CN112739521B

CN112739521B - 挤压设备的诊断故障排除系统

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Publication number: CN112739521B
Application number: CN201980060258.1A
Authority: CN
Inventors: 约翰·P·克里斯蒂亚诺
Original assignee: Davis Standard LLC
Current assignee: Davis Standard LLC
Priority date: 2018-09-13
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2023-06-27
Anticipated expiration: 2039-09-13
Also published as: CA3112771A1; EP3849774A1; JP2022500279A; CN112739521A; US20210402669A1; KR20210058895A; WO2020056253A1; KR102501832B1; JP7232904B2; EP3849774B1; US11478972B2; MX2021002944A

Abstract

一种挤压设备（140）包括诊断系统（100），所述诊断系统（100）包括：材料加工段（140M），具有挤压机螺杆（140A），被布置成在筒体（140B）中旋转；围绕所述筒体（140B）的护罩组件（140M）；温度控制系统，包括与所述筒体（140B）热传导连通的至少一个加热器（145）和至少一个冷却器系统（143）。所述挤压设备（140）包括速度控制设备（150），具有与速度变化装置（152）通信的驱动单元（154），所述速度变化装置（152）耦合到所述挤压机螺杆（140A）以使所述挤压机螺杆（140A）旋转。所述挤压设备（140）包括诊断系统（100），与所述材料加工段（140M）和/或所述速度控制设备（150）通信。所述诊断系统（100）包括：传感器系统（120A、120B、120C），与所述材料加工段（140M）和/或所述速度控制设备（150）通信；以及计算机处理器控制器（112），与所述至少一个传感器系统和计算机（116）通信，所述计算机处理器控制器（112）包括计算机可读介质（114），所述计算机可读介质（114）采用一种或多种算法，并且可由所述计算机（116）执行以产生表征（133、134）所述材料加工段（140M）和/或所述速度控制设备（150）的性能的信号。

Description

挤压设备的诊断故障排除系统

技术领域

本发明一般涉及一种用于挤压设备的诊断故障排除系统。

背景技术

挤压装置用于将材料熔化、混合并形成所需形状。典型的挤压装置包括旋转的螺杆，所述螺杆同轴地安装在温控的圆柱形筒体中。螺杆在筒体内旋转并驱动挤压材料(如塑料)穿过筒体。挤压材料被强制通过筒体末端的模具或孔。螺杆旋转的速度通常通过控制器控制，以在适当的温度下获得预定的挤压材料流。

挤压材料的温度通常在筒体中控制，以获得具有所需特性的产品和具有适当稠度的产品，从而迫使其通过模具。例如，筒体内的温度通过使用加热器(例如，电子线圈加热器)和冷却器(例如，水或空气循环热交换器)进行控制。

控制器接收来自温度传感器的信号，所述温度传感器位于沿着筒体长度的不同位置处的挤压设备的筒体内部和周围。控制器确定给定热交换区的温度相对于热交换区的温度设定点是太冷还是太热。如果存在差异，控制器会向相应的加热器或冷却器发出信号，以增加或减少特定区域的热量。

现有技术的挤压设备在克里斯蒂诺(Christiano)等人的美国专利第9,266,274B2号中和克里斯蒂诺等人的美国专利第9,782,922B2号中公开。参考图1，这些挤压设备具体公开了具有多个加热器的多个加热器-冷却器系统43，所述多个加热器与挤压设备40的筒体热连通。如图1所示，每个加热器-冷却器系统43均包括进气口55，风机57连接到所述进气口55。如图2中所示，挤压设备40包括多个加热器45、46、47。

在图3中，例如，示出了一个护罩组件51。然而，挤压设备40包括多个护罩组件51，其彼此相邻并对应于图1中所示的每个加热器-冷却器系统43。如图3所示，每个护罩组件51都有一个进气口55和一个排气口56，其中风机57(参见图1)连接到进气口55。图1中所示的风机57向空腔输送空气。每个护罩组件51的一部分都包括排气口56，所述排气口56具有可移动的挡板(flap)58F。图1中所示的风机57的操作增加了空腔中的压力，从而打开挡板58F，如图3所示。当图1中所示的风机57断电时，，图3中所示的挡板58F将空腔密封在关闭位置。

上述现有技术的挤压设备遇到组件故障，导致意外停机，从而降低生产率和盈利能力。挤压设备中的组件故障包括但不限于轴承磨损导致的电机和齿轮箱故障、挤压设备和下游组件上的加热器故障、导致加工问题的螺杆和筒体过度磨损以及电气组件故障(如电机驱动控制系统等)。

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JPS6331731公开了一种用于控制挤压成型机、注塑机和吹塑机(例如用于成型熔融塑料材料的挤压机)的方法。

美国专利第Re.31,903号公开了一种对系统中挤压机筒体工作温度的控制，所述系统包括壳体，所述壳体围绕筒体并提供用于与挤压机筒体进行热交换的热交换元件。

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美国专利第4,784,595号公开了一种用于挤压热塑性材料的设备，所述设备包括带有挤压机螺杆的挤压机和带有进料口的挤压机外壳、进料装置、带有变速电机的驱动器和用于质量温度的调节装置级联。

EP 2 975 480公开了用于接收工业监测系统中第一件设备的选择指示的系统和方法。所述系统和方法还包括在对应于第一传感器的图中确定第一目标特征(firstfeature of interest)。此外，所述系统和方法包括在第二图中将所述第一目标特征与相应的第二目标特征相匹配。此外，所述系统和方法包括至少部分地基于所述第一目标特征和相应的第二目标特征，将第一图与第二图叠加。

