框架12、由基部框架12的一个侧面支撑的控制单元14、和至少一个熔融单元。根据所示的实施方案，熔融单元20由基部框架12的与控制单元14相反的侧面支撑。控制单元14包括机柜，该机柜容纳操作员可用于控制熔融系统10的操作的控制器、用户界面和显示器(诸如图7A至图7C中所示的显示器300)。控制单元14经由有线连接器16连接到熔融单元20。尽管被示为包括单个熔融单元，但熔融系统10可以包括两个或更多个熔融单元。如本文所述的原理可以取决于应用要求(诸如对于非织造或包装应用)在尺寸方面按比例放大或缩小。
继续图1和图2，熔融单元20由基部框架12和下方表面支撑并且沿竖直方向2向上延伸。熔融单元20和控制单元14以及因此基部框架12限定了熔融系统10的整体“占有面积”。如图所示，占有面积是大致直线的并且沿彼此垂直的横向方向4和纵向方向6延伸。横向方向4和纵向方向6也垂直于竖直方向2。
继续图1至图3，熔融单元20包括在基部框架12上方的泵组件24、联接到泵组件24的贮存器30、定位在贮存器30中的一个或多个传感器29、在贮存器30上方的熔融栅格40、和安装在熔融栅格40上方的料斗60。传感器29可以是一个或多个电容液位传感器、使用相机的光学传感器等等。熔融单元20还包括设置在贮存器30和料斗60之间的热隔离区域50。熔融系统10包括控制系统400，该控制系统控制熔融单元20、特别是熔融栅格40的操作，如图8所示。控制系统400包括控制器402，该控制器通过有线连接器16联接到一个或多个传感器29和熔融栅格40。控制系统400用于控制熔融材料M从熔融栅格40并进入贮存器30的流动，如下文所解释。
参考图1至图3，热隔离区域50在贮存器30中的熔融材料M与料斗60中的固体聚合物P之间产生屏障。热隔离区域50帮助维持料斗60中的温度低于固体聚合物P的熔融温度。例如，热隔离区域50通过产生热屏障来帮助维持料斗60中的固体聚合物P处于低于贮存器30中的熔融材料M的第二温度的第一温度，该热屏障使通过熔融栅格40从贮存器30到料斗60的热传递最小化。如图3所示，热隔离区域50包括熔融栅格40与贮存器30中的熔融材料M之间的间隙G。热隔离区域50可以是产生热屏障以将从贮存器中的熔融材料到料斗中的固体聚合物P的热迁移最小化或甚至消除的任何空间或结构。例如，热隔离区域50可以是贮存器30的上部部分，如图3所示。在另一个实施方案中，热隔离区域可以包括定位在贮存器30与熔融栅格40之间的单独的部件。在一些情况下，可以存在热隔离区域50和/或定位在料斗60和熔融栅格40之间的单独部件(未示出)。
转到图3和图4，贮存器30捕获离开熔融栅格40的熔融材料M。贮存器30包括基部32、沿竖直方向2与基部32相对的顶部34、以及外壁36。外壁36包括四个侧面：第一侧面37a(未示出)、第二侧面37b、第三侧面37c和第四侧面37d。外壁36限定传感器29沿其定位的内表面35。基部32具有内表面33，该内表面的一部分可以相对于竖直方向2成角度。内表面33将熔融材料M引导到入口(未编号)中，该入口馈送到贮存器30下方的泵组件24中。贮存器30中积聚的熔融材料M的量部分地基于：a)固体聚合物P通过熔融栅格40的吞吐量；b)熔融材料M从贮存器30的输出；以及c)外壁36的高度。
根据所示的实施方案，热隔离区域50设置在熔融栅格40下方。如图3和图4所示，外壁36的高度足以促进在操作期间在熔融栅格40与贮存器30的基部32处积聚的熔融材料M的池之间形成气隙G。如图所示，热隔离区域50至少部分地包括与贮存器30的上部部分52对准的气隙G。就这一点而言，可以说热隔离区域50包括贮存器30的上部部分52。外壁36的上部部分52从贮存器30的顶部34延伸到轴线A，该轴线延伸通过贮存器30的外壁36。轴线A被示为在贮存器30的基部32上方的位置处。选择间隙G的范围以将熔融栅格40的底部与贮存器30中的加热熔融材料M分开。该分开产生了可抑制或最小化从熔融材料M到熔融栅格40的热传递的热屏障。
继续图3和图4，熔融栅格40将料斗60中的固体聚合物P加热成熔融材料M。熔融栅格40包括底部42和沿竖直方向2与底部42间隔开的顶部44。熔融栅格40的底部42安装到贮存器30的顶部34。料斗60联接到熔融栅格40的顶部44。熔融栅格40具有外壁46，该外壁包括四个侧面47a、47b、47c和47d(图4仅示出了47b和47d)。熔融栅格40还可以包括多个平行且间隔开的熔融轨48。熔融轨48沿纵向方向6(进入图3中的页面)延伸跨越熔融栅格40。熔融轨48限定在相邻熔融轨48之间延伸的通道49。熔融轨48可以根据需要具有不同的取向。在一些情况下，横杆(未示出)可以连接相邻熔融轨。每个熔融轨48包括一个或多个加热器元件，该一个或多个加热器元件将熔融轨48的温度升高到用于处理固体聚合物P的所期望的温度。加热元件经由有线连接器16连接到控制器402。此外，熔融栅格40可以包括联接到熔融栅格40的底部的引导构件43。在熔融材料M从熔融轨48之间离开时，引导构件43将熔融材料M引导到熔融材料M中。引导构件43可以减小在熔融材料M从熔融栅格40的底部42落入贮存器30中时的气泡形成。熔融栅格40还可以包括一个或多个温度传感器45，该一个或多个温度传感器用于感测熔融栅格40的当前温度并将该测量结果传输到控制器402，如将在下文进一步讨论的。尽管温度传感器45被描绘为附接到熔融栅格40的第二侧面47b，但是温度传感器45可以另选地连接到熔融栅格40的侧面47a至47d中的任一个。在其他实施方案中，温度传感器45可以穿过熔融栅格40的外壁46设置、穿过熔融轨48中的一个设置或根据需要设置在其他位置。
