DE102009000938B4 - Method for controlling an extrusion line - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Steuern einer Extrusionslinie (1) in Abhängigkeit von Materialdaten eines aufgegebenen Materials (2), wobei über mindestens eine Erfassungseinheit (3) kontinuierlich Materialdaten erfasst werden, bevor das Material einer Verarbeitung im Extruder (1) unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der erfassten Materialdaten durch Datenvergleich und/oder mathematischer Prozesse ein oder mehrere Kennwerte ermittelt werden und anschließend anhand des/der ermittelten Kennwerts(e) ein Datensatz mit den erforderlichen Maschinenparametern aus einer Datenbank (4) ausgelesen und an die Extrusionslinie (1) übertragen wird.Method for controlling an extrusion line (1) as a function of material data of a discontinued material (2), wherein material data is continuously recorded via at least one detection unit (3) before the material is subjected to processing in the extruder (1), characterized in that By means of data comparison and / or mathematical processes, one or more characteristic values are ascertained from the acquired material data and then a data set with the required machine parameters is read from a database (4) and transmitted to the extrusion line (1) on the basis of the determined characteristic value (e).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Extrusionslinie in Abhängigkeit von Materialdaten eines aufgegebenen Materials, wobei über mindestens eine Erfassungseinheit kontinuierlich Materialdaten erfasst werden, bevor das Material einer Verarbeitung im Extruder unterzogen wird.The invention relates to a method for controlling an extrusion line as a function of material data of a discontinued material, wherein material data is continuously recorded via at least one detection unit before the material is subjected to processing in the extruder.
Die steigenden Qualitätsanforderungen und die Anforderung an minimaler Ausschussproduktion an die Produkte erfordern einen frühzeitigen Eingriff in die Prozessparametrierung beispielsweise bei Extrudermaschinen und deren Nachfolgeeinheiten. Zur Lösung dieser Anforderungen sind Verfahren, die mittels neuronaler Netze, Neuro-Fuzzy, ein sich selbst lernendes, korrigierendes und regulierendes System, abbilden, bekannt. Es werden auch unterschiedliche Regelalgorithmen und -kombinationen zur Optimierung des Prozessverhaltens eingesetzt sowie Ansätze nach der Evolutionstheorie.The increasing quality requirements and the requirement for minimal reject production on the products require early intervention in the process parameterization, for example in extruder machines and their downstream units. To solve these requirements, methods that map by means of neural networks, neuro-fuzzy, a self-learning, correcting and regulating system, are known. There are also different control algorithms and combinations used to optimize the process behavior and approaches to the theory of evolution.
Typischerweise werden auf einer Produktionsmaschine unterschiedlichste Materialien verarbeitet, auf welche die Prozessparameter anzupassen sind. Es hat sich aber darüber hinaus gezeigt, dass auf einer Produktionsanlage die Eingangsmaterialdaten von Charge zu Charge und Hersteller zu Hersteller einer Streuung unterliegen und dass Umwelteinflüsse wie Rohstoffform, Temperatur und Materialfeuchte den Prozess stören und somit eine optimale Prozessführung zur Erzeugung der geforderten Qualität nicht ohne Eingriffe der Anwender zu gewährleisten ist. In besonderem Maße wird bei der Verarbeitung von Recyclingmaterialien und Recyclaten die optimale Einstellung eines Prozesses, ohne die genaue Kenntnis der Materialzusammensetzung, nahezu unmöglich.Typically, a wide variety of materials are processed on a production machine, to which the process parameters are adapted. However, it has also been shown that the input material data from batch to batch and manufacturer on a production plant are subject to scattering and that environmental influences such as raw material form, temperature and material moisture disturb the process and thus optimal process management to produce the required quality not without intervention the user is to be guaranteed. In particular, in the processing of recycled materials and recyclates, the optimal setting of a process, without the exact knowledge of the composition of materials, almost impossible.
