CN116113532A - 挤出机和用于在挤出机中执行诊断性调查的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于聚合物材料的挤出机(1)，包括：中空挤出筒(2)，该中空挤出筒具有用于接收聚合物材料的粒料的入口(2A)和用于排出熔融聚合物材料的出口(2B)；挤出机螺杆(3)，该挤出机螺杆与马达连接以在挤出筒(2)内旋转并将聚合物材料从入口(2A)移动到出口(2B)；与挤出筒(2)联接的加热器(4)；被配置为测量配方参数的值和监测参数的值的传感器系统；处理单元，该处理单元被编程为存储配方参数的目标值并执行反馈控制以使配方参数达到目标值并将其保持在目标值。

Description

挤出机和用于在挤出机中执行诊断性调查的方法

技术领域

本发明涉及一种用于聚合物材料的挤出机。本公开还涉及一种用于在用于聚合物材料的挤出机中执行诊断性调查的方法。本公开还涉及一种用于挤出聚合物材料的方法。本公开还涉及一种用于挤出机的诊断系统。

因此，本公开涉及用于聚合物材料的挤出机的领域；更具体地，本公开涉及被配置为给注射或压缩成型机送料的挤出机的技术领域。

背景技术

这种挤出机例如在申请人名下的专利文献WO2018025150中有所描述。另一种用于聚合物材料的挤出机在申请人名下的专利文献WO2016181361A中有所描述；该文献中描述的挤出机包括被配置为监测其内部的聚合物材料的性质的一个或多个传感器。

通常，给挤出机供应塑料材料的装料(例如来自筒仓或袋)；在这种情况下，需要迅速识别加装材料时的故障。例如，当完成第一材料的一次装料时，可能错误地加装与第一材料不同的第二材料的第二装料。因此，有必要识别未预见的材料变化。此外，即使完成第一装料时加装的第二装料的材料为第一材料，其性质也可能不同于第一装料的第一材料；不同性质可能是由于例如第二装料可能来自不同于第一装料的制造商和/或制造工厂的事实造成的；不同性质也可能是由于第二装料中的污染物或缺陷或由于不适合的存放条件(例如，第二装料可能存放了在过于潮湿的地方)造成的。因此，有必要识别未预见的材料性质的变化。

因此，在挤出机领域中感到需要迅速检测未预见的材料或材料性质的变化。此外，由于挤出机中材料的行为也受到挤出机的磨损状态的影响，因此另一种需求是能够区分由于材料造成的行为变化与由于挤出机磨损造成的行为变化，因此能够检测由于磨损造成的问题，从而能够计划磨损部件的维护和更换。再一种需求是能够检测其他挤出机问题，例如断裂的混合器，使得可以进行具体的维护。

以下专利文献中提供了关于挤出机的一些例子：WO2016181361A1、DE102008019445A1、US5122315A、WO01/77206A1、WO2020/074743A1和EP3210748A1。此外，可以在以下文章中找到关于挤出机的一些信息：Hobson Wet等人：“你的挤出机试图告诉你什么？”，PTONLINE，XP055798505。

发明内容

本公开的目的是提供克服现有技术的上述缺点中的一个或多个缺点的挤出机和用于在用于聚合物材料的挤出机中执行诊断性调查的方法。

上述目的通过在所附权利要求中表征的根据本公开的挤出机和用于在用于聚合物材料的挤出机中进行诊断性调查的方法得以完全实现。

因此，本公开涉及用于挤出聚合物材料或塑料的挤出机。聚合物材料的例子是聚丙烯和聚乙烯。

挤出机包括中空挤出筒。中空挤出筒具有用于接收聚合物材料的粒料的入口和用于排出熔融聚合物材料的出口。挤出筒在纵向方向上伸长地延伸。更具体地，挤出筒从入口伸长地延伸到出口。

挤出机包括挤出机螺杆。挤出机螺杆与马达连接，马达驱动挤出机螺杆在挤出筒内旋转以使聚合物材料从入口朝向出口移动。因此，挤出机螺杆的旋转使聚合物材料从入口朝向出口移动。

挤出机包括与挤出筒联接的加热器。更具体地，加热器包括电加热元件。加热器被配置为加热挤出筒内的聚合物材料。

在一个或多个实施方式中，挤出机包括推动装置。推动装置被配置为移动由螺杆输送的熔融聚合物材料，以使该熔融聚合物材料可用于成型机，该成型机用于制造聚合物物体。

在一个实施方式中，推动装置包括泵；在这种情况下，熔融聚合物材料被连续地输送到成型机，该成型机优选是压缩成型机。泵的功能是确保材料从挤出机排出并以恒定速率输送到成型机；实际上，在没有泵的情况下，材料的流速将由于挤出机的固有特征而波动；在一些应用中，这样的波动是不可接受的，因此优选使用泵。

在另一个实施方式中，推动装置包括注射活塞，该注射活塞能在腔室中在撤回位置和推进位置之间平移移动；在这种情况下，熔融聚合物材料被间歇地输送到成型机，该成型机优选是注射成型机。无论哪种情况，在提供推动装置的情况下，推动装置都包括被配置为驱动泵或注射活塞的马达(优选为电动的)。

然而，在一个或多个实施方式中，不提供推动装置，熔融材料从挤出机的出口直接被输送到处理材料以制造物体或其他产品的机器。如果挤出机下游的机器是压缩成型机，则推动装置的不存在会导致所制造的物体的尺寸精度较低；然而，在一些应用中，这种较低的精度可能是可接受的。在这种情况下，如果挤出机下游的机器是注射成型机，则挤出机螺杆的轴向移动可能起到将材料推出挤出筒(而不是推动装置)的作用；在这种情况下，在将投配剂量的材料推出筒之后，螺杆必须保持在推进位置，直到模具完全充满；这限制了机器的速度，但在一些情况下仍然是可接受的。

此外，即使在挤出机被配置为将聚合物材料输送到衬里机器的情况下，推动装置也不是必须的。衬里机器是产生投配剂量的聚合物材料的机器，该投配剂量的聚合物材料然后被施加到封闭件(例如，冠帽或罐盖)的内部以改进封闭密封。在这些机器中，由挤出机输送的材料的流速的波动是可容许的。例如，在通过引用并入本文的专利文献WO2004080684、EP0838326和WO2015092644中描述了这种衬里机器。