熔融栅格40被设计用于从冷却状态有效地加热到期望的操作温度。在一个示例中，熔融栅格40具有被选择以提供8w/in3-10w/in3的功率密度的质量。此类熔融栅格可能花费约20分钟才能达到其期望的操作温度。在另一个示例中，熔融栅格40具有被选择以增加功率密度的质量并且利用薄膜加热器。在该示例中，熔融栅格40具有60w/in3-70w/in3的功率密度。此类熔融栅格40将花费约3分钟-6分钟来达到其期望的操作温度。相比之下，常规的熔融栅格使用重型铸件和筒式加热器并具有4至5w/in3的功率密度。因此，常规的熔融栅格将花费30分钟或更长的时间来达到所期望的操作温度。因此，如本文所述的熔融栅格可以被认为是低质量熔融栅格并具有大于6至8w/in3且可能高达60至70w/in3的功率密度。与常规熔融栅格相比，此类低质量的熔融栅格更快地进行加热和冷却。更快的加热和冷却通过减小熔融单元未生成熔融材料而是等待系统达到其期望的操作温度的时间量来增加操作效率。
参考图3至图4，料斗60被配置为保持固体聚合物P。如图所示，料斗60具有下端62和沿竖直方向2与下端62相对的上端64。料斗60还包括从下端62延伸到上端64的壁66。上端64包括闭合料斗60的上端64的上盖68。上盖68可以包括通道门23，该通道门可以从上盖68移除，或者(诸如通过铰链(未示出))连接但可相对于上盖68移动。通道门23覆盖延伸穿过上盖68的开口25，熔融系统10的操作员可以通过该开口补充料斗60内的固体聚合物P的供应。壁66围绕整个料斗60延伸，使得壁66和上盖68限定保持固体聚合物P的内部腔室65。料斗60的下端62基本上向熔融栅格40敞开。如图3至图4所示，下端62向熔融轨48和熔融栅格40的通道49敞开。
根据所示的实施方案，壁66包括多个侧面72a-72d。如图2和图4最佳所示，壁66包括第一侧面72a、与第一侧面72a相交的第二侧面72b、与第二侧面72b相交并且与第一侧面72a相对的第三侧面72c、以及与第一侧面72a(图2)和第三侧面72c相交的第四侧面72d。第四侧面72d与第二侧面72b相对。第一侧面72a可以被认为是料斗60的前侧面或前部，并且第三侧面72c可以被认为是料斗60的后部或后侧面。在某些实施方案中，料斗60的“侧面”也可以被称为侧壁。如图所示，上盖68与所有四个侧面72a-72d相交。四个侧面72a-72d被布置为形成直线截面形状的料斗。尽管示出了直线截面形状的料斗60，但料斗60可以具有其他截面形状。例如，根据另选的实施方案，料斗60具有管状形状。在这种实施方案中，料斗60包括形成管状形状的主体的壁66。在这种实施方案中，料斗60包括单个弯曲壁。
料斗60已经被描述并且被示为设置在熔融栅格40的顶部上，该熔融栅格通过热隔离区域50(或气隙G)与贮存器30中的熔融材料分开。热隔离区域50抑制从熔融材料到储存在料斗60中的固体聚合物P的热传递。然而，本文所述的料斗60可以用于具有与上文所示和所述的那些不同类型的熔融栅格和贮存器构型的熔融系统。相反，料斗60可以用于其中熔融材料M和储存在料斗60中的固体聚合物P相对于彼此热隔离的任何类型的熔融系统。换句话讲，本公开的实施方案包括一种熔融系统，该熔融系统包括料斗，该料斗与包含熔融材料M的贮存器30热隔离。
参考图8，熔融单元20可以由控制系统400控制，该控制系统包括控制器402和/或与控制器402通信的HMI设备408。控制器402可以包括一个或多个控制器并且也可以被称为一个或多个处理器。控制器402可以完全地容纳在控制单元14内，可以通过控制单元14与熔融单元20通信，或者可以直接地与熔融单元20通信。控制器402和/或HMI设备408可以与熔融单元20有线和/或无线连接并且被配置为通过无线和/或有线连接将指令传输到熔融单元20、特别是熔融栅格40。控制器402可以是可编程逻辑控制器(PLC)、基于微处理器的控制器、个人计算机、或能够执行本文所述的功能的另一种常规的控制设备，如本领域的普通技术人员所理解。例如，控制器402可以基于用户输入来执行与控制熔融单元20有关的各种方法，如下文详细地描述的。附加地，控制器402可以基于存储在控制器402的存储器单元404中的操作循环或序列的库来执行与控制熔融单元20有关的各种方法。存储器单元404可以包括一个或多个存储器单元并且也可以被称为存储设备。操作序列被调用并且根据需要放入在控制器402上执行的特定控制程序中。可以调整操作序列以适应不同的分配操作、不同类型的基板或不同类型的材料，例如通过HMI设备408。