ES2532750A1涉及一种使用永久安装在生产工具中的智能模块(例如，计算机)的方法，所述智能模块能够在学习阶段中获取和存储生产数据并专家评估每个周期中的结果，所述学习阶段生成专家模型以评估生产阶段中的每个生产周期并命令包括这些工具的生产机械所必要的自主控制动作。

美国专利申请公开案第US 2016/0236392涉及一种成型条件诊断装置，其能够根据在连续自动操作期间检测到的测量值来诊断预设成型条件的适当性。

因此，需要一种用于挤压设备的诊断故障排除系统，其识别组件故障以解决上述问题。

发明内容

本文公开了一种包括诊断系统的挤压设备。所述挤压设备包括材料加工段，所述材料加工段包括被布置成在筒体中旋转的挤压机螺杆。护罩组件围绕所述筒体。所述挤压设备包括温度控制系统，所述温度控制系统具有一个或多个加热器和一个或多个冷却器系统，所述冷却器系统与所述筒体热传导连通。所述挤压设备包括速度控制设备，所述速度控制设备具有与速度变化装置通信的驱动单元。所述速度变化装置耦合到所述挤压机螺杆，以使所述挤压机螺杆在所述筒体中旋转。所述挤压设备包括与所述材料加工段和/或速度控制设备通信的诊断系统。所述诊断系统包括(a)一个或多个与材料加工段和/或所述速度控制设备通信的传感器系统；和(b)与所述传感器系统和计算机通信的计算机处理器控制器。所述计算机处理器控制器包括计算机可读介质，所述计算机可读介质采用一种或多种算法，并且可由所述计算机执行以生成表征所述材料加工段和/或所述速度控制设备的性能的信号。

在一个实施例中，所述信号包括加热器连续性诊断数据、加热器电阻诊断数据、电磁阀诊断数据、螺杆振动诊断数据、阀诊断数据、泄漏数据、流动阻塞数据、热电偶诊断数据、风机诊断数据，和/或冷却系统诊断数据。

在一个实施例中，所述信号包括齿轮箱诊断数据、电机诊断数据、轴承诊断数据、电机和齿轮箱振动诊断数据、轴承诊断数据，和/或润滑诊断数据。

在一个实施例中，所述算法包括被配置成识别所述挤压设备的部分的剩余寿命的预测模型。

在一个实施例中，所述挤压设备包括与所述控制器通信的数据存储装置。所述数据存储装置被配置成存储所述性能信息的历史。所述算法包括比较模块，所述比较模块被配置成将当前操作配置的所述性能信息与所述历史进行比较，并生成预测寿命消息和/或维护建议。

在一个实施例中，显示器与所述控制器通信，并且所述显示器被配置成呈现诊断标记。

在一个实施例中，所述传感器系统包括用于监测所述挤压设备消耗的所述电流的传感器。

在一个实施例中，所述传感器系统被配置成监测所述速度控制设备中润滑油量的充足性，并在出现润滑油不足的情况时触发警报。

在一个实施例中，当到所述驱动单元的电流不足时，所述诊断系统产生警报。

在一个实施例中，所述传感器系统包括油过滤器压差传感器。

在一个实施例中，所述传感器系统包括检测所述挤压设备的移动的运动传感器。

在一个实施例中，所述传感器系统包括测量从所述挤压设备挤压的产品尺寸的传感器。

在一个实施例中，所述控制器包括控制信号发生器，所述控制信号发生器与所述材料加工段和/或所述速度控制设备通信并且被配置成用于控制所述材料加工段和/或所述速度控制设备。

本文公开了一种用于挤压设备的诊断系统。所述诊断系统包括计算机处理器控制器、计算机和一个或多个传感器系统。所述计算机处理器控制器与计算机通信，并且包括采用一种或多种算法的计算机可读介质。所述计算机执行所述算法以生成所述挤压设备的性能部分或整个的诊断标记。所述传感器系统与所述控制器通信并向所述控制器发送信号。所述传感器系统与所述挤压设备的温度控制系统和/或速度控制设备通信。所述诊断标记包括关于所述温度控制系统和/或所述速度控制设备的性能信息。

在一个实施例中，关于所述温度控制系统的所述性能信息包括加热器连续性诊断数据、加热器电阻诊断数据、电磁阀诊断数据、螺杆振动诊断数据、阀诊断数据、泄漏数据、流动阻塞数据、热电偶诊断数据、风机诊断数据，和/或冷却系统诊断数据。

在一个实施例中，关于所述速度控制设备的所述性能信息包括齿轮箱诊断数据、电机诊断数据、轴承诊断数据、电机和齿轮箱振动诊断数据、轴承诊断数据，和润滑诊断数据。

在一个实施例中，所述算法是被配置成识别所述挤压设备部分的剩余寿命的预测模型。

在一个实施例中，所述诊断系统包括与所述控制器通信的数据存储装置。所述数据存储装置存储所述性能信息的历史，并且所述算法包括比较模块，所述比较模块将当前操作配置的所述性能信息与所述历史进行比较，以便生成预测寿命消息和维护建议。