在这里，本公开还可以提供一种系统，其包括挤出机和被配置为从挤出机接收熔融材料的机器。被配置为从挤出机接收熔融材料的机器可以是压缩成型机、注射成型机、注射压缩成型机或衬里机器。

挤出机包括传感器系统。传感器系统被配置为测量(至少一个)配方参数的值和(至少一个)监测参数的值。应当说明的是，传感器系统可被配置为测量多个配方参数的值；传感器系统可被配置为测量多个监测参数的值。

挤出机包括处理单元。处理单元被编程为存储配方参数的目标值，并执行反馈控制以使配方参数达到目标值并将该配方参数保持在目标值。因此，配方参数是指可以设置目标值并且必须保持在目标值附近或保持在目标值的参数。另一方面，监测参数一般是指由传感器系统测量的参数。

处理单元被编程为对(至少)控制参数执行反馈控制，以便将配方参数保持在目标值。在一个实施方式中，控制参数与监测参数一致；在另一个实施方式中，控制参数是监测参数以外的。传感器系统优选被配置为还测量控制参数。

加热器与处理单元连接并由处理单元控制。加热器被配置为从处理单元接收命令信号。控制信号表示要从加热器传递到挤出材料的热量的量。

更具体地，在一个实施方式中，处理单元被配置为通过反馈控制加热器以使配方参数达到目标值并将该配方参数保持在该目标值。因此，在该实施方式中，控制参数是与加热器的操作相关的参数。如下所述，可以存在其他反馈控制(作为对加热器的控制的补充或替代)，其作用于其他控制参数，例如推动装置马达的功率和/或螺杆的旋转速度。

特别地，在一个例子中，处理单元被配置为接收作为控制温度的控制参数，所述控制温度表示挤出材料的温度。处理单元被配置为将控制温度与预定温度值进行比较。处理单元被配置为基于所执行的比较向加热器发送命令信号。如果控制温度低于预定值，则所述命令信号将命令加热器增加传递到材料的热量的量，而如果控制温度大于预定值，则所述命令信号将减少传递的热量。

优选地，处理单元被编程为处理在第一时刻测量(或捕获或导出)的监测参数的第一值和在第一时刻之后的第二时刻测量(或捕获或导出)的监测参数的第二值，并且被编程为响应于第一监测参数值和第二监测参数值之间的比较而生成警报数据。在一个实施方式中，挤出机包括警报系统；处理单元被配置成根据警报数据来激活警报系统。警报系统可以包括警笛、警示灯和/或在其上向操作者显示消息的视频界面。

在一个实施方式中，监测参数的第一值和监测参数的第二值由处理单元通过计算移动平均值而得到；移动平均值是在预定大小(例如，60秒)的时间窗口中能随时间移动的值的平均值。因此，第一值由在第一时刻计算出的、监测参数在紧接在第一时刻之前的时间窗口中所采用的值的平均值给出；第二值由在第二时刻计算出的、监测参数在紧接在第二时刻之前的时间窗口中所采用的值的平均值给出。

计算移动平均值具有降低噪声(即，使监测参数值的随机变化最小化)的优点，该随机变化不是由于诸如材料中的异常或磨损的原因造成的；这样，由于诸如材料中的异常或磨损的原因造成的变化更加明显。

在一个实施方式中，处理单元能够访问存储器，该存储器包含表示监测参数的变化强度(或程度)的参考数据，处理单元被编程为响应于监测参数的第一值和第二值之间的变化与参考数据的比较而生成警报数据。例如，参考数据可以包括第一时刻的监测参数和第二时刻的监测参数之间的最大允许差；如果监测参数的变化大于该最大允许差，则处理单元被配置为生成警报数据。

在一个实施方式中，处理单元被编程为检测配方参数的目标值的变化。例如，配方参数可由操作者设置；配方参数的变化可能是由于加装新材料时操作者输入新配方参数的事实造成的。处理单元被编程为还根据第一时刻与第二时刻之间的配方参数的目标值不存在变化而生成警报数据。因此，如果监测参数在第一时刻与第二时刻之间存在变化但配方参数没有任何变化，则处理单元生成警报数据。实际上，不是由配方参数的变化引起的监测参数的变化可能是由于材料中的异常(即，材料或其性质的非预期变化)造成的。

在一个实施方式中，处理单元被编程为还根据第一时刻和第二时刻之间的时间间隔的持续时间而生成警报数据。更具体地，处理单元被编程为根据将第一时刻和第二时刻之间的时间间隔的持续时间与预定值(例如，一周或一个月)的比较而生成警报数据。实际上，如果第一时刻和第二时刻之间的时间间隔的持续时间小于预定值，则处理单元被编程为将监测参数(或多个监测参数)的变化(如果有的话)归因于聚合物材料中的异常；另一方面，如果第一时刻和第二时刻之间的时间间隔的持续时间大于预定值，则处理单元被编程为将监测参数(或多个监测参数)的变化(如果有的话)归因于挤出机磨损。

优选地，第一时刻和第二时刻之间的时间间隔小于1小时。更优选地，第一时刻和第二时刻之间的时间间隔小于30分钟或20分钟或15分钟。实际上，应当说明的是，监测参数在长时间间隔(例如，数周或数月)中的变化可能是由于材料中的异常以外的原因造成的：例如，挤出机磨损，特别是螺杆磨损。因此，只有在监测参数的(显著)变化在短到足以排除这种变化是由于磨损造成的时间间隔中被检测到时，处理单元才生成警报信号。

在一个实施方式中，处理单元被编程为存储一个接一个地连续捕获并间隔第一预定时间间隔的监测参数的第一系列的值。第一预定时间间隔优选小于或等于1秒。监测参数的第一值和监测参数的第二值(由处理单元)选自于第一系列的值。这样，可以识别发生在短暂的过渡过程(大约几分钟)中并且持续较长时间(例如，10-15分钟)的监测参数的变化；例如，如果聚合物材料的装料(或袋)不同于前一装料(或袋)，则监测参数通过几分钟的过渡过程从第一值变化到第二值，然后在第二值处保持近似恒定，直到该装料(或袋)的聚合物材料完成(例如，10-15分钟)。