HMI设备408以已知方式可操作地连接到控制器402。HMI设备408可以包括输入设备和控件，诸如小键盘、按钮、控制旋钮、触摸屏等，并且包括输出设备，诸如显示器和其他视觉指示器，操作员使用这两者来控制控制器402的操作并由此控制熔融单元20的操作。这种显示器的一个示例是图7A至图7C所示的显示器300，这将在下文进一步讨论。HMI设备408还可以包括音频输出设备，诸如扬声器，音频警报可以通过该音频输出设备来传达给操作员。在使用HMI设备408的情况下，操作员可以输入参数，诸如固体聚合物P的类型、熔融栅格40的所期望的温度、目标贮存器填充液位、熔融栅格40的空闲/停机时间等。附加地，控制器402和/或HMI设备408可以与外部网络(未示出)进行有线和/或无线通信，使得操作员可以从单独的系统或设备远程地访问控制器402。
现在参考图5，示出了方法100，该方法也可以被称为第一PID环路，其用于主动地确定熔融栅格40的所期望的温度以获得在贮存器30中的熔融材料M的特定液位。首先，在步骤102中，传感器29测量贮存器30中的熔融材料M的液位并将该液位传达给控制器402。传感器29可以连续地测量贮存器30中的熔融材料M的液位，或者可以以不同的时间间隔间歇地测量熔融材料M的液位。例如，传感器29可以在第一时间测量贮存器30中的熔融材料M的第一液位并且在第一时间之后的第二时间测量贮存器30中的熔融材料M的第二液位。控制器402可以基于存储在存储器单元404中的预确定的指令、由控制器402基于在特定时间的熔融单元20的操作特征(诸如固体聚合物类型)来做出的判定、和/或通过HMI设备408从熔融系统10的操作员接收到的指令来指示传感器29以特定模式测量熔融材料M的液位。不管控制器402处在方法100中的哪个步骤，HMI设备408的显示器300都可以维持描绘如传感器29所检测的熔融材料M的当前或最新液位的恒定输出。
在测量了在一时间段内贮存器30中的熔融材料M的液位之后，控制器402可以确定熔融材料M从熔融栅格40到贮存器30的熔融填充速率。熔融填充速率可以是正的或负的，并且因此可以表示熔融材料M与其被泵送出的情况相比更快地被添加到贮存器30，或者可以表示熔融材料M与其被添加的情况相比更快地被泵送出贮存器30。另选地，熔融填充速率可以为零，这表示熔融材料M进出贮存器30的输入和输出速率相等。熔融填充速率可以就体积方面进行测量，或相对于在一时间段内贮存器30中的熔融材料M的液位的变化百分比来进行测量。在控制器402计算出熔融填充速率之后，在步骤106中，控制器402确定贮存器30中的材料M的液位是否在下降，即，熔融填充速率是否为负。如果控制器402确定熔融填充速率为负，则控制器执行判定步骤122。在判定步骤122中，控制器402将进入贮存器30的熔融材料M的熔融填充速率的量值与熔融填充速率阈值进行比较。熔融填充速率阈值被定义为在一时间段内贮存器30中的熔融材料M的液位的变化百分比。变化百分比的量值可以基于不同工艺相关因素(诸如被熔融的固体聚合物P的类型或贮存器30的尺寸)而变化。同样地，该时间段可以取决于诸如贮存器30的尺寸的因素。具体地，较大的贮存器可能要求测量在较长的时间段内熔融材料M的液位的变化百分比，而较小的贮存器30可能要求测量在较短的时间段内熔融材料M的液位的变化百分比。例如，熔融填充速率阈值的变化百分比的量值可以为从约1％至约5％，而时间段可以为从约15秒至约90秒。在一个实施方案中，熔融填充速率阈值可以是在60秒的时间段内贮存器30中的熔融材料M的液位的3％变化。当熔融系统10的操作员指示特定类型的固体聚合物P正被添加到熔融单元20时，可以从存储器单元404检索熔融填充速率阈值，通过操作员向HMI设备408中输入来将其传达给控制器402，或包括默认水平。
如果控制器402确定进入贮存器30的熔融材料M的熔融填充速率的量值大于熔融填充速率阈值，则控制器执行步骤118。在步骤118中，控制器402计算熔融栅格40的新的更高的温度设定点，目标是继续以所期望的速率向贮存器30提供熔融材料M。在此步骤中，控制器402可以根据等式1计算新的更高的温度设定点，该等式展示如下：
公式1
温度设定点+＝[(Ktl–C)*Kp]+[Δ*Kd]
其中：
Ktl＝目标容量液位
C＝当前熔融材料物液位
Kp＝比例项常数
Δ＝熔融材料的熔融填充速率
Kd＝导数项常数。
在该等式中，计算温度设定点的变化并将其加到先前的温度设定点或从中减去。参考等式1中使用的变量列表，目标容量液位Ktl是贮存器30内的目标粘合剂操作水平。例如，目标容量液位Ktl可以是贮存器30的50％容量。当前熔融材料液位C是如传感器29所检测的贮存器30内的熔融材料M的当前液位。熔融材料M的熔融填充速率Δ是熔融材料M在两个离散时间时刻(诸如第一时间至第二时间)之间从熔融栅格40进入贮存器30的速率。比例项常数Ktl和导数项常数Kd是粘合剂和工艺特定的，并且通过测试确定。例如，与步骤126相反，当执行步骤118时，比例项常数Ktl和导数项常数Kd可以定义特定的固体聚合物P的一组值，这将在下文进一步描述。当控制器402在步骤106中确定熔融材料M的液位在下降并在步骤122中确定熔融填充速率大于熔融填充速率阈值时，贮存器30内的熔融材料M的液位在以非期望地快的速率下降。因此，在这种情况下，步骤118的目标是提高熔融栅格60的温度，以使更大量的固体材料P熔融，从而提高熔融材料M添加到贮存器30的速率。