在一个实施例中，所述诊断系统包括与所述控制器通信的显示器。所述显示器呈现诊断标记。

在一个实施例中，所述控制器包括与所述筒体温度控制系统和/或所述速度控制系统通信并控制其的控制信号发生器。

在一个实施例中，所述控制信号发生器基于所述算法生成控制信号。

在一个实施例中，所述传感器系统包括用于测量所述挤压设备消耗的电流的监视器。

在一个实施例中，所述传感器系统测量从所述筒体挤压的产品的尺寸。

在一个实施例中，所述诊断系统用于包括耦合到多个加热器和/或冷却器的筒体的挤压设备。进料斗向所述筒体供应材料。螺杆可旋转地支撑在所述筒体中，速度变化装置耦合到所述螺杆上。驱动单元耦合到所述速度变化装置。

附图说明

图1是现有技术的单筒挤压机的透视图；

图2是与现有技术的挤压机的筒体热连通的三个加热器的透视图；

图3是现有技术的加热器-冷却器系统的一部分的视图；

图4A是用于根据本发明的空冷式(air cooled)挤压设备的诊断故障排除系统的示意图；

图4B是用于根据本发明的液冷式(liquid cooled)挤压设备的诊断故障排除系统的示意图；

图5描绘了根据本发明的加热器系统诊断仪表板；

图6A是示出图5的仪表板随时间在四个区域中记录的温度响应的线形图；

图6B描绘了包括根据本发明的温度传感器的状态的诊断仪表板；

图7描绘了根据本发明的风机的诊断仪表板；

图8描绘了根据本发明的齿轮箱组件的诊断仪表板；

图9描绘了包括根据本发明的轴承测量的诊断仪表板；

图10是示出由图9的诊断仪表板记录的具有状态指示符的轴承测量的直方图；

图11描绘了根据本发明的齿轮箱组件的诊断仪表板；且

图12描绘了评估图11的诊断仪表板中呈现的测量的诊断仪表板。

具体实施方式

如图4A所示，诊断系统100被集成到挤压设备140的控制设备中。诊断系统100验证挤压设备140的组件是否正常工作、识别异常操作、诊断异常操作并建议纠正异常操作的动作。如本文所述，所示诊断系统100具有四个传感器系统120A、120B、120C、120D。传感器系统120A、120B和120C在图4A上由元件编号为120的支架(bracket)共同表示。传感器系统120A、120B、120C、120D包括温度传感器(例如热电偶)、振动传感器、液位传感器、空气流量传感器、用于测量挤压材料厚度的测厚仪传感器、电流传感器、速度传感器、化学分析传感器(例如，用于测试速度控制装置中的油状况)、电阻传感器、泄漏检测传感器、噪声监测传感器、压力传感器、位移传感器和电气连续性传感器。诊断系统应用算法来确定挤压设备140的性能，例如确定挤压设备140的组件是否在可接受的设计极限内工作。虽然诊断系统100被示出具有四个传感器系统120A、120B、120C、120D，但是本发明在这方面不受限制，因为可以使用多于或少于四个的传感器系统。

如图4A所示，挤压设备140包括材料加工段140M，所述材料加工段140M包括挤压机螺杆140A，所述挤压机螺杆140A被布置用于在筒体140B(例如，空心圆柱形容器)中旋转。挤压机螺杆140A由轴承140X和140Y支撑在筒体140B中。筒体140B和挤压机螺杆140A被指定为三个区域，即：(1)进料区149F，(2)压缩区149C，以及(3)计量区149M。料斗144连接在料筒140B的开口处的料筒140B上，在进料区149F中进料待挤压的材料，例如聚合物进入料筒140B。待挤压的材料通过料斗144送入料筒149F，通过旋转挤压机螺杆140A，将材料从进料区149F穿过筒体能40B推送到压缩区149C，然后按箭头F的方向进入计量区149M。通过旋转挤压机螺杆140A，材料被挤出计量区149M进入模具140D中。挤压设备140的材料加工段140M可具有三个以上的区域，如图5、6B和7所示，其中显示了六个区域，即，149F1、149F2、149C1、149C2、149M1和149M2。

如图4A所示，三个护罩组件141A、141B和141C围绕筒体140B，每个护罩组件141A、141B和141C限定了空腔149A、149B和149C，位于各自的护罩组件141A、141B和141C和筒体140B的外表面之间。每个护罩组件141A，141B和141C分别具有入口155A、155B和155C以及出口156A、156B和156C。虽然筒体140B显示有三个护罩组件141A、141B和141C，每个护罩组件分别有入口155A、155B和155C以及出口156A、156B和156C，但本发明在这方面不受限制，因为筒体140B可配置有多于或少于三个护罩组件，每个护罩组件具有一个或多个各自的入口和出口。

如图4A所示，温度控制系统142控制筒体140B的温度，其影响挤压机螺杆140A和筒体140B中包含的待挤压材料(例如聚合物)的温度。所示温度控制系统142具有三个加热器145A、145B和145C(例如，电阻加热器)，可相互独立控制。温度控制系统142显示有三个冷却器系统143A、143B和143C。冷却器系统143A、143B和143C以及加热器145A、145B和145C与筒体140B热传导连通。每个冷却器系统143A、143B和143C都有风机157A、157B和157C，分别连接到入口155A、155b和155C并分别与入口155A、155B和155C流体连通。虽然温度控制系统142被示出并描述为具有三个加热器145A、145B和145C以及三个冷却器系统143A、143B和143C，但本发明在这方面不受限制，因为温度控制系统142可以具有多于或少于三个加热器和冷却器系统。虽然冷却器系统143A、143B和143C被描述为具有各自的风机157A、157B或157C中的一个，但是本发明在这方面不受限制，因为每个冷却器系统143A、143B和143C可以使用一个以上的风机、利用冷却液(例如水)的闭环流动回路的液基冷却系统，其具有泵和合适的阀或其组合，如图4B所示。