Das Abrufen von Maschinendaten aus einer Datenbank für die Herstellung von Spritzgussteilen ist aus diversen Schriften wie der
Bedingt durch den Tatbestand, dass bei der Extrusion eine kontinuierliche Erfassung erforderlich ist, da nicht wie beim Spritzgießen zunächst eine Erfassung, dann eine Bewertung, dann eine Einstellung und anschließend der Prozess in Gang gesetzt werden kann, ist eine 1:1 Übertragung nicht möglich.Due to the fact that a continuous detection is required in the extrusion, since not as in injection molding, first a detection, then a rating, then a setting and then the process can be set in motion, a 1: 1 transmission is not possible.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, mittels dem der Einfluss des Materials, welches der Kunststoffverarbeitungsmaschine aufgegeben wird, automatisch berücksichtigt wird.The object of the invention is therefore to provide a method by means of which the influence of the material which is given to the plastic processing machine is automatically taken into account.
Die Lösung der Aufgabe ist in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass mittels der erfassten Materialdaten durch Datenvergleich und/oder mathematischer Prozesse ein oder mehrere Kennwerte ermittelt werden und anschließend anhand des ermittelten Kennwertes ein Datensatz mit den erforderlichen Maschinenparametern aus einer Datenbank ausgelesen und an die Extrusionslinie übertragen wird.The object is achieved in conjunction with the preamble of
Es werden also im kontinuierlichen Verfahren die einlaufenden spezifischen Materialdaten erfasst und entsprechend ausgewertet. Anhand dieser erfassten Daten kann die entsprechende Steuerung, die beispielsweise über eine SPS oder eine ähnliche Steuerung realisiert wird, in einer Wissensdatenbank nachschauen, um die für diese Materialdaten erforderlichen Maschinenparameter abzufragen und an die Kunststoffverarbeitungsmaschine zu übertragen. Thus, in the continuous process, the incoming specific material data are recorded and evaluated accordingly. Based on this acquired data, the corresponding control, which is realized for example via a PLC or a similar control, look up in a knowledge database to query the machine parameters required for this material data and transfer it to the plastic processing machine.
Der Idee liegt somit zugrunde, bekannte Erfassungssysteme und bestehende Datenbanken in geeigneter Weise so zu kombinieren, dass eine weitgehend automatische Einstellung und Korrektur der Einstellung einer Maschine erfolgen kann. Die Erfassungssysteme ermitteln anhand der erfassten Daten z.B. eine Art Index, der zu einer bestimmten Datensatznummer in der Datenbank passt. Wird dieser Datensatz nicht gefunden, wird anhand eines Algorithmus oder sonstigem mathematischen System bestimmt, welcher nahe liegende Datensatz ausgelesen und dessen Parameter an die Maschinensteuerung übermittelt wird. Weichen die ausgelesenen Daten/Parameter zu sehr von den gewünschten Kennwerten ab, kann eine Warnung ausgegeben werden. Hier ist eine Warnung im Display oder als Leuchte oder in jeder akustischen Form denkbar. Das Maschinenpersonal kann dann das Produktergebnis beobachten, die Parameter manuell korrigieren und bei Bedarf als neuen Datensatz mit neuem Kennwert abspeichern. Werden dann zu einem späteren Zeitpunkt analoge Daten erfasst, findet das System dann den gewünschten Datensatz mit den Maschinenparametern in der Datenbank.The idea is therefore based on combining known detection systems and existing databases in a suitable manner so that a largely automatic adjustment and correction of the setting of a machine can be carried out. The detection systems determine from the acquired data e.g. a kind of index that matches a specific record number in the database. If this data record is not found, an algorithm or other mathematical system is used to determine which nearby data record is read out and whose parameter is transmitted to the machine control. If the read-out data / parameters deviate too much from the desired characteristic values, a warning can be issued. Here is a warning in the display or as a light or in any acoustic form conceivable. The machine personnel can then observe the product result, correct the parameters manually and, if necessary, save them as a new data record with a new characteristic value. If analogue data is then acquired at a later date, the system then finds the desired data record with the machine parameters in the database.