相反地，如果在步骤122中，控制器402确定进入贮存器30的熔融材料M的熔融填充速率的量值小于熔融填充速率阈值，则控制器执行步骤114。在步骤114中，控制器402确定贮存器30中的熔融材料M的当前液位是大于还是小于贮存器30的所期望的操作水平。例如，所期望的操作水平可以是贮存器30的50％容量，但是设想了其他容量液位。在步骤114中此所期望的操作水平可以是目标容量液位Ktl，如上文关于等式1所描述。如果控制器402确定贮存器30中的熔融材料M的当前液位小于所期望的操作水平，则控制器402执行步骤118，如前所述。在这种情况下，当控制器402在步骤106中确定熔融材料M的液位在下降、在步骤122中确定熔融填充速率小于熔融填充速率阈值并在步骤114中确定贮存器30中的熔融材料M的液位小于所期望的操作水平时，熔融材料M的液位是小于所期望的并在缓慢地下降。因此，在这种情况下，步骤118的目标是逆转熔融材料M的液位的下降并由此使熔融材料M的液位开始朝向所期望的操作水平上升。然而，如果控制器402在步骤114中确定贮存器30中的熔融材料M的当前液位大于所期望的操作水平，则控制器执行步骤126。
继续图5，在步骤126中，控制器402计算熔融材料M的新的较低的熔融栅格温度设定点。根据如上文关于步骤118所讨论的等式1在步骤126中计算新的较低的熔融栅格温度。然而，当结合步骤126使用等式1时，与当在步骤118中利用等式1时相比，比例项常数Ktl和导数项常数Kd可以定义一组不同的值。变量值的此差异可归因于步骤126和步骤118的不同目的。在控制器402在步骤106中确定粘合剂液位在下降、在步骤122中确定熔融填充速率小于熔融填充速率阈值并在步骤114中确定熔融材料M的液位大于所期望的操作水平之后，才会执行步骤126。因此，熔融材料M的液位大于所期望的液位，但是在缓慢地下降。尽管熔融材料M的液位在接近所期望的操作水平，但是熔融系统10的操作员希望阻止熔融材料M的液位超出所期望的操作水平。因此，通过使用等式1在步骤126中计算新的较低的熔融栅格温度并将熔融栅格60设置为此温度，可以进一步减慢固体材料P的熔融，使得熔融材料M的液位不会继续下降而最终地超出所期望的操作水平。
一旦在步骤126或118中计算出温度设定点，控制器402就可以执行步骤128，在该步骤中，控制器402将在步骤126中计算的新的较低的熔融栅格温度或在步骤118中计算的新的较高的熔融栅格温度与准许熔融栅格温度的预确定的范围进行比较。此预确定的范围由最小熔融栅温度和最大熔融栅温度定义。最小熔融栅格温度可以是低于被熔融的特定的固体聚合物P转化为熔融材料M时的熔融温度的温度。当保持处于此“非熔融”温度时，固体聚合物P可以以基本上凝胶样状态存在。最大熔融栅格温度可以是由固体聚合物P的制造商提供的针对固体聚合物P的最大推荐操作温度。此温度可以是高于固体聚合物P的各种材料性质有降解风险时的温度的温度。当将在步骤118或126中确定的新的温度设定点与预确定的范围进行比较时，如果控制器402确定新的温度设定点小于最小熔融栅格温度，则控制器402可以将温度设定点设置为最小熔融栅格温度。另选地，如果控制器402确定新的温度设定点大于最大熔融栅格温度，则控制器402可以将温度设定点设置为最大熔融栅格温度。步骤128因此通过阻止新的熔融栅格温度设定点被实现在特定的固体聚合物P的可接受的温度的预确定的范围外来充当对步骤126和118中执行的计算的控制。控制器402也可以被配置将温度设定点输出到HMI设备408的显示器300。最小熔融栅格温度和最大熔融栅格温度两者可以由熔融系统10的操作员通过HMI设备408输入到控制器402中，或者另选地从存储器单元404中被调用。
继续图5，如果控制器402在步骤106中确定熔融填充速率非负，则控制器402执行步骤110。在步骤110中，控制器402确定贮存器30中的材料M的液位是否在上升，即，熔融填充速率是否为正。如果控制器402确定熔融填充速率为正，则控制器执行判定步骤130。在判定步骤130中，控制器402将进入贮存器30的熔融材料M的熔融填充速率的量值与熔融填充速率阈值进行比较，该熔融填充速率阈值可以是在步骤122中使用的熔融填充速率阈值。例如，在步骤130中的熔融填充速率阈值还可以是在60秒的时间段内贮存器30中的熔融材料M的液位的3％变化。如果控制器402确定熔融材料M的熔融填充速率大于熔融填充速率阈值，则控制器402执行如上所述的步骤114。因此，取决于在步骤114中的判定，控制器402可以然后执行步骤126或118，这两个步骤都在上文进行了描述。