如图4A所示，挤压设备140包括速度控制设备150，其具有与速度变化装置152(例如，齿轮箱)通信的驱动单元154(例如，电机、涡轮等)。速度变化装置152耦合到挤压机螺杆140A，以使挤压机螺杆140A在筒体140B中旋转。

如图4A所示，诊断系统100的计算机处理器控制器112与计算机116通信。计算机处理器控制器112具有采用可由计算机116执行的一种或多种算法的计算机可读介质114。传感器系统120A、120B、120C、120D测量指示挤压设备140的性能的参数，并将所述数据发送到计算机处理器控制器112。计算机116运行算法以解释由传感器系统120A、120B、120C、120D测量的数据，生成诊断标记133、134以评估挤压设备140的部分和整个挤压设备140的性能，并建议对挤压设备140的异常操作的补救措施。传感器系统120A、120B、120C、120D测量指示挤压设备140的各个组件的性能的参数。控制信号发生器160与挤压设备140的温度控制系统142和速度控制设备150通信。在一个实施例中，控制信号发生器160使用算法来生成控制信号，所述控制信号经由对速度控制设备150的调整(例如调整驱动单元154的速度)来调整加热器145A、145B和145C、风机157A、157B和157C的操作以及挤压机螺杆140A的转速。在一个实施例中，传感器系统120A、120B、120C、120D监视指示挤压设备140的性能的参数。例如，传感器系统120A、120B和/或120C测量挤压设备140的每个区域(即进料区域149F、压缩区域149C和计量区域149M)的安培使用量(例如，电流消耗)。传感器系统120A、120B和/或120C被配置成测量每个加热器145A、145B和145C以及每个风机157A、157B和157C的安培使用量。在一个实施例中，诊断系统100使用算法来解释传感器系统120A、120B、120C、120D的测量值，并确定操作条件为可接受且在设计极限内，趋向于超出设计极限且超出设计极限且需要维护，并建议纠正挤压设备140异常操作的补救措施。

诊断标记133、134由计算机可读介质114使用被配置成处理和分析指示挤压设备140的性能的参数(例如温度控制系统142和速度控制设备150的性能)的算法生成。关于温度控制系统142的性能信息包括但不限于加热器连续性诊断数据、加热器电阻诊断数据、电磁阀诊断数据、螺杆振动诊断数据、阀诊断数据、泄漏数据、流动阻塞数据、热电偶诊断数据、风机诊断数据等冷却系统诊断数据。关于速度控制设备150的性能信息包括但不限于齿轮箱诊断数据、电机诊断数据、轴承诊断数据、电机和齿轮箱振动诊断数据、轴承诊断数据、油过滤器压差数据和润滑诊断数据。在一个实施例中，性能信息包括监视挤压设备140本身的移动。在一个实施例中，性能信息包括来自测量系统的尺寸，所述测量系统在由挤压设备140进行处理期间和/或之后以及离开模具140D期间和/或之后测量挤压材料166。

在图4A所示的实施例中，数据存储装置118还与计算机处理器控制器112通信。数据存储装置118被配置成存储前述性能信息的历史，并且所述算法包括被配置成将当前操作配置的性能信息与存储在数据存储装置118上的历史进行比较的比较模块，生成预测寿命信息和维护建议。所述算法包括被配置成识别挤压设备140的部分的剩余寿命的预测模型。诊断检查包括但不限于电机寿命、电机驱动控制寿命、齿轮箱油寿命、挤压机螺杆寿命、挤压机筒体寿命、挤压机加热器寿命、挤压机冷却器寿命、管路组件轴承寿命、管路组件加热器寿命、管路组件冷却器寿命、管路组件电机和驱动器寿命，以及测量系统组件寿命(放射源)。诊断检查还被配置为将传感器读数和性能数据与历史参考值进行比较。图4B所示的诊断系统100′的配置类似于图4A所示的诊断系统100，并且具有数据存储装置118′，其功能类似于本文参考图4A所述的数据存储装置118。

参考图4A，诊断系统100包括显示器130(例如，视频或计算机屏幕、移动电话设备等)，其与计算机处理器控制器112通信以呈现诊断标记133、134。显示器130以图形方式在仪表板上显示警报，所述警报在需要采取纠正措施时向操作员发出警报。在挤压设备140的整个操作过程中，警报在组织的多个级别上被传达，例如，(1)在机器级别，仪表板在人机界面(“HMI”)上显示挤压设备140的组件的状态；(2)在工厂级别，警报将必要的维护警报传达给用户工厂服务器系统，通过在工厂内部网系统上发送数据；和/或(3)在企业级别，信息通过互联网(或云)使用外部网络进行通信，以在整个企业内进行通信。诊断系统100被配置为基于在企业级发送的警报从远程位置操作。图4B所示的诊断系统100′具有显示器130′，其配置类似于图4A所示并在本文中描述的显示器130。