处理单元被编程为从第一系列的值中导出间隔第二预定时间间隔的第二系列的值；该第二系列的值是第一系列的值的子集，并且第二预定时间间隔大于第一预定时间间隔。优选地，第二预定时间间隔大于5或10分钟；例如，第二预定时间间隔可以是10或15分钟。因此，处理单元捕获在第一(较短)时间间隔中测量的值，如果没有检测到显著变化，则处理单元可以删除所捕获的数据中的一些数据并且仅将这些值中的一些值(精确地，间隔第二预定时间间隔的那些值)保持在存储器中，以获得关于监测参数的趋势的信息。实际上，在一个实施方式中，处理单元被配置为将监测参数(或多个监测参数)的第二系列的值保存到数据库。

在一个实施方式中，处理单元被编程为处理不同的多个监测参数。在该实施方式中，处理单元被配置为响应于针对多个监测参数中的相应的监测参数执行的多个比较而生成警报数据。这些监测参数由传感器系统测量；在这种情况下，传感器系统包括多个传感器，每个传感器被配置为测量多个监测参数中的相应的监测参数。

更具体地，处理单元通过将第一时刻的每个监测参数的值与第二时刻的值进行比较来处理多个监测参数。在这里，应当说明的是，在第一时刻和第二时刻之间显著变化的监测参数越多(超过一定的容限)，材料中确实存在异常的概率就越大；因此，处理单元可以生成包括警报可靠性级别的警报数据，警报可靠性级别取决于第一时刻和第二时刻之间的变化是显著的(即，大于相应的容限阈值)监测参数的数量—(具有显著变化的监测参数的数量越多，警报的可靠性就越高)。更复杂的处理逻辑也是可想象的，其中每个监测参数被分配相应的(预定的)权重，使得警报的可靠性是第一时刻和第二时刻之间的监测参数变化的加权平均值的函数。

更具体地，监测参数(或多个监测参数)可以包括和/或基于以下量中的一个或多个量(例如，根据预定公式，其可以包括以下量中的一个或多个量的组合)：

p1)在推动装置的下游测量的熔融聚合物材料的压力；

p2)使挤出机螺杆转动的马达的吸收功率；

p3)挤出机螺杆的速度；

p4)加热器的吸收功率；

p5)熔融聚合物材料的温度；

p6)由推动装置的马达吸收的电功率。

在这里，应当说明的是，上面表示为‘p1’、‘p2’、‘p4’、‘p5’的量组合地对于检测加装热塑性材料时的错误特别有用；另一方面，量‘p3’和‘p5’对于检测挤出机螺杆的磨损状态特别有用。因此，例如，如果处理单元检测到‘p5’和‘p3’的非预期变化，则警报数据将包括指示挤出机螺杆可能磨损的诊断信息项。另一方面，如果处理单元检测到参数‘p1’、‘p2’、‘p4’、‘p5’中的一个或多个参数的非预期变化，则警报数据将包括指示材料中存在可能的异常的诊断信息项。

处理单元还可以被配置为在‘p1’和‘p6’发生非预期变化但其他参数(例如，参数‘p2-p5’中的一个或多个)没有显著变化的情况下检测被配置为混合熔融材料的混合器中的故障。

应当说明的是，配方参数(或多个配方参数)可包括和/或基于以下量中的一个或多个量(例如，根据预定公式，其可包括以下量中的一个或多个量的组合)：

p7)挤出筒温度；

p8)推动装置移动熔融聚合物材料的速度；

p9)在推动装置的入口区域处测量的压力。

更具体地，在推动装置包括泵的情况下，推动装置移动熔融聚合物材料的速度表示泵的速度。

应当说明的是，一个或多个监测参数可以与一个或多个控制参数一致，处理单元通过反馈控制作用于所述控制参数，以便使配方参数(或多个配方参数)达到目标值并将其保持在该目标值。更具体地，处理单元通过反馈控制挤出机螺杆的速度(量‘p3’)，以将在推动装置的入口区域处测量的压力(量‘p9’)保持在相应的目标值。补充地或替代地，处理单元可通过反馈控制由加热器吸收的功率(量‘p4’)以将挤出筒的温度(量‘p7’)保持在相应的目标值。补充地或替代地，处理单元可以通过反馈控制由推动装置吸收的电功率(量‘p6’)以将推动装置移动熔融聚合物材料的速度(p8)保持在相应的目标值。

应当说明的是，如下文关于方法所述(但此方面以相同方式适用于装置)，参数‘p7’至‘p9’可用作监测参数，替代地，参数‘p1’至‘p6’可用作配方参数。

在一个实施方式中，处理单元被编程为将记录保存到数据库，其中每个记录包括以下信息项中的一个或多个：捕获时刻；捕获时刻的配方参数(或配方参数的组合)的值；捕获时刻的监测参数(或监测参数的组合)的值；表示挤出机在捕获时刻处理的聚合物材料的类型的数据。这样，可以构建其中每种类型的聚合物材料和每个配方参数(或配方参数的组合)与对应的监测参数(或多个监测参数)相关联的数据库。

更具体地，处理单元可以被编程为：接收用户希望设置的配方，该配方包括表示要处理的聚合物材料的类型的数据和配方参数的目标值；查询数据库以获得与要设置的配方相对应的记录；(如果找到这样的记录)将在设置配方之后在第二时刻测量的监测参数的值与包含在与配方相对应的记录中的监测参数的值进行比较，其中捕获记录的时刻构成第一时刻。在这里，应当说明的是，挤出机通常用于处理多种不同材料；因此其可以处理第一材料(例如，在第一周内)，然后处理第二材料(例如，在第二周内)，然后再处理第一材料(例如，在第三周内)。当在第三周开始时恢复第一材料的处理时，将在第三周开始时测量的监测参数(或多个监测参数)与第一周的也与第一材料相关的监测参数(或多个监测参数)进行比较是有用的。为此，有用的是在数据库中存储与表示聚合物材料类型的数据相关联的监测参数在第一周中的值。还有用的是在数据库中存储捕获监测参数的时刻，因为在捕获时刻之后经过的时间越长，挤出机上的磨损就越大(实际上，在热塑性材料中没有任何异常的情况下，磨损可能引起监测参数的变化)。在这里，处理单元还可以周期性地保存设置的每个配方的新记录。

