DE3522565A1 - Process and device for controlling banks of extruders using a microcomputer - Google Patents

Process and device for controlling banks of extruders using a microcomputer

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Abstract

The temperature values and pressure values to be adjusted are determined on the basis of mathematical model, taking into account the quality of the material to be processed and the geometry of the screw and of the mould, and at least partly set. During the course of extrusion, the actual values of the aforementioned parameters are measured and, if one of these parameters changes, the temperature values and/or pressure values to be set - or at least one thereof - are newly determined and set.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optimalen Steuern von Strangpressenreihen unter Anwendung eines Mikrocomputers.The invention relates to a method and an apparatus for optimal Controlling extrusion lines using a microcomputer.

In der Kunststoffindustrie werden weitgehend Strangpreßreihen zur Her­ stellung von Granulaten, Rohren, Profilen, Platten und Hohlkörpern sowie zum Folienblasen, Drahtüberziehen und Erspinnen verwendet. Strangpres­ senreihen werden von den Strangpressen samt den sich anschließenden Werkzeugen, Abzieh- und sonstigen Folgeeinrichtungen gebildet.Extrusion lines are largely used in the plastics industry position of granules, pipes, profiles, plates and hollow bodies as well as used for film blowing, wire covering and spinning. Extruded Rows are made by the extrusion presses and the subsequent ones Tools, pullers and other follow-up devices are formed.

Infolge der ständig sich erhöhenden, an durch Extrudieren hergestellte Kunststoffprodukte gestellten qualitativen und quantitativen Forderungen entwickelten sich Technologie und Verarbeitungsmaschine in einem bedeu­ tenden Maß. In den letzten Jahren haben sich die mechanischen Elemente der Maschinen nur geringfügig geändert; der Schwerpunkt der Entwicklung verschob sich auf die Steuerung und Regelung der Einrichtungen.As a result of the ever increasing, on by extrusion Plastic products made qualitative and quantitative demands technology and processing machine developed in one meaning tendency. In the past few years, the mechanical elements the machines changed only slightly; the focus of development shifted to the control and regulation of the facilities.

Eine wirtschaftliche Herstellung von Fertigprodukten guter Qualität bean­ sprucht die Prozeßsteuerung der Strangpressen und der Folgeeinrichtun­ gen. In Richtung zu dem höchsten Niveau der Realisierung fortschreitend, erhält die Prozeßsteuerung die folgenden Teiltätigkeiten:An economical production of good quality finished products speaks the process control of the extrusion presses and the subsequent equipment progressing towards the highest level of realization, process control receives the following sub-activities:

  • a) Sammeln der Meßdaten:
    Überprüfung der Funktionsparameter des Extrudierens (Massenstrom, Drehzahl der Schnecke, Drehzahl des Getriebes der Abzugsvorrichtung, Zonentemperaturen, Kopfdruck) und Vergleich mit den registrierten Grenzwerten,     a) Collecting the measurement data:
    Checking the functional parameters of the extrusion (mass flow, speed of the screw, speed of the gear of the extraction device, zone temperatures, head pressure) and comparison with the registered limit values,
  • b) Aufzeichnen
    Registrierung der Funktionsparameter in gedruckter Form, eventuell auf einem maschinellen Datenträger (z. B. Magnetband, Magnetplatte). Nachträgliche Kontrolle und Auswertung der Betriebsführung.    b) Record
    Registration of the function parameters in printed form, possibly on a machine data carrier (e.g. magnetic tape, magnetic disk). Subsequent control and evaluation of operational management.
  • c) Analyse der Meßergebnisse
    Zahlenmäßige und logische Prüfung der Funktionsparameter, Feststellung der Ursache von Betriebsstörungen.    c) Analysis of the measurement results
    Numerical and logical check of the functional parameters, determination of the cause of malfunctions.
  • d) Alarm
    Beim Überschreiten der kritischen Grenzwerte der Funktionsparameter Warnung des Bedienungspersonals (optische und/oder akustische Signale)    d) alarm
    When the critical limit values of the function parameters are exceeded, warning of the operating personnel (optical and / or acoustic signals)
  • e) Regelung
    Halten des Wertes der Funktionsparameter auf einem konstanten oder sich vorschriftsmäßig ändernden Pegel mit Hilfe von Regelstromkreisen.    e) Regulation
    Maintaining the value of the function parameters at a constant or changing level with the help of control circuits.
  • f) Steuerung
    Steuerung des Startens und Abstellens des Prozesses sowie der abweh­ renden Intervention bei einer Betriebsstörung.    f) control
    Controlling the starting and stopping of the process as well as preventive intervention in the event of a malfunction.
  • g) Optimierung
    Im Interesse der wirtschaftlichsten Produktion der Produkte guter Quali­ tät die Änderung der Funktionsparameter.    g) optimization
    In the interest of the most economical production of good quality products, the change of the functional parameters