图5描绘了加热器系统诊断仪表板200形式的标记133、134，所述加热器系统诊断仪表板200包括挤压设备140和速度控制设备150的表133和示意图134。仪表板200显示在机器、工厂和/或企业级别。根据电气和机械系统检查、挤压设备140的温度控制系统142的每个区域或筒体区域149F1、149F2、149C1、149C2、149M1、149M2的加热器连续性、加热器电阻、热电偶和冷却子系统状态(如电磁阀、风机、阀等)，诊断系统100(例如，参见图4A)将标记133、134显示为绿色，黄色和/或红色指示灯，如本文关于图6B、7和8所述。诊断系统100在加热器启动时测量每个加热器145A、145B、145C的电连续性和电阻，并且算法将测量的电连续性和电阻与存储在数据存储装置118中的参考值进行比较，例如图4A所示。在一些实施例中，连续性和电阻测量值在仪表板上制成表格，以便维护。诊断系统100采用算法来检测每个加热器145A、145B、145C的开路状况和电阻率，如果测量的开路状况和电阻率与预测值不一致，诊断系统100生成并启动警报并建议纠正措施。

通过操作挤压设备140的各种组件并检查预期响应来检查图4A所示的传感器系统120A、120B、120C、120D的正确性能。例如，操作加热器145A、145B和145C以升高温度，并检查传感器系统120A、120B和120C(例如，温度传感器)的响应，以验证指示的温度升高。

参考图4A，一旦挤压设备140已经达到指定温度并且在稳态条件下进行控制并且在挤压设备140运行材料(即，挤压机螺杆140A是静止的)之前，算法将或促使将冷却器系统143A、143B、143C投入运行(例如，操作风机157A、157B、157C)，且算法使诊断系统100检查传感器系统120A、120B和120C的响应。如果所述区域的温度没有按照参考值降低，则算法生成一个信号，通知操作员检查风机157A、158B、157C，检查冷却液通道和空腔149A、149B、149C是否堵塞，并补救问题。

参考图4A，诊断系统100还启动脉冲响应以检查风机157A、157B、157C。在工作温度下，算法使诊断系统100对每个风机进行脉冲，并生成指示风机157A、157B、157C响应的信号。如果风机157A、157B、157C不工作，则算法生成信号，提醒操作员检查连续性，检查以确定风机的气流路径是否受限，检查断路器，检查风机风扇和/或更换驱动单元154。

如图6A所示，诊断标记133包括分别显示作为每个区域149F、149C和149M的时间函数的温度曲线301、302和303的图300。

仪表板400(如图6B所示)显示作为挤压设备140的材料加工段140M和速度控制设备150的示意图134的标记133、134，以及用颜色编码系统指示作为时间函数的每个区域149F1、149F2、149C1、149C2、149M1、149M2中的温度变化(例如，温度升高或降低)的状态的表133。对于149F1、149F2、149C1和149M2区域，每分钟的温升以度为单位，通过图6B中带黑色周长的白色圆圈所示的绿色圆点表示在可接受的设计范围内。对于149M1区，每分钟的温升用黄色圆点表示在设计范围内或趋向于超出设计范围，黄色圆点在图6B中表示为带有黑色周长的交叉阴影的圆。对于149C2区，每分钟的温升用图6B中实心黑色圆圈所示的红色圆点表示为超出设计范围。所述算法包括检测、诊断和报告异常温度或温度上升率的逻辑。如果传感器系统120A、120B、120C、120D检测到异常温度，例如高于2000°F，则所述算法生成一个警报，指示温度传感器可能损坏，并建议有必要更换一个或多个传感器系统120A、120B、120C、120D中的温度传感器。如果传感器系统120A、120B、120C、120D检测到异常温度，例如环境温度(例如，80华氏度)，则算法生成检查电气连续性的动作，生成指示温度传感器中潜在电气短路的警报，并建议更换温度传感器一个或多个传感器系统120A、120B、120C、120D中的传感器。

所述算法检查加热器145A、145B、145C的电气连续性、安培负载(例如电流消耗)和电阻率，并确定连续性、安培负载和电阻率是否在设计范围内。所述算法表示加热器145A、145B、145C的工作条件(例如，在设计范围内或之外)。如果连续性、安培负载和电阻率得到确认，并且加热速率大于参考值，则算法将向操作员报告加热器145A、145B和145C的状况。向操作员提交的报告配置为在机器级、工厂内部网和企业级通过互联网云进行。

如图4B所示，如本文所述，诊断系统100'具有四个传感器系统120A'、120B'、120C'、120D'。传感器系统120A'、120B'和120C'在图4B上由元件编号为120'的支架共同表示。传感器系统120A、120B、120C、120D包括温度传感器(例如热电偶)、振动传感器、液位传感器、空气流量传感器、用于测量挤压材料厚度的测厚仪传感器、电流传感器、速度传感器、化学分析传感器(例如，用于测试速度控制设备中的油状况)、电阻传感器、泄漏检测传感器、噪声监测传感器、压力传感器、位移传感器和电气连续性传感器。诊断系统应用算法来确定挤压设备140'的性能，例如确定挤压设备140的组件是否在可接受的设计极限内工作。

如图4B所示，诊断系统100的计算机处理器控制器112'与计算机116'通信。计算机处理器控制器112’具有计算机可读介质114’，其采用可由计算机116’执行的一种或多种算法。传感器系统120A'、120B'、120C'、120D'测量指示挤压设备140'的性能的参数，并将所述数据发送到计算机处理器控制器112'。计算机116'运行算法以解释由传感器系统120A'、120B'、120C'、120D'测量的数据，生成诊断标记133'，134'，以评估挤压设备140'的部分和整个挤压设备140'的性能，并建议对挤压设备140'的异常操作的补救措施。传感器系统120A'、120B'、120C'、120D'测量指示挤压设备140'的单个组件的性能的参数。控制信号发生器160'与挤压设备140'的温度控制系统142'和速度控制设备150'通信。