因此，在一个实施方式中，在预定时刻(例如，每秒)测量监测参数的值(或多个监测参数的矢量的值)将其并存储在与处理单元连接的备份存储器中。因此，在每个时刻，处理单元能够计算监测参数在该时刻之前的时间窗口中所采用的值的(移动)平均值。此外，处理单元可以存储在每个时刻或在时刻的子集处计算出的监测参数的值或其移动平均值。

在加装的塑料的袋或筒仓不正确的情况下，已经观察到，在几分钟(例如，5分钟或10分钟或更长)的持续时间的过渡过程中发生监测参数或多个监测参数的矢量的变化，之后监测参数或多个监测参数的矢量在足以完成不正确的袋或筒仓的持续时间内保持不变，该持续时间结束时其(再次通过几分钟的持续时间的过渡过程)返回到其初始值。

因此，在一个实施方式中，处理单元可以在第一时刻计算出的监测参数的移动平均值与在第二时刻计算出的监测参数的移动平均值之间周期性地(在每次测量时、每分钟或每5分钟)进行比较，其中第二时刻是当前时刻，第一时刻比第二时刻早预定时间长度(例如，5或10分钟)。在正在制作相同的配方时，可以周期性地执行该比较。

当停止制作配方时，处理单元在数据库中存储表示监测参数(或多个监测参数)在配方是当前配方设置的时间期间所采用的值的数据。更具体地，如果监测参数没有显著变化，则处理单元将在配方制作期间测量或计算出的、与指示捕获时刻的信息项相关联的监测参数的值(或其移动平均值)的子集保存到数据库，并删除其他值(因为没有显著变化)；例如，其可以保存每个配方的一个值，一天一个值或一周一个值。另一方面，如果监测参数存在显著变化(例如，如果监测参数具有两个明显不同的值)，则处理单元还可以将表示这些显著变化的信息保存到数据库(例如，其可以保存两个明显不同的值)。因此，数据库包含由监测参数(或多个监测参数的矢量)采用的值的历史；这些数据可以用于与将在下一次设置相同配方时计算的新监测参数进行比较(即使挤出机同时用于其他配方)和/或可能有用的是检测自上次设置配方以来已经发生的磨损问题。此外，如果以预定时间间隔保存值(例如，一天一个值或一周一个值)，则这些值允许监测由于磨损造成的参数的缓慢漂移。

在一个实施方式中，处理单元还可以导出一个接一个地连续(例如，每秒)测量或计算出的监测参数(或多个监测参数的矢量)的值的趋势，并基于该趋势的函数分析导出警报数据。在这种情况下，当停止制作配方时，如果没有显著变化，处理单元也可以将在配方制作期间测量或计算出的、与指示捕获时刻的信息项相关联的监测参数的值(或其移动平均值)的子集保存到数据库，并且可以删除其他值。

在一个实施方式中，可能不存在任何配方，甚至基于量p7-p9的参数可以是由传感器系统测量的监测参数。在这种情况下，处理单元可以被配置为将记录保存到数据库，其中每个记录包括由传感器系统测量的与表示在捕获时刻正在处理的聚合物材料的类型的数据相关联的监测参数中的一个或多个监测参数的值(即，表示上面列出的量p1-p6和/或‘p7-p9’的监测参数的矢量)。因此，数据库可以包含每种类型的聚合物材料的独特标记，并且可以用于识别由挤出机正在处理的聚合物材料的类型(即使监测参数在不同时刻之间不存在变化的情况下)。实际上，如果处理单元已知由传感器系统测量的表示量‘p1-p6’和/或‘p7-p9’的监测参数中的一个或多个监测参数的值，则处理单元可以从存储在数据库中的数据中识别聚合物材料的类型。在这里，本公开还可以提供一种用于导出关于由挤出机正在处理的聚合物材料的类型的诊断信息的方法。

更具体地，处理单元可以被配置为在自学习模式下工作，其中，在多个连续的时刻，处理单元接收由传感器系统测量的监测参数的矢量，以及关于由用户传达的材料的类型的信息。因此，处理单元可以生成监测参数的矢量与材料的类型之间的联系(或相关性)。这种联系可以由集成在处理单元中并包括例如神经网络的人工智能系统导出。替代地，这种联系可以基于人类知识根据由用户传达的规则获得。在构建包括由与一种类型的材料相关联的监测参数的矢量在特定时间段内所采用的值的自学习数据库之后，处理单元可以在识别模式下工作，在该识别模式中，处理单元接收由传感器系统测量的监测参数的矢量，并且可以识别正在处理的材料的类型。识别可以基于测量的监测参数的矢量的值与存储在自学习数据库中的监测参数的矢量的值之间的接近度的计算。

在一个实施方式中，处理单元可以基于由传感器系统测量的一对或多对监测参数(即，通过将一对中的一个参数的值与同一对中的另一个参数的值进行比较)来导出诊断信息。更具体地，所述一对或多对监测参数可以包括表示以下成对的量的参数：

-使挤出机螺杆转动的马达的吸收功率(‘p2’)和挤出机螺杆的速度(‘p3’)；

-加热器的吸收功率(‘p4’)和挤出筒的温度(‘p7’)；

-由推动装置的马达吸收的电功率(‘p6’)和推动装置的速度(‘p8’)。

应当说明的是，监测参数所采用的值通常在挤出机的启动过渡过程中有变化；该启动过渡过程具有从通电时刻起大约10-15分钟的持续时间。在一个实施方式中，处理单元可以被配置为基于启动时监测参数(或多个监测参数)的变化趋势来识别正在处理的聚合物材料的类型。更具体地，对于每种类型的材料，数据库可以包含表示在启动时监测参数的(或多个监测参数的)变化趋势的多个数据；基于测量的监测参数(或多个监测参数)与数据库中的数据之间的比较，控制单元可以识别正在处理的材料的类型。

应当说明的是，本公开还提供了一种用于挤出机的诊断系统。该诊断系统包括根据本公开的一个或多个方面的处理单元。诊断系统还可以包括可与根据本公开的一个或多个方面的挤出机连接的根据本公开的一个或多个方面的传感器系统。