Auf diese Weise wird das System sukzessive mit weiteren Daten angereichert und entwickelt sich zu einem eigenständigen Expertensystem.In this way, the system is successively enriched with additional data and evolves into an independent expert system.
Es ist somit möglich, beispielsweise bei extrem kaltem Material die Temperierung eines Extruders zu erhöhen und somit ohne Einfluss des Bedienpersonals den erforderlichen Aufschmelzgrad zu erreichen. Als weiteres Beispiel könnte die Drehzahl des Extruders je nach erkannter Form des Materials entsprechend angepasst werden, da bei einem runden Granulatkorn oder einem blättchenförmigen Recyclat andere Extruderdrehzahlen sinnvoll sind. It is thus possible, for example, to increase the temperature of an extruder with extremely cold material and thus to achieve the required degree of melting without the influence of the operating personnel. As another example, the speed of the extruder could vary depending on the shape of the material being detected be adjusted accordingly, since in a round granule or a flake-shaped recyclate other extruder speeds are useful.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich sowohl für die Erfassung der Materialdaten von typischen Kunststoffen wie Thermoplasten als auch für Ton, Keramik, Gummi, Kautschuk, organische Verbindungen, Verbundwerkstoffe, Biowerkstoffe oder auch Metalle und ähnliche Materialien. The proposed method is suitable both for recording the material data of typical plastics such as thermoplastics and for clay, ceramics, rubber, rubber, organic compounds, composites, biomaterials or even metals and similar materials.
Die Erfassungseinheit, die beispielsweise ein Materialsensor sein kann, erfasst sowohl den Materialtyp und Materialfarbe, die Materialzusammensetzung, die Form des eingegebenen Materials, die Temperatur als auch die Feuchte. Sicherlich ist es auch denkbar, noch weitere Materialdaten erfassen zu können. Als Sensor kann weiterhin ein Nahinfrarotspektroskop und / oder Feucht- und Temperatursensoren eingesetzt werden. Die Datenerfassung muss nicht zwingend über eine Erfassungseinheit erfolgen, es können auch mehrere Sensoren die Daten an die Prozesssteuerung übermitteln. The detection unit, which may be, for example, a material sensor, detects both the type of material and material color, the composition of the material, the shape of the input material, the temperature and the humidity. Certainly it is also conceivable to be able to record further material data. As a sensor, a Nahinfrarotspektroskop and / or humidity and temperature sensors can also be used. The data acquisition does not necessarily have to take place via a detection unit, it is also possible for several sensors to transmit the data to the process control.
In dieser Steuereinheit, die entweder direkt in der Kunststoffverarbeitungsmaschine integriert ist, aber auch innerhalb eines Betriebes, in einem Rechenzentrum oder anderweitig untergebracht sein kann, werden nun die Materialdaten verarbeitet. In Abhängigkeit dieser ermittelten Materialdaten werden in einer Wissensdatenbank bereits hinterlegte Maschinenparameter abgerufen und, wie bereits oben beschrieben, an die Kunststoffverarbeitungsmaschine übermittelt. Die Verarbeitung kann beispielsweise durch Ermittlung einer spezifischen Kennzahl für diese Materialdaten erreicht werden, wobei dann anhand dieser Kennzahl in der Wissensdatenbank die Maschinenparameter abgefragt werden. Weicht die ermittelte Kennzahl beispielsweise von einem gespeicherten Kennzahlenwert in der Datenbank ab, so entscheidet ein hinterlegter mathematischer Algorithmus, welcher der benachbarten Datensätze als Maschinenparameter ausgelesen wird. In this control unit, which is either integrated directly in the plastic processing machine, but can also be housed within a company, in a data center or otherwise, now the material data are processed. As a function of this determined material data already stored machine parameters are retrieved in a knowledge database and, as already described above, transmitted to the plastic processing machine. The processing can be achieved, for example, by determining a specific code for this material data, in which case the machine parameters are queried on the basis of this code in the knowledge database. If the determined characteristic deviates, for example, from a stored characteristic value in the database, a stored mathematical algorithm decides which of the adjacent data sets is read out as a machine parameter.