如图4B所示，筒体140B'和挤压机螺杆140A'被指定为三个区域，即，(1)进料区149F'，(2)压缩区149C'，(3)计量区149M'。料斗144'连接到筒体140B'上，位于进料区149F'的筒体140B'的开口处，以将要挤压的材料(如聚合物)送入筒体140B'，并沿箭头F的方向穿过筒体140B'。挤压设备140'包括三个围绕筒体140B'的护罩组件141A'、141B'和141C'，每个护罩组件141A'、141B'和141C'限定空腔149A'、149B'和149C'，位于各自的护罩组件141A'、141B'和141C'和筒体140B'的外表面之间。挤压机螺杆140A'由轴承140X'和140Y'旋转支撑。挤压材料166'在模具140D'处退出所述筒体140B。挤压设备140’采用温度控制系统142，所述系统具有使液体冷却液在其中循环的三个液基冷却器系统143A’、143B’和143C’。液基冷却器系统143A’是闭环系统，具有循环泵P1和泵排放管166D’，通过管道155’和入口155A’与空腔149A’流体连通。阀和致动器组件V1(例如，电磁阀或节流阀)位于排放管166D'中。回流管166R'通过出口156A'与空腔149A'流体连通。回流管166R'通过管道156’与热交换器166H'流体连通，例如热交换器166H'的管侧。排热介质(例如空气)被迫通过热交换器166H'，以降低流经其中的冷却液的温度。阀和致动器组件V2和V3(如电磁阀、隔离阀或切断阀)分别位于热交换器166H'的上游和下游。热交换器166H'与泵166P的入口流体连通。液基冷却器系统143B'和143C'的配置与液基冷却器系统143A'相似，例如，通过泵P1、阀V1、V2和V3；相应的空腔149B'和140C'以及相应的入口155B'和155C'，相应的出口156B'和156C'以及相应的管道155'和156'。

如图4B所示，挤压设备140'包括具有与速度变化装置152’(例如齿轮箱)通信的驱动单元154’(例如电机、涡轮机等)的速度控制设备150’。速度变化装置152'耦合到挤压机螺杆140A'，以使挤压机螺杆140A'在筒体140B’中旋转。

参考图4B，诊断系统100利用算法对阀和致动器组件V1、V2和V3进行检查，例如，一旦加热器145A'145B'和145C'达到预定工作温度，就启动对阀V1、V2和V3的致动器的脉冲检查(例如，电脉冲)。如果一段时间内的温升低于预期，如果温度从未达到设定值，或者如果在空载条件下对阀V1、V2和/或V3的要求很高，则算法会识别一个或多个阀V1、V2和V3泄漏，从而导致筒体140B的非预期冷却。如果没有响应对于脉冲检查，算法确定一个或多个阀V1、V2、V3关闭，或者冷却通道可能堵塞，导致冷却不足。在稳态运行时，在加工材料之前(在零螺杆速度下)，如果算法确定加热器145A、145B和145C上的安培负载(例如，电流消耗)和/或需求大于参考值，则算法指示一个或多个阀V1、V2和V2可能泄漏，并开始对阀V1、V2和V3的操作进行诊断检查。

参考图4B，一旦挤压设备140已经达到指定温度并且在稳态条件下进行控制并且在挤压设备140’运行材料(即，挤压机螺杆140A是静止的)之前，算法将或促使将冷却器系统143A、143B、143C投入运行(例如，打开阀V1、V2和V3并运行泵166P’)，且算法使诊断系统100检查传感器系统120A、120B和120C响应。如果所述区域的温度没有按照参考值降低，则所述算法生成一个信号，通知操作员检查阀V1、V2、V3以及泵166P'，并检查冷却液通道和空腔149A、149B、149C是否堵塞，并补救问题，如无意中打开或关闭阀V1、V2或V3，或产生信号，以更换遇到流动阻塞和/或堵塞的组件(如阀V1、V2、V3)。

图7示出了作为仪表板500的标记133、134，其包括挤压设备140的示意图134以及指示挤压设备140的状态的表133。仪表板500由基于以下各者的算法生成：加热器(例如，加热器145A、145B、145C)的电气连续性和电阻检查；传感器系统120A、120B、120C的检查；以及冷却器系统143A、143B、143C的检查，图4A所示。仪表板包括挤压设备140的示意图134以及表133，表133用颜色编码系统指示加热器连续性和加热器电阻(例如，图4A所示的加热器145A、145B、145C的状态)、、热电偶数据(关于用于材料加工段140M的传感器系统120A、120B、120C和用于速度控制设备150的传感器系统120D的信息，图4A所示)，以及冷却子系统数据(冷却器系统143A、143B、143C的状态，图4A所示)。设计范围内的可接受值由图7中带有黑色周长的白色圆圈所示的绿色圆点表示；边缘或趋势超出设计范围的值由图7中带有黑色周长交叉阴影的圆圈所示的黄色圆点表示；并且超出设计范围的值由图7中示出为实心黑色圆的红色点指定。

如图8所示，所述算法使得参考图4A所示并描述的诊断系统100监视挤压设备140的机械和电气组件，以测量轴承、电机和电气子系统装置的性能。所述算法将测量的性能参数与历史值进行比较，或根据预测模型进行解释，以估计组件(如轴承)的寿命，作为运行条件和运行小时数的函数。所述算法使用以下等式：