本公开还涉及一种用于在用于聚合物材料的挤出机中执行诊断性调查的方法。根据本公开的一个或多个方面制造挤出机。用于执行诊断性调查的方法包括捕获监测参数的步骤。

监测参数可以与配方参数不同，但是它也可以与配方参数一致。在示例实施方式中，使用多个监测参数；还使用多个配方参数。优选地，监测参数中的至少一个不同于用作配方参数的参数；在一个实施方式中，监测参数全都不同于用作配方参数的参数。

在一个实施方式中，可以通过分析也用作配方参数的一个或多个监测参数的趋势来导出诊断信息。实际上，处理单元捕获配方参数的值，将其与相应的目标值进行比较，如果发现显著差异，则作用于至少一个控制参数以反过来使配方参数达到接近相应的目标值(加或减预定公差)；从处理单元对控制参数进行操作的时刻，启动配方参数接近相应的目标值的过渡过程；通过分析配方参数值在该过渡过程中的趋势，可以导出用于例如生成警报数据的诊断信息；因此，在这种情况下，单个参数可以既用作监测参数又可以用作配方参数。

可根据若干方法选择要用作监测参数的参数(或多个参数)和要用作配方参数的参数(或多个参数)，所述若干方法原则上还可根据应用(例如，根据与挤出机连接的机器的类型，即，根据施加于由挤出机提供的塑料的处理的类型)或甚至根据配方而改变。因此，根据应用，可以使用上述参数‘p1’-‘p9’中的每一个作为监测参数、作为配方参数或者作为监测参数和配方参数两者。

例如，如果挤出机用于将熔融材料供应到设置有推动装置的机器，例如(注射或压缩)成型机，则上面表示为‘p1’、‘p2’、‘p3’、‘p4’、‘p5’、‘p6’的参数可以用作监测参数，并且上面表示为‘p7’、‘p8’、‘p9’的参数可以用作配方参数。可以对参数‘p4’、‘p3’、‘p6’执行反馈控制，因此参数‘p4’、‘p3’、‘p6’也用作控制参数。

在另一个实施方式中，挤出机用于将熔融材料输送到没有推动装置的机器(例如，没有推动装置的(注射或压缩)成型机或衬里机器)，参数‘p1*’(表示在挤出机的下游测量的熔融聚合物材料的压力)和参数‘p2’、‘p4’和‘p5’可用作监测参数，参数‘p3’和‘p7’可用作配方参数。在这种情况下，参数‘p2’和‘p4’可以用作控制参数，并且因此可以用作监测参数和控制参数两者。在这种情况下，参数‘p6’和‘p8’不存在，参数‘p1’和‘p9’一致(也就是说，它们是单个参数‘p1*’)。

该方法包括在连续的时刻捕获监测参数。为了执行诊断性调查，该方法包括处理在第一时刻测量的监测参数的第一值和在第一时刻之后的第二时刻测量的监测参数的第二值的步骤。为了执行诊断性调查，该方法包括响应于监测参数的第一值和第二值之间的比较而生成警报数据的步骤。

更具体地，处理可以包括进行监测参数从第一值到第二值的变化强度与参考数据之间的比较。

优选地，生成警报数据的步骤还响应于验证配方参数的目标值在第一时刻和第二时刻之间保持不变的事实。另一方面，如果配方参数的目标值变化，则监测参数通常有变化。

在一个或多个实施方式中，测量多个监测参数；生成警报数据的步骤响应于根据预定逻辑处理多个监测参数中的监测参数的值随时间的对应变化的步骤。

为了执行诊断性调查，该方法在其实施方式中包括将记录保存到数据库的步骤，其中每个记录包括以下信息项中的一个或多个：捕获时刻；捕获时刻的配方参数的值；捕获时刻的监测参数的值；表示挤出机在捕获时刻处理的聚合物材料的类型的数据。

在一个实施方式中，接收用户希望设置的配方触发查询数据库以获得与要设置的配方相对应的记录的步骤。更具体地，该配方包括表示要处理的聚合物材料的类型的数据和配方参数的目标值。如果找到这样的记录，则该方法包括将在设置配方之后在第二时刻测量的监测参数(或多个监测参数)的值与包含在从数据库中选择的与配方相对应的记录中的监测参数(或多个监测参数)的值进行比较的步骤；在这里，捕获记录的时刻构成第一时刻；因此，该方法包括：如果所测量的监测参数与监测参数的存储值显著不同，则生成警报数据。另一方面，如果没有找到这样的记录，则该方法触发自学习步骤，在该自学习步骤中准备好用新记录更新数据库。

本公开还提供了一种计算机程序，其包括能由处理器执行以实现根据本公开的用于在用于聚合物材料的挤出机中执行诊断性调查的方法的步骤的指令。

本公开提供了一种用于挤出聚合物材料的方法。用于挤出聚合物材料的方法包括在挤出筒的入口处接收聚合物材料的粒料的步骤。用于挤出聚合物材料的方法包括在挤出筒中旋转挤出机螺杆以使聚合物材料从入口朝向出口移动的步骤。用于挤出聚合物材料的方法包括在材料正在从入口移动到出口时在中空筒中加热聚合物材料的步骤。通过与筒相关联的加热器执行加热。用于挤出聚合物材料的方法包括通过筒的出口排出熔融聚合物材料的步骤。用于挤出聚合物材料的方法包括移动通过筒的出口排出(即，通过挤出机螺杆输送)的熔融聚合物材料—以使其可用于制造聚合物物体的成型机。用于挤出聚合物材料的方法包括捕获配方参数和监测参数的步骤。用于挤出聚合物材料的方法还包括以下步骤：对加热器(或更一般地讲，对挤出机的控制参数)执行反馈控制，以便使配方参数达到先前存储的目标值并将其保持在该目标值。用于挤出聚合物材料的方法包括根据本公开的一个或多个方面的用于在挤出机中执行诊断性调查的方法的一个或多个步骤。

本公开提供了一种用于通过挤出筒挤出聚合物材料的方法，该挤出筒通过其入口接收聚合物材料的粒料，并且该挤出筒设置有加热器、挤出机螺杆和推动装置，挤出机螺杆在挤出筒内旋转以将聚合物材料从挤出筒的入口朝向出口移动，推动装置用于移动通过挤出筒的出口排出的熔融聚合物材料并且使其可用于制造聚合物物体的成型机，所述方法包括以下步骤：