在其中控制器402在步骤110中确定熔融填充速率为正、在步骤130中确定熔融填充速率小于熔融填充速率阈值并确定熔融材料M的液位小于所期望的操作水平之后随后执行步骤118的情况下，贮存器30中的熔融材料M的液位在缓慢地上升，但是熔融材料M的液位仍然小于所期望的操作水平。通过执行步骤118，可以计算出熔融栅格60的新的更高的温度，该新的更高的温度可以允许熔融栅格60提高固体聚合物P被熔融的速率并同样地提高熔融材料M进入贮存器30的速率。相反地，在其中控制器402在步骤110中确定熔融填充速率为正、在步骤130中确定熔融填充速率小于熔融填充速率阈值并确定熔融材料M的液位大于所期望的操作水平之后随后执行步骤126的情况下，贮存器30中的熔融材料M的液位在缓慢地上升，但是熔融材料M的液位已经高于所期望的操作水平。通过执行步骤126并计算新的较低的熔融栅格温度，可以使固体材料P的熔融减慢，使得熔融材料M的液位停止上升并最终地开始朝向所期望的操作水平下降。
返回到判定步骤130，如果控制器402将进入贮存器30的熔融材料M的熔融填充速率的量值与熔融填充速率阈值进行比较并确定熔融填充速率大于熔融填充速率阈值，则控制器402执行如前所述的步骤126。在这种情况下，贮存器30中的熔融材料M的液位快速地上升。通过执行步骤126并计算新的较低的熔融栅格温度并将熔融栅格60设置为该温度，可以降低熔融填充速率的量值，使得如果低于所期望的操作水平，贮存器30中的熔融材料M的液位不会超出该液位，或者相反地，如果贮存器30中的熔融材料M的液位高于所期望的操作水平，则该液位不会继续快速地上升。
返回步骤110，如果控制器402确定熔融填充速率没有上升，则控制器执行步骤114。在这种情况下，控制器在步骤106中确定熔融填充速率没有下降，而在步骤110中确定熔融填充速率没有上升。因此，熔融填充速率基本上为零。在操作中，这表明了熔融材料M以与其被泵送出基本上相同的速率进入贮存器30。在其中熔融填充速率为零的情况下，如果控制器402在步骤114中确定粘合剂液位小于所期望的操作水平，则控制器402将执行步骤118并计算新的较高的温度设定点。这将导致熔融栅格60熔融更多的固态聚合物P，从而提高熔融填充速率并同样地提高贮存器30中的熔融材料M的液位。相反地，如果控制器402在步骤114中确定粘合剂液位大于所期望的操作水平，则控制器402将执行步骤126并计算新的较低的熔融栅格温度。这将导致熔融栅格60熔融更少的固体聚合物P，从而降低熔融填充速率并同样降低贮存器30中的熔融材料M的液位。
在步骤128完成后，控制器402执行方法200，该方法也可以被称为第二PID环路。在方法200中，控制器402监视并调整熔融栅格40的温度。在方法200的一个循环完成时或在方法200开始时，控制器402然后通过返回到步骤102来重启方法100。方法100可以连续地或以指定间隔执行并重复，这可以是基于存储在存储器单元404中的预确定的指令、由控制器402基于在特定时间的熔融单元20的操作特征(诸如固体聚合物类型)来做出的判定和/或通过HMI设备408从熔融系统10的操作员接收到的指令来进行的。方法100还可以在发生特定事件时执行，所述特定事件诸如熔融系统10的启动或关闭或在重新填充熔融单元20的料斗60后。
参考图5至图6，在方法200的步骤202中，温度传感器45测量熔融栅格40的温度并将该测量结果传达给控制器402。温度传感器45可以连续地测量熔融栅格40的温度，或者可以以不同的时间间隔间歇地测量熔融材料M的液位。例如，温度传感器45可以在第一时间测量熔融栅格40的第一温度并在第一时间之后的第二时间测量熔融栅格40的第二温度。控制器402可以指示温度传感器45基于存储在存储器单元404中的预确定的指令、由控制器402基于在特定时间的熔融单元20的操作特征(诸如固体聚合物类型)来做出的判定和/或通过HMI设备408从熔融系统10的操作员接收到的指令来以特定模式测量熔融栅格40的温度。无论其中温度传感器45在测量熔融栅格40的温度的模式如何，或者控制器402处于方法200中的什么步骤，HMI设备408的显示器300都可以维持描绘如由温度传感器45所检测的熔融栅格40的当前或最新温度的输出。
在控制器402接收到如由温度传感器45所测量的熔融栅格40的温度之后，控制器402执行判定步骤206，其中控制器402将测得的熔融栅格40的温度与方法100中确定的温度设定点进行比较。温度设定点可以是在方法100的步骤118中计算的熔融栅格40的新的较高温度，或是在方法100的步骤126中确定的新的较低温度，如上所述。如果控制器402在步骤206中确定如由温度传感器45所测量的熔融栅格40的温度等于在方法100中确定的温度设定点，则控制器402进行到步骤214，在该步骤中，控制器402不采取关于熔融栅格40的温度和熔融栅格40的温度保持相同的任何动作。另选地，如果控制器在步骤206中确定如由温度传感器45所测量的熔融栅格40的温度在温度设定点的特定范围内，则控制器402进行到步骤214。温度范围可以是基于存储在存储器单元404中的预确定的指令、由控制器402基于在特定时间的熔融单元20的操作特征(诸如固体聚合物类型)来做出的判定和/或通过HMI设备408从熔融系统10的操作员接收到的指令的。在控制器402在步骤214中不采取任何动作之后，控制器402返回到步骤202。