Die an die Kunststoffverarbeitungsmaschine übertragenen Maschinenparameter werden parallel in geeigneter Weise ausgegeben, was beispielsweise über ein Display oder Touch-Screen an der Maschine ermöglicht wird. The machine parameters transmitted to the plastic processing machine are output in parallel in a suitable manner, which is made possible for example via a display or touch screen on the machine.
Über eine Eingabestelle, was beispielsweise das Touch-Screen-Feld an der Maschine sein kann, ist es möglich, die Maschinenparameter manuell zu korrigieren. Dies kann erforderlich sein, falls das gewünschte Ergebnis noch nicht optimal und eine Korrektur erforderlich ist. Diese korrigierten Daten können dann als neuer Datensatz der Maschinenparameter in der Wissensdatenbank gespeichert werden und stünden dem System für Folgeprozesse zur Verfügung. Via an input location, which can be the touch screen field on the machine, for example, it is possible to manually correct the machine parameters. This may be necessary if the desired result is not yet optimal and a correction is required. This corrected data can then be stored as a new record of the machine parameters in the knowledge base and be available to the system for follow-up processes.
Während des Prozesses innerhalb der Kunststoffverarbeitung können weitere Messwerte erfasst werden, die ebenfalls an die Prozesssteuerung übermittelt werden. Durch dieses Verfahren ist es möglich, die durch die Datenbank gelieferten Maschinenparameter im Rahmen einer Ergebniskontrolle zu überprüfen und somit individuell einzelne oder alle Parameter zu korrigieren. Selbstverständlich können diese Korrekturwerte als neue Werte in der Datenbank hinterlegt werden. During the process within the plastics processing, further measured values can be recorded, which are also transmitted to the process control. This procedure makes it possible to check the machine parameters supplied by the database as part of a result check and thus to individually correct individual or all parameters. Of course, these correction values can be stored as new values in the database.
Es wird also der Abgleich der Messdaten mit einer Wissensdatenbank zur optimalen automatischen Prozessparametrierung und Steuerung der Kunststoffverarbeitungsmaschine durchgeführt. Für die Parametrierung geeignete Prozessdaten sind z.B. Drehmoment und Drehzahl des Hauptmotors oder/und weitere Nebenantriebe sowie das Temperaturprofil der Verfahrenseinheit und des Werkzeugs sowie die Schmelzedaten. Weiterhin ist es denkbar, beispielsweise in der Extrusion dem Extruder nachgeschaltete Kalibriereinheiten optimal ihrem Kühl- und Druckverhalten zu parametrieren. Die Wissensdatenbank ist daher für alle Extrusionsverfahren der Mono- und Mehrschichtextrusion ausgelegt. Wie oben erwähnt, kann die Wissensdatenbank sowohl in die Extrudersteuerung integriert sein als auch zentral auf einem firmeninternen Server zur Verfügung stehen und einzelne und/oder mehrere Extrudermaschinen bzw. Kunststoffverarbeitungsmaschinen gleichzeitig bedienen. Thus, the comparison of the measured data with a knowledge database for optimal automatic process parameterization and control of the plastic processing machine is performed. Process data suitable for the parameterization are e.g. Torque and speed of the main engine and / or other auxiliary drives and the temperature profile of the process unit and the tool and the melt data. Furthermore, it is conceivable to optimally parameterize, for example, in the extrusion downstream of the extruder calibration units their cooling and pressure behavior. The knowledge database is therefore designed for all extrusion processes of mono- and multi-layer extrusion. As mentioned above, the knowledge base can be integrated into the extruder control as well as centrally available on an in-house server and serve single and / or multiple extruder machines or plastic processing machines simultaneously.