-设置配方参数的目标值；

-捕获配方参数的值(实时)；

-对加热器(或更一般地讲，对挤出机的控制参数)执行反馈控制，以便使配方参数达到先前存储的目标值并将其保持在该目标值；

-捕获监测参数(优选地，不同于配方参数)；

-处理监测参数；

-响应于监测参数的第一值和第二值之间的比较，生成警报数据。

在一个实施方式中，处理监测参数包括处理在第一时刻测量的监测参数的第一值和在第一时刻之后的第二时刻测量的监测参数的第二值。在另一个实施方式中，例如，监测参数的(第一)值(优选实时测量)通过将其与包含在知识库中的参考数据进行比较来处理；在这种情况下，优选处理多个监测参数；此外，在示例实施方式中，监测参数(或多个监测参数)与配方参数一起处理。

应当说明的是，设置、捕获配方参数和执行反馈控制的步骤由处理单元中的处理器执行；处理和生成的步骤可以由同一处理单元的处理器或由另一处理单元的另一处理器执行。

根据本公开的一个方面，本公开提供了一种计算机程序，其包含当在前述处理器上(或在所述处理器上和在所述另一处理器上)执行时用于执行所述方法的上述步骤的指令。

附图说明

通过下面对在附图中通过非限制性例子的方式示出的优选实施方式的描述，这些和其他特征将变得更加清楚，在附图中：

-图1示出了本公开的挤出机的一个实施方式，其中挤出机被配置为将熔融热塑性材料输送到压缩成型机；

-图2示出了本公开的挤出机处于挤出机螺杆处于撤回位置的操作构造的另一个实施方式，其中挤出机被配置为将熔融热塑性材料输送到注射成型机；

-图3示出了处于挤出机螺杆处于推进位置的操作构造的图2的挤出机；

-图4示意性示出了图1或图2的挤出机的处理单元。

具体实施方式

参照附图，附图标记1表示挤出机。挤出机1包括中空挤出筒2。挤出筒2在入口2A和出口2B之间在纵向方向上延伸。挤出筒2被配置为通过入口2A接收聚合物材料的粒料并通过出口2B排出熔融聚合物材料。

挤出机1包括加装料斗11，加装料斗11被配置为将聚合物材料的粒料输送到挤出筒2的入口2A。

挤出机1还包括挤出机螺杆3；挤出机螺杆3定位在挤出筒2内并且能相对于挤出筒2旋转。挤出机螺杆3也在纵向方向L上延伸。挤出机1包括被配置为使挤出机螺杆31自身旋转的马达31(优选为电动的)。

挤出机1包括一个或多个加热器4。该一个或多个加热器4与挤出筒2联接。挤出筒2由具有高热导率的材料(例如金属，具体地，钢)制成；因此，加热器4被配置为加热制造挤出筒2的材料，这继而加热包含在其中的热塑性材料。

挤出机1还包括推动装置5。推动装置5连接在挤出筒2的下游，以移动离开挤出筒2的出口2B的材料并将其从挤出机1排出。在一个实施方式中，推动装置5包括泵，该泵连接在挤出筒2的出口2B的下游。在该实施方式中，推动装置5被配置为连续地移动离开挤出筒2的热塑性材料或聚合物材料；因此，挤出机螺杆3围绕纵向轴线L连续地旋转，使得挤出筒2连续地通过其出口2B排出材料。该实施方式用于被配置为给压缩成型机送料的挤出机中。

在一个实施方式中，推动装置5包括活塞，该活塞在筒内以往复运动从撤回位置移动到推进位置。在筒2内部，活塞界定注射腔室，该注射腔室与挤出筒2的出口2B流体连接。更具体地，挤出机包括从挤出筒2的出口2B延伸的第一管道和从注射腔室延伸的第二管道；第一管道和第二管道合并到出口管道中，该出口管道被配置为排出熔融聚合物材料。挤出机螺杆3可在挤出筒2内围绕纵向轴线L旋转，并且还能沿着纵向轴线L在撤回位置和推进位置之间平移移动。最初，挤出机螺杆3处于撤回位置，并且推动装置5的活塞处于推进位置。当挤出机螺杆3旋转时，挤出机螺杆3还沿着纵向方向L从撤回位置移动到推进位置，同时，推动装置5的活塞从推进位置移动到撤回位置，使得离开挤出筒2的出口2B的材料侵入注射腔室；在此阶段，通过阻挡材料通道的阀防止材料流到出口管道中。在从挤出机螺杆3开始旋转时起经过预定时间长度之后，挤出机螺杆3停止，并且通过特定的马达使活塞从撤回位置移动到推进位置；因此，当活塞移动到推进位置时，其将同时填充注射腔室的熔融材料推入出口管道中；在该阶段，阀已经被打开并且允许材料流入出口管道中；当活塞从撤回位置移动到推进位置时，挤出机螺杆3沿着纵向轴线从推进位置移动到撤回位置；当所有熔融材料都已经被排出时，另一个循环开始。该实施方式用于被配置为给注射成型机送料的挤出机。

挤出机1还包括传感器系统。该传感器系统包括以下传感器中的一个或多个：

-出口压力传感器61，其被配置为测量在推动装置5的出口处的热塑性材料的压力；

-螺杆功率传感器62，其被配置为测量驱动挤出机螺杆3的马达31所吸收的电功率；

-螺杆速度传感器63，其被配置为测量挤出机螺杆3的旋转速度；

-加热器功率传感器64，其被配置为测量由加热器4吸收的电功率；

-熔融材料温度传感器65，其被配置为测量离开挤出机的熔融聚合物材料的温度；

-推动装置功率传感器66，其被配置为测量由推动装置5吸收的电功率；

-筒温度传感器67，其被配置为测量挤出筒2的温度；

-推动装置速度传感器68，其被配置为测量推动装置5的速度；

-入口压力传感器69，其被配置为测量在推动装置5的入口处的熔融热塑性材料的压力。

出口压力传感器61与出口管道连接，该出口管道在推动装置5的下游接收离开挤出筒2的熔融材料。螺杆功率传感器62与驱动挤出机螺杆3的马达31连接。螺杆速度传感器63与挤出机螺杆3连接。加热器功率传感器64与加热器4连接。熔融材料温度传感器65与出口管道连接，该出口管道接收离开挤出筒2的熔融材料。在推动装置5包括泵的情况下，推动装置功率传感器66与驱动泵的马达连接，在推动装置5包括能在筒内移动的活塞的情况下，推动装置功率传感器66与驱动活塞的马达连接。筒温度传感器67与筒2连接。在推动装置5包括泵的情况下，推动装置速度传感器68与泵连接，在推动装置5包括能在筒内移动的活塞的情况下，推动装置速度传感器68与活塞连接。入口压力传感器69与从筒2的出口2B接收熔融材料的管道连接，该管道在推动装置5的上游(即，在提供泵的情况下，在泵的上游，或在提供能在筒中滑动的活塞的情况下，在与出口2B连接的第一管道和与注射腔室连接的第二管道之间的连接点的上游)。