相反地，如果控制器402在步骤206中确定如由温度传感器45所测量的熔融栅格40的温度不等于在方法100中确定的温度设定点，则控制器402进行到步骤210，在该步骤中，控制器402调整熔融栅格40的温度，以便匹配在方法100中确定的温度设定点。另选地，如果控制器在步骤206中确定如由温度传感器45所测量的熔融栅格40的温度不在温度设定点的特定范围内，则控制器402进行到步骤210。在步骤210中，控制器402改变容纳在熔融单元20中的加热熔融栅格40的加热单元的操作，以便升高或降低熔融栅格40的操作温度，使得其匹配温度设定点。此操作变化可以是基于存储在存储器单元404中的预确定的指令、由控制器402基于在特定时间的熔融单元20的操作特征(诸如固体聚合物类型)来做出的判定和/或通过HMI设备408从熔融系统10的操作员接收到的指令的。附加地，此操作变化也可以基于与熔融栅格40的几何形状、材料类型和设计有关的因素。
类似于方法100，在完成方法200的步骤214或210时，控制器402可以然后通过返回到步骤202来重启方法200。方法200可以连续地或以指定间隔执行并重复，这可以是基于存储在存储器单元404中的预确定的指令、由控制器402基于在特定时间的熔融单元20的操作特征(诸如固体聚合物类型)来做出的判定、和/或通过HMI设备408从熔融系统10的操作员接收到的指令来进行的。方法200还可以在发生特定事件时执行，所述特定事件诸如熔融系统10的启动或关闭或在重新填充熔融单元20的料斗60后。当返回到步骤202时，可以使用与方法200的最后一次迭代相同的温度设定点来再次执行方法200，或者可以使用新的温度设定点来执行该方法。因此，方法100和200可以彼此独立地执行和重复。
现在参考图7A至图7C，将结合HMI设备408的显示器300进一步讨论方法100。显示器300可以包括平板电脑、移动电话、膝上型计算机或其他计算设备的屏幕，该屏幕被配置为显示示出熔融系统10的随时间的操作特征的图。例如，显示器300上显示的图可以使用线306示出贮存器30中的熔融材料M的液位，使用线310示出料斗60中的固体聚合物P的液位，以及使用线314示出如由传感器29所感测的熔融栅格40的当前温度。除了这些之外，显示器308还可以显示熔融系统10的多种其他方面和测量结果。例如，显示器300可以描绘如由框302中的温度传感器29所感测的熔融栅格40的当前温度。然而，设想的是，显示器308可以根据需要示出熔融系统10的任何其他测量或静态方面，诸如料斗60中的数值温度、料斗60的数值填充液位等。
图7A特别地描绘了在开始操作之前和紧接之后的熔融单元20。在操作之前，如线306的部分318所示，贮存器30中的熔融材料M的液位保持恒定，这是因为熔融栅格40没有将任何固体聚合物P熔融成熔融材料M。同样地，如线310的部分322所示，料斗60中的聚合物P保持恒定，这是因为固体聚合物P没有离开料斗60。附加地，如由温度传感器29所感测的熔融栅格40的温度保持恒定。在熔融单元20处于空闲的时间段期间，熔融栅格40可以维持处于第一非熔融温度，这将料斗60中的固体聚合物P维持处于基本上凝胶样状态。当重启熔融单元20的操作时，这将是有益的，这是因为固体聚合物P将已经处于升高状态，并且熔融固体聚合物P所需的时间将减少。这可以允许在不活动的时间段之间有较长的操作时间。如果控制器402确定空闲时间已经开始了预确定的时间段，则控制器402可以指示熔融栅格40的温度下降到低于非熔融温度，达到延长空闲温度。
在一段时间后，熔融系统10的操作员可以通过从贮存器30泵送出熔融材料M来发起熔融单元20的操作。因此，如线306的部分330所指示，贮存器30内的熔融材料M的液位将降低。现在参考图7B，响应于贮存器30中的熔融材料M的减少，熔融栅格40的温度将如线314的部分342所示地增加，以将料斗60中的固体聚合物P加热成熔融材料M。由于控制器402在方法100和200中采取的动作(如上所述)以及熔融系统10的操作员通过HMI设备408提供给控制器402的指令，就可能会导致温度增加。然而，料斗60中的固体聚合物P的液位将保持恒定，直到熔融栅格40的温度充分地上升以致使固体聚合物P开始熔融。
响应于熔融栅格40的温度增加，料斗60中的固体聚合物P将开始转变成熔融材料M并开始流过熔融栅格40到达贮存器30。随着熔融材料M流入料斗60，料斗中的固体聚合物P的液位也会下降。有鉴于此，控制器402可以经由HMI设备408产生警报，该警报通知熔融系统10的操作员应将附加的固体聚合物P添加到料斗60。线310的部分338指示因操作员手动地重新填充而造成的料斗60中的固体聚合物P的液位的增加。另选地，料斗60可以被附接到远程填充系统(未示出)，该远程填充系统可以根据来自控制器402的指令来自动地补充料斗中的固体聚合物P的供应。由于在料斗60的底部处在熔融栅格40附近的半熔融材料上的增加的重量，向料斗60添加附加的固体聚合物P将导致熔融材料M急剧地增加到贮存器30中，如线306的部分334所示，这可以迫使大量熔融和半熔融材料通过熔融栅格40。