Auf Basis der Interaktion von Wissensdatenbank, Erfassung der Eingangsmaterialdaten und Steuerung wird eine aktive Verarbeitungsempfehlung erreicht, die den Bediener in die Lage versetzt, den Verarbeitungsprozess optimal einzustellen. Aufbauend auf die gelernten Verarbeitungsempfehlungen ist das hier gezeigte sukzessiv trainierte System nach und nach in der Lage, den Prozess selbständig optimal zu führen.Based on the interaction of the knowledge base, acquisition of input material data and control, an active processing recommendation is achieved, which enables the operator to optimally adjust the processing process. Based on the learned processing recommendations, the successively trained system shown here is gradually able to perform the process independently optimally.
Anhand einer Extrusionslinie soll beispielhaft das Verfahren in einer Figur erläutert werden. Die Figur zeigt eine Kunststoffverarbeitungsmaschine
Am Beispiel dieser Extruderlinie kann beispielsweise ein zweiter Material- bzw. Produktsensor vor der Formgebung und/oder in der Nachfolge platziert sein, um eine Rückkopplung zwischen den Produkteigenschaften und dem Plastifizier- bzw. Aufbereitungsprozess zu bekommen. Beispielsweise könnte der Glanzgrad des Produktes durch den zweiten Materialsensor bestimmt und an die Steuerung zurückgegeben werden. Der könnte wiederum dazu genutzt werden, die Düsenheizung zu steuern, um den im Vorfeld definierten Glanz des Produktes automatisch einzustellen bzw. zu verändern. Using the example of this extruder line, for example, a second material or product sensor may be placed prior to shaping and / or in succession in order to obtain a feedback between the product properties and the plasticizing or conditioning process. For example, the gloss level of the product could be determined by the second material sensor and returned to the controller. This could in turn be used to control the nozzle heater to automatically set or change the previously defined gloss of the product.
Hier wird also ein System aufgezeigt, das durch die Erfahrung und Reaktionen der Anwender und Experten auf unterschiedliche Materialeigenschaften trainiert wird. Die so gefundenen Prozessparameter werden als Datensets in einer Datenbank abgelegt und sind jederzeit wieder aufrufbar. In Kombination mit einer Materialzustandserkennung ist somit ein unverzögerter Eingriff in den Prozess möglich. Es können Verfahren zur Rohr-, Profil-, Flachfolien, Platten, Granulaten, Blasfolienherstellung, aber auch Spritzguss- und Compoundiermaschinen optimal eingestellt werden.Here is a system that is trained by the experience and reactions of users and experts to different material properties. The process parameters thus found are stored as data sets in a database and can be recalled at any time. In combination with a material condition detection, an immediate intervention into the process is possible. It can be optimally adjusted processes for tube, profile, flat films, plates, granules, blown film, but also injection molding and compounding.
Zusammengefasst sei daher, wie teilweise schon weiter oben ausgeführt, noch einmal erwähnt:
- • Mit der vorgeschlagenen Erfindung kann die kontinuierliche Erfassung der spezifischen Materialdaten, der in den Extruder bzw. die Plastifiziereinheit einlaufenden Materialien, durch einen Materialsensor, der die Messergebnisse auflöst nach Materialtyp, -zusammensetzung, -form, -temperatur und -feuchte, umgesetzt werden. Typisch für diese Anwendung ist z.B. bei Kunststoffen der Einsatz von Nahinfrarot-Spektroskopie, von Feuchte- und Temperatursensoren. Erfasst werden können Tone, Keramik, Gummi, Kautschuk, Thermoplastische Polymere, organische Verbindungen, Verbundwerkstoffe, Biowerkstoffe und Metalle.