传感器61、62、63、64、65、66各自被配置为测量相应的监测参数72。更具体地，出口压力传感器61被配置为测量表示量‘p1’的监测参数72。螺杆功率传感器62被配置为测量表示量‘p2’的监测参数72。螺杆速度传感器63被配置为测量表示量‘p3’的监测参数72。加热器功率传感器64被配置为测量表示量‘p4’的监测参数72。熔融材料温度传感器65被配置为测量表示量‘p5’的监测参数72。推动装置功率传感器66被配置为测量表示量‘p6’的监测参数72。优选地，提供传感器61、62、63、64、65、66中的至少两个，因此测量至少两个监测参数72。

传感器67、68、69各自被配置为测量相应的配方参数71。更具体地，筒温度传感器67被配置为测量表示量‘p7’的配方参数71。推动装置速度传感器68被配置为测量表示量‘p8’的配方参数71。入口压力传感器69被配置为测量表示量‘p9’的配方参数71。

挤出机1包括处理单元7。处理单元7被编程为从传感器67、68、69接收一个或多个配方参数71。挤出机1还包括被配置为允许用户选择每个配方参数71的目标值70的用户界面9。处理单元7与用户界面9连接以针对每个配方参数71接收由用户选择的相应的目标值70。

处理单元7被配置为将由传感器67、68、69(或由它们中的一个或多个)测量的一个或多个配方参数71与对应的目标值70进行比较，并根据所测量的一个或多个配方参数71与对应的目标值70之间的差异而生成一个或多个反馈控制信号75。处理单元7被配置为将一个或多个反馈控制信号75发送到挤出机的以下部件中的一个或多个：挤出机螺杆3、加热器4、推动装置5。更具体地，处理单元7可以向加热器4发送反馈控制信号75，以改变由加热器4吸收的功率(量‘p4’)；处理单元7可以向挤出机螺杆3，具体地向电动马达31发送反馈控制信号75，以改变挤出机螺杆3的旋转速度(量‘p3’)；处理单元7可以向推动装置5，具体地向推动装置5的马达发送反馈控制信号75，以改变推动装置5的马达所吸收的功率(量‘p6’)。因此，量‘p4’、‘p3’和‘p5’分别由传感器64、63和65读取，因此构成监测参数；同时，它们可通过反馈控制，使得一个或多个配方参数71保持等于或接近相应的目标值70。

处理单元7被编程为处理在连续的时刻捕获的每个监测参数72的值。更具体地，处理单元7被配置为处理在第一时刻测量的每个监测参数72的第一值和在第一时刻之后的第二时刻测量的相同监测参数72的第二值。处理单元7被编程为响应于每个监测参数72的第一值和第二值之间的比较而生成警报数据73。在一个实施方式中，处理单元7被配置为如果对于至少一个监测参数72(或者，优选地对于至少两个监测参数72)，第一值和第二值之间存在显著差异(大于预定容限阈值)，则生成警报数据73。警报数据73可以指示挤出机1的操作中的异常。在一个实施方式中，挤出机1包括警报系统(或输出界面)10，并且处理单元7被配置为将警报数据73发送到警报系统10。

在一个实施方式中，处理单元7能够访问存储器8(其可以形成挤出机1本身的一部分，或者可以是远程存储器)；存储器8可以包含表示每个监测参数72的变化强度(即，变化强度的容限阈值)的参考数据74。处理单元7被配置为接收参考数据74，并响应于每个监测参数72从第一值到第二值的变化与相应的参考数据74之间的比较而生成警报数据。

应当说明的是，在推动装置5包括在筒中的往复式活塞的情况下，一些监测参数72(例如，在推动装置下游测量的熔融聚合物材料的压力)具有循环趋势；因此，在不同循环的对应时刻测量第一值和第二值；参考数据74也称为测量监测参数72的值的循环时间点。

Claims (19)

1.一种用于聚合物材料的挤出机(1)，所述挤出机包括：

-中空挤出筒(2)，该中空挤出筒沿着纵向方向(L)延伸并且具有用于接收聚合物材料的粒料的入口(2A)和用于排出熔融聚合物材料的出口(2B)；

-挤出机螺杆(3)，该挤出机螺杆与马达连接以在所述挤出筒(2)内旋转并将所述聚合物材料从所述入口(2A)移动到所述出口(2B)；

-加热器(4)，该加热器与所述挤出筒(2)联接；

-传感器系统，该传感器系统被配置为测量配方参数(71)的值和监测参数(72)的值；

-处理单元(7)，该处理单元被编程为存储所述配方参数(71)的目标值(70)，并对所述加热器(4)执行反馈控制以使所述配方参数(71)达到所述目标值(70)并将所述配方参数(71)保持在所述目标值，

其中所述处理单元(7)被编程为处理在第一时刻测量的所述监测参数(72)的第一值和在所述第一时刻之后的第二时刻测量的所述监测参数(72)的第二值，并且被编程为响应于所述监测参数(72)的所述第一值和所述第二值之间的比较而生成警报数据(73)。

2.根据权利要求1所述的挤出机(1)，其中所述处理单元(7)能够访问存储器(8)，所述存储器(8)包含表示所述监测参数(72)的变化强度的参考数据(74)，并且其中所述处理单元(7)被编程为响应于所述监测参数(72)的所述第一值和所述第二值之间的变化与所述参考数据(74)的比较而生成所述警报数据(73)。

3.根据权利要求2所述的挤出机(1)，其中所述处理单元(7)被编程为检测所述配方参数(71)的所述目标值(70)的变化，并且还根据所述第一时刻与所述第二时刻之间的所述配方参数(71)的所述目标值(70)不存在变化而生成警报数据(73)。