继续图7B至图7C，在贮存器30中的熔融材料M的液位急剧地增加之后，将再次继续从贮存器30稳定地泵送熔融材料M，如线306的部分350所指示。同样地，随着固体聚合物P被转化为熔融材料M，料斗60中的固体聚合物P的液位将稳定地下降，如线310的部分346所指示。在此时间期间，熔融栅格40的温度将继续逐渐地增加，如线314的部分342所示。最终地，熔融栅格40将加热到其开始将来自料斗60的更多的固体聚合物P熔融成流动到贮存器30而不是泵送出贮存器30的液态材料M的点。因此，如线306的部分358所指示，贮存器30的熔融填充速率将变为正，并且贮存器30中的熔融材料M的液位将逐渐地上升。在此时间期间，料斗60中的固体聚合物P的液位可以在附加的填充循环之前“沉降”。在熔融材料M的液位已经在贮存器30中升高了一时间量之后，控制器402可以指示熔融栅格40的温度开始降低，如线314的部分354所示。如上文结合方法100所讨论，这是为了防止贮存器30内的熔融材料M的液位超过所期望的操作水平。因此，响应于熔融栅格40的温度的降低，贮存器30中的熔融材料M的液位将开始趋向平稳，如线306的部分364所示。
上述方法的使用允许熔融系统10在任何特定时刻精确地闭环实时控制由熔融栅格40熔融的材料的量，而不超出目标材料液位，从而提供真实按需熔融表现。熔融栅格40的温度和材料熔融速率的管理允许操作员利用熔融单元20中的固体聚合物P的低导热率和固有的绝缘性能，这是因为固体聚合物P形成了热屏障(或热阀)，该热屏障防止热量从贮存器30向上迁移到在上方储存在料斗60中的固体聚合物P。这阻止了熔融系统的操作员暴露于来自熔融材料M的有害烟气并允许机内储存大量的固体聚合物P，而不是先前的熔融系统所需的机外储存。附加地，这允许固体聚合物以先进先出工艺进行熔融。
虽然本文使用有限数量的实施方案描述了本发明，但是这些具体实施方案并不旨在限制本文中以其他方式描述和要求保护的本发明的范围。不应将本文所述的各种元件的精确布置以及物品和方法的步骤顺序视为限制性的。例如，尽管参考附图中顺序系列的参考符号和块的进展来描述方法的步骤，但是可根据需要以特定顺序来实现该方法。

Claims (23)

1.一种用于控制从熔融栅格接收在熔融系统的贮存器中的熔融材料的液位的方法，所述方法包括：
在第一时间从所述贮存器中的传感器接收所述熔融材料的第一液位；
在所述第一时间之后的第二时间从所述传感器接收所述熔融材料的第二液位；
从所述第一液位和所述第二液位确定所述熔融材料的熔融填充速率；
将所述熔融材料的所述熔融填充速率与熔融填充速率阈值进行比较，以确定在所述熔融填充速率与所述熔融填充速率阈值之间的差值；
至少基于所述熔融填充速率来确定所述熔融栅格的温度设定点；以及
调整所述熔融栅格的操作温度以匹配所述温度设定点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述熔融填充速率包括确定所述熔融填充速率为负。
3.根据权利要求2所述的方法，其中将所述熔融材料的所述熔融填充速率与所述熔融填充速率阈值进行比较包括确定所述熔融材料的所述熔融填充速率小于所述熔融填充速率阈值，所述方法还包括：
将所述熔融材料的所述第二液位与所期望的操作水平进行比较。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
将所述熔融材料的所述第二液位与所期望的操作水平进行比较包括确定所述第二液位大于所期望的操作水平；以及
确定所述熔融栅格的所述温度设定点包括基于所述熔融材料的所述第二液位和所述熔融材料从所述第一液位到所述第二液位的所述熔融填充速率来计算所述熔融栅格的较低温度设定点。
5.根据权利要求3所述的方法，其中：
将所述熔融材料的所述第二液位与所期望的操作水平进行比较包括确定所述第二液位小于所期望的操作水平；以及
确定所述熔融栅格的所述温度设定点包括基于所述熔融材料的所述第二液位和所述熔融材料从所述第一液位到所述第二液位的所述熔融填充速率来计算所述熔融栅格的较高温度设定点。
6.根据权利要求2所述的方法，其中：
将所述熔融材料的所述熔融填充速率与所述熔融填充速率阈值进行比较包括确定所述熔融材料的所述熔融填充速率大于所述熔融填充速率阈值；以及
确定所述熔融栅格的所述温度设定点包括基于所述熔融材料的所述第二液位和所述熔融材料从所述第一液位到所述第二液位的所述熔融填充速率来计算所述熔融栅格的较高温度设定点。
7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述熔融填充速率包括确定所述熔融填充速率为正。