轴承寿命＝f(运行条件，运行小时数)

图8将标记133、134描绘为由参考图4A所示并描述的诊断系统100创建的仪表板600。仪表板600包括剖视图中所示的速度控制设备150的示意图134和表133，表133包括速度变化装置152的组件状态，包括高速、中速、低速止推轴承和油的状态以及油过滤器寿命。所述算法基于历史数据或其它分析，对油过滤器和油寿命进行预测。

参考图4A所示并描述的诊断系统100使用振动传感器来测量挤压设备140的速度控制设备150中的轴承的性能状态。如图9所示，标记133、134以仪表板700的形式示出，仪表板700描绘振动传感器的测量值的表133以及速度控制设备150的速度控制装置152的剖视图像134。图9所示的表133示出了来自速度控制设备150的操作期间的振动测量值。图4A所示的传感器系统120D测量速度控制设备150上的振动水平，并在机器、工厂和/或企业级别存储这些值。这些值由参考图4A所示并描述的诊断系统100跟踪，并且算法将测量值与历史值以及基于运行条件和运行小时数从其它算法生成的预测值进行比较。

如图10所示，标记133以图形800的形式示出，所述图形800示出了以直方图形式绘制的历史数据，所述直方图形式由参考图4A所示并描述的诊断系统100生成。左侧或y轴的颜色编码显示第一颜色(例如，绿色)表示可接受范围801，第二颜色(例如，黄色)表示警告范围802，第三颜色(例如，红色)表示紧急报警范围803。如果轴承在紧急报警范围803内，则参考图4A所示并描述的诊断系统100产生信号以警告操作员需要采取行动来更换804或翻新805轴承。

如图11所示，标记133呈算法生成的仪表板900的形式。仪表板900在速度控制设备150中显示油温和压力901、902，在驱动单元154中显示温度903(参见图4A)(例如，各种电机绕组和散热器的温度)，驱动单元154的已过寿命或剩余寿命904和包括驱动单元154和速度变化装置152的速度控制设备152(参见图4A)的运行小时数906和启动次数905。每个值存储在数据存储装置118(参见图4A)中，并通过算法与参考值进行比较。在算法中使用所述数据来估计速度控制设备150的寿命，并且在发生故障之前发送警报以更换组件。

如图12所示，以由算法生成的仪表板1000的形式来描绘标记133。仪表板1000包括挤压设备140(包括材料加工段140M)和速度控制设备150的示意性俯视图，所述示意图显示驱动单元154中测量的预期温度值(例如，各种电机绕组和散热器的温度1001)与期望值的偏差、驱动单元154中测量的温度1002与期望值的偏差、速度变化装置152(例如，齿轮箱)中测量的温度1003、1004和速度变化装置152中的压力1005与期望值的偏差。当检测到电机电流不足或其它机械或电气系统不能正常工作时，诊断系统100的算法产生警报。

诊断系统100还评估挤压机螺杆140A和筒体140B的磨损。在一个实施例中，算法使用以下等式计算螺杆的寿命：

％螺杆寿命＝f(结构材料、操作条件、加工材料、运行时间)

在另一实施例中，所述算法使用历史参考值来计算螺杆磨损。所述算法认识到，当挤压机螺杆140A磨损时，挤压设备140的输出(例如，lb/hr-rpm)在给定转速下减小，并且当挤压设备140是新的时将所述输出与参考值进行比较。所述算法使得周期性地测量输出，将其存储在数据存储装置118中并与参考值进行比较。输出由诊断系统在机器、工厂和/或企业级别进行通信。诊断系统100被配置成向操作员发送警报，指示何时需要维护或更换挤压机螺杆140A。

在一个实施例中，算法使用以下等式计算筒体140B的寿命：

％筒体寿命＝f(结构材料、操作条件、加工材料、运行时间)

在另一实施例中，通过使用历史值的算法来评估筒体140B的磨损。这些算法认识到，当筒体140B磨损时，挤压设备140的输出以给定转速降低。所述算法使得周期性地测量输出，将其存储在数据存储装置118中并与参考值进行比较。输出由诊断系统在机器、工厂和/或企业级别进行通信。诊断系统100被配置成向操作员发送警报，指示何时需要维护或更换筒体140B。

在一个实施例中，诊断系统使传感器系统120D监测速度变化装置152中润滑油的存在(例如，油位)和/或质量。计算机处理器控制器112解释传感器系统120D的测量并向操作员指示状态。在一个实施例中，诊断系统100在机器、工厂和/或企业级别生成警报，以指示润滑油存在不足。

尽管已经参考本发明的某些实施例公开和描述了本发明，但是应当注意，可以进行其它的变化和修改，并且期望以下权利要求涵盖本发明的真实范围内的变化和修改。

Claims

1.一种具有诊断系统（100、100’）的挤压设备（140、140’），所述挤压设备（140、140’）包括：

材料加工段（140M、140M’），包括挤压机螺杆（140A、140A’），被布置成在筒体（140B、140B’）中旋转；围绕所述筒体（140B、140B’）的护罩组件（141A、141B、141C、141A’、141B’、141C’）；温度控制系统，包括至少一个加热器（145A、145B、145C、145A’、145B’、145C’）和至少一个冷却器系统（143A、143B、143C、143A’、143B’、143C’），所述冷却器系统与所述筒体（140B、140B’）热连通；