4.根据前述任一项权利要求所述的挤出机(1)，其中所述处理单元(7)被编程为还根据所述第一时刻和所述第二时刻之间的时间间隔的持续时间而生成所述警报数据(73)。

5.根据前述任一项权利要求所述的挤出机(1)，其中所述处理单元(7)被编程为存储一个接一个地连续捕获并间隔第一预定时间间隔的所述监测参数(72)的第一系列的值，其中所述监测参数(72)的所述第一值和所述监测参数(72)的所述第二值选自于所述第一系列的值。

6.根据权利要求5所述的挤出机(1)，其中所述处理单元(7)被编程为从所述第一系列的值中导出间隔第二预定时间间隔的第二系列的值，其中所述第二系列的值是所述第一系列的值的子集，并且其中所述第二预定时间间隔大于所述第一预定时间间隔。

7.根据前述任一项权利要求所述的挤出机(1)，其中所述处理单元(7)被编程为处理不同的多个监测参数(72)，并响应于针对所述多个监测参数(72)中的相应的监测参数(72)执行的对应的多个比较而生成所述警报数据(73)。

8.根据前述任一项权利要求所述的挤出机(1)，其中所述处理单元(7)被编程为将记录保存到数据库，其中每个记录包括以下信息项：

-捕获时刻；

-所述捕获时刻的所述配方参数(70)的值；

-所述捕获时刻的所述监测参数(72)的值；

-表示由所述挤出机(1)在所述捕获时刻处理的聚合物材料的类型的数据。

9.根据权利要求8所述的挤出机(1)，其中所述处理单元被编程为：

接收用户希望设置的配方，该配方包括表示要处理的聚合物材料的类型的数据和所述配方参数(71)的目标值(70)，

查询所述数据库以识别与要设置的所述配方相对应的记录，

将在设置所述配方之后在所述第二时刻测量的所述监测参数(72)的值与包含在与所述配方相对应的记录中的所述监测参数(72)的值进行比较，其中捕获所述记录的时刻构成所述第一时刻。

10.根据前述任一项权利要求所述的挤出机(1)，其中所述监测参数(72)基于以下量中的一个或多个量：

-在所述挤出机螺杆(3)的下游测量的所述熔融聚合物材料的压力；

-所述熔融聚合物材料的温度；

-使所述挤出机螺杆转动的所述马达的吸收功率(3)；

-所述加热器(4)的吸收功率；

-所述挤出筒(2)的温度；

-所述挤出机螺杆(3)的速度。

11.根据前述任一项权利要求所述的挤出机(1)，其中所述配方参数(71)基于以下量中的一个或多个量：

-所述挤出筒(2)的温度；

-将所述聚合物材料移出所述挤出机螺杆(3)的速度；

-在所述挤出筒(2)的所述出口(2B)处测量的压力。

12.根据前述任一项权利要求所述的挤出机(1)，其包括推动装置(5)，所述推动装置(5)被配置为移动由所述挤出机螺杆(3)输送的所述熔融聚合物材料，以使所述熔融聚合物材料可用于成型机，该成型机用于制造聚合物物体，其中以下情况中的一种或多种是适用的：

i)所述监测参数(72)基于在所述推动装置(5)的下游测量的所述熔融聚合物材料的压力；

ii)所述配方参数(71)基于以下量中的一个或多个量：

-所述推动装置(5)移动所述熔融聚合物材料的速度；

-在所述推动装置(5)的入口区域处测量的压力。

13.一种用于在用于聚合物材料的挤出机(1)中执行诊断性调查的方法，其中所述挤出机(1)包括：

-挤出机螺杆(3)，该挤出机螺杆与马达连接以在设置有加热器(4)的挤出筒(2)内旋转并将所述聚合物材料从入口(2A)移动到出口(2B)，从而使所述聚合物材料熔化；

-用于测量配方参数(71)的传感器系统；

-处理单元(7)，该处理单元被编程为存储所述配方参数(71)的目标值(70)，并对所述加热器(4)执行反馈控制以使所述配方参数(71)达到所述目标值(70)并将所述配方参数(71)保持在所述目标值，

所述方法包括以下步骤：

-测量监测参数(72)；

-处理在第一时刻测量的所述监测参数(72)的第一值和在所述第一时刻之后的第二时刻测量的所述监测参数(72)的第二值；

-响应于所述监测参数(72)的所述第一值和所述第二值之间的比较，生成警报数据(73)。

14.根据权利要求13所述的方法，其中处理步骤包括进行所述监测参数(72)的从所述第一值到所述第二值的变化强度与参考数据(74)之间的比较。

15.根据权利要求14所述的方法，其中生成警报数据(73)的步骤还响应于验证所述配方参数(71)的所述目标值(70)在所述第一时刻和所述第二时刻之间保持不变的事实。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中测量多个监测参数(72)，并且其中生成所述警报数据(74)的步骤响应于根据预定逻辑处理所述多个监测参数(72)中的监测参数(72)的值随时间的对应变化的步骤。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其包括将记录保存到数据库的步骤，其中每个记录包括以下信息项中的一个或多个：

-捕获时刻；

-所述捕获时刻的所述配方参数(70)的值；

-所述捕获时刻的所述监测参数(72)的值；

-表示由所述挤出机(1)在所述捕获时刻处理的聚合物材料的类型的数据。

18.根据权利要求17所述的方法，其中接收用户希望设置的配方触发查询所述数据库以获得与要设置的所述配方相对应的记录的步骤，所述用户希望设置的配方包括表示要处理的聚合物材料的类型的数据和所述配方参数(71)的所述目标值(70)，并且其中，

在找到这样的记录的情况下，所述方法包括将在设置所述配方之后在所述第二时刻测量的所述监测参数(72)的值与包含在从所述数据库中选择的与所述配方相对应的记录中的所述监测参数(72)的值进行比较的步骤，其中捕获所述记录的时刻构成所述第一时刻，

如果没有找到这样的记录，所述方法触发自学习步骤，在所述自学习步骤中准备好用新记录更新所述数据库。

19.一种计算机程序，其包括能由处理器执行以实现根据权利要求13至18中任一项所述的方法的步骤的指令。

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