- • Weiterhin ist der Abgleich der Messdaten mit einer Wissensdatenbank zur optimalen automatischen Prozessparametrierung und -steuerung der Extrudermaschine realisiert. Optimale Prozessdaten sind z.B. Drehmoment und Drehzahl des Hauptmotors oder/und weiterer Nebenantriebe sowie das Temperaturprofil der Verfahrenseinheit und des Werkzeugs. Weiterhin ist denkbar, z. B. die dem Extruder nachgeschalteten Kalibriereinheiten optimal in dem Kühl- und Druckverhalten zu parametrieren.
- • Die Wissensdatenbank ist ausgelegt für alle Extrusionsverfahren der Mono- und Mehrschichtextrusion. Die Wissensdatenbank kann sowohl in der Extrudersteuerung integriert sein als auch zentral auf einem firmeninternen Server zur Verfügung stehen und einzelne oder / und mehrere Extrudermaschinen gleichzeitig bedienen.
- • Eine aktive Verarbeitungsempfehlung auf Basis der Interaktion von Wissensdatenbank und Steuerung, die den Bediener in die Lage versetzt, den Verarbeitungsprozess zu optimieren, ist umgesetzt.
- • Darüber hinaus ist es denkbar, einen zweiten Material- bzw. Produktsensor vor der Formgebung oder/ und in der Nachfolge zu platzieren, um eine Rückkopplung zwischen den Produkteigenschaften und dem Plastifizier- bzw. Aufbereitungsprozess zu bekommen. Beispielsweise könnte der Glanzgrad des Produktes, durch den zweiten Materialsensor bestimmt und an die PLC weitergegeben, dazu genutzt werden, um die Düsenheizung so zu steuern, um den im Vorfeld definierten Glanz des Produktes automatisch einzustellen.
- With the proposed invention, the continuous detection of the specific material data, the materials entering the extruder or the plasticizing unit, can be converted by a material sensor which dissolves the measurement results according to material type, composition, shape, temperature and moisture. For example, the use of near-infrared spectroscopy, moisture and temperature sensors is typical for this application. Clays, ceramics, rubber, rubber, thermoplastic polymers, organic compounds, composites, biomaterials and metals can be included.
- • Furthermore, the comparison of the measured data with a knowledge database for the optimal automatic process parameterization and control of the extruder machine is realized. Optimal process data include torque and speed of the main engine and / or other auxiliary drives, as well as the temperature profile of the processing unit and the tool. Furthermore, it is conceivable, for. B. the parameters downstream of the extruder calibration units optimally in the cooling and pressure behavior.
- • The knowledge database is designed for all extrusion processes of mono- and multi-layer extrusion. The knowledge database can be integrated into the extruder control as well as centrally available on a company-internal server and serve individual or / and several extruder machines simultaneously.
- • An active processing recommendation based on the knowledge database and control interaction that enables the operator to optimize the processing process has been implemented.
- In addition, it is conceivable to place a second material or product sensor before shaping or / and in succession in order to obtain a feedback between the product properties and the plasticizing or conditioning process. For example, the gloss level of the product, as determined by the second material sensor and passed to the PLC, could be used to control the nozzle heater so as to automatically adjust the pre-defined gloss of the product.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kunststoffverarbeitungsmaschine Plastic processing machine
- 22
- Material material
- 33
- Erfassungseinheit acquisition unit
- 44
- Datenbank Database
- 55
- Prozesssteuerung process control
- 66
- Extruder extruder
- 77
-
Antrieb von
6 Drive from6 - 88th
-
Temperierung von
6 Temperature control of6 - 99
- Materialaufgabetrichter Material hopper
- 1010
- Werkzeug Tool
- 1111
- Display display
Claims (8)
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Owner name: BATTENFELD-CINCINNATI GERMANY GMBH, 32547 BAD , DE |
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