速度控制设备（150、150’），包括与速度变化装置（152、152’）通信的驱动单元（154、154’），所述速度变化装置（152、152’）耦合到所述挤压机螺杆（140A、140A’）以使所述挤压机螺杆（140A、140A’）旋转；其特征在于：

诊断系统（100、100’），与所述材料加工段（140M、140M’）和所述速度控制设备（150、150’）通信，所述诊断系统（100、100’）包括：

（a）第一传感器系统（120A、120B、120C、120A’、120B’、120C’），与所述材料加工段（140M、140M’）通信，和第二传感器系统（120D、120D’），与所述速度控制设备（150、150’）通信；

（b）计算机处理器控制器（112、112’），与所述第一传感器系统（120A、120B、120C、120A’、120B’、120C’）和所述第二传感器系统（120D、120D’）以及计算机（116、116’）通信，所述计算机处理器控制器（112、112’）包括计算机可读介质（114、114’），所述计算机可读介质（114、114’）采用至少一种算法，并且可由所述计算机（116、116’）执行以产生表征所述材料加工段（140M、140M’）和所述速度控制设备（150）的性能的信号；以及

（c）数据存储装置（118、118'），与所述控制器（112、112'）通信，所述数据存储装置（118、118'）被配置为存储所述性能信息的历史，所述至少一种算法包括比较模块，所述比较模块被配置为生成当前操作配置的所述性能信息与性能信息的所述历史的比较；

其中所述至少一种算法包括预测模型，所述预测模型被配置为使用当前操作配置，基于所述当前操作配置的所述性能信息与性能信息的所述历史的比较，来识别所述筒体（140B、140B'）、所述螺杆（140A、140A'）和所述速度控制设备（150、150’）的维护建议，且其中所述预测模型被配置为基于结构材料、操作条件、加工材料和运行时间来计算所述螺杆（140A、140A’）的剩余寿命，以及基于结构材料、操作条件、加工材料和运行时间来计算所述筒体（140B、140B’）的剩余寿命。

2.根据权利要求1所述的挤压设备，其中所述信号包括：

（a）加热器连续性诊断数据、加热器电阻诊断数据、电磁阀诊断数据、螺杆振动诊断数据、阀诊断数据、泄漏数据、流动阻塞数据、热电偶诊断数据、风机诊断数据以及冷却系统诊断数据中的至少一种数据，

（b）齿轮箱诊断数据、电机诊断数据、轴承诊断数据、电机和齿轮箱振动诊断数据、轴承诊断数据和润滑诊断数据中的至少一种数据。

3.根据权利要求1所述的挤压设备，还包括与所述控制器通信的显示器（130、130’），所述显示器使用算法生成的仪表板进行配置，其中所述显示器（130、130’）被配置成以与所述仪表板中的期望值的偏差形式呈现诊断标记（133、134、133’、134’）。

4.根据权利要求1所述的挤压设备，其中所述至少一个传感器系统（120、120’）还包括区域安培使用量的监视器。

5.根据权利要求1所述的挤压设备，其中所述至少一个传感器系统（120、120’）被配置成监测所述速度控制设备（150、150’）中润滑油量的充足性，并在出现润滑油不足的情况时触发警报。

6.根据权利要求1所述的挤压设备，其中所述诊断系统被配置成在所述驱动单元的电流不足时生成警报。

7.根据权利要求1所述的挤压设备，其中所述至少一个传感器系统（120、120’）还包括油过滤器压差传感器。

8.根据权利要求1所述的挤压设备，其中所述至少一个传感器系统（120、120’）还包括检测所述挤压设备（140、140’）的移动的运动传感器。

9.根据权利要求1所述的挤压设备，其中所述至少一个传感器系统（120、120’）还包括传感器，所述传感器被配置成测量从所述挤压设备（140、140’）挤压的产品的尺寸。

10.根据权利要求1所述的挤压设备，其中所述控制器包括控制信号发生器（160、160’），所述控制信号发生器（160）与所述材料加工段（140M、140M’）和所述速度控制设备（150、150’）中的至少一个通信并用于控制所述材料加工段（140M、140M’）和所述速度控制设备（150、150’）中的至少一个。

11. 根据权利要求1所述的挤压设备，其中所述护罩组件（141A、141B、141C）具有入口（155A、155B、155C）以及出口（156A、156B、156C）。

12.根据权利要求1所述的挤压设备，其中

所述诊断系统（100）被配置为启动脉冲响应以检查至少一个冷却器系统（143A、143B、143C）的风机（157A、157B、157C），

在工作温度下，至少一个算法使诊断系统（100）对每个风机（157A、157B、157C）进行脉冲，并生成指示风机（157A、157B、157C）响应的信号，以及

当风机（157A、157B、157C）不工作时，至少一个算法生成警报信号。

13.根据权利要求1所述的挤压设备，其中

通过使用历史值的至少一个算法来评估筒体（140B、140B’）的磨损，

至少一个算法认识到，当筒体（140B、140B’）磨损时，挤压机输出以给定转速降低，以及

所述算法使得周期性地测量挤压机输出，将其存储在数据存储装置（118、118’）中并与参考值进行比较。

14.根据权利要求1所述的挤压设备，其中所述诊断系统（100、100’）使用至少一个算法来

解释所述传感器系统（120A、120B、120C、120A’、120B’、120C’）的测量值，

确定操作条件为可接受且在设计极限内，趋向于超出设计极限，或超出设计极限且需要维护，以及

建议纠正挤压设备（140、140’）异常操作的补救措施。