8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述熔融材料的所述熔融填充速率与所述熔融填充速率阈值进行比较包括确定所述熔融材料的所述熔融填充速率小于所述熔融填充速率阈值，所述方法还包括：
将所述熔融材料的所述第二液位与所期望的操作水平进行比较。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：
将所述熔融材料的所述第二液位与所期望的操作水平进行比较包括确定所述第二液位大于所期望的操作水平；以及
确定所述熔融栅格的所述温度设定点包括基于所述熔融材料的所述第二液位和所述熔融材料从所述第一液位到所述第二液位的所述熔融填充速率来计算所述熔融栅格的较低温度设定点。
10.根据权利要求8所述的方法，其中：
将所述熔融材料的所述第二液位与所期望的操作水平进行比较包括确定所述第二液位小于所期望的操作水平；以及
确定所述熔融栅格的所述温度设定点包括基于所述熔融材料的所述第二液位和所述熔融材料从所述第一液位到所述第二液位的所述熔融填充速率来计算所述熔融栅格的较高温度设定点。
11.根据权利要求7所述的方法，其中：
将所述熔融材料的所述熔融填充速率与所述熔融填充速率阈值进行比较包括确定所述熔融材料的所述熔融填充速率大于所述熔融填充速率阈值；以及
确定所述熔融栅格的所述温度设定点包括基于所述熔融材料的所述第二液位和所述熔融材料从所述第一液位到所述第二液位的所述熔融填充速率来计算所述熔融栅格的较低温度设定点。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔融填充速率阈值是在一时间段内所述贮存器中的所述熔融材料的3％液位变化。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述时间段介于约15秒与约90秒之间。
14.根据权利要求1所述的方法，其中根据以下等式来执行确定所述温度设定点：
温度设定点+＝[(Ktl–C)*Kp]+[Δ*Kd]
其中：
Ktl＝目标容量液位
C＝当前熔融聚合物液位
Kp＝比例项常数
Δ＝熔融聚合物的熔融填充速率
Kd＝导数项常数。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述目标容量液位是所述贮存器的50％容量。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述熔融栅格的所述温度设定点与由最小熔融栅格温度和最大熔融栅格温度限定的准许熔融栅格温度的预确定的范围进行比较。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述最小熔融栅格温度是所述熔融材料的非熔融温度。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述最大温度是所述熔融材料的最大推荐操作温度。
19.一种用于将固体聚合物熔融成熔融材料的熔融系统，所述熔融系统包括：
料斗，所述料斗用于接收所述固体聚合物；
贮存器，所述贮存器用于接收所述熔融材料；
熔融栅格，所述熔融栅格设置在所述料斗与所述贮存器之间，以用于将所述固体聚合物加热成所述熔融材料；
传感器，所述传感器设置在所述贮存器中，以用于检测在所述贮存器中所述熔融材料的液位；和
控制器，所述控制器与所述熔融栅格和所述传感器电连通，以用于控制在所述贮存器中所述熔融材料的液位，其中所述控制器被配置为：
在第一时间从所述贮存器中的传感器接收所述熔融材料的第一液位；
在所述第一时间之后的第二时间从所述传感器接收所述熔融材料的第二液位；
从所述第一液位和所述第二液位确定所述熔融材料的熔融填充速率；
将所述熔融材料的所述熔融填充速率与熔融填充速率阈值进行比较，以确定在所述熔融填充速率与所述熔融填充速率阈值之间的差值；
至少基于所述熔融填充速率来确定所述熔融栅格的温度设定点；以及
调整所述熔融栅格的操作温度以匹配所述温度设定点。
20.根据权利要求19所述的熔融系统，其中所述控制器还被配置为：
将所述熔融材料的所述第二液位与所期望的操作水平进行比较。
21.根据权利要求20所述的熔融系统，其中所述控制器还被配置为：
通过确定所述第二液位大于所期望的操作水平来将所述熔融材料的所述第二液位与所期望的操作水平进行比较；以及
通过将所述熔融栅格的所述温度设定点设置为小于所述熔融材料的熔融温度来确定所述熔融栅格的所述温度设定点。
22.根据权利要求20所述的熔融系统，其中所述控制器还被配置为：
通过确定所述第二液位小于所期望的操作水平来将所述熔融材料的所述第二液位与所期望的操作水平进行比较；以及
通过基于所述熔融材料的所述第二液位和所述熔融材料从所述第一液位到所述第二液位的所述熔融填充速率来计算所述熔融栅格的所述温度设定点以确定所述熔融栅格的所述温度设定点。
23.根据权利要求19所述的熔融系统，其中所述熔融填充速率阈值是在一时间段内所述贮存器中的所述熔融材料的3％液位变化，所述时间段为约60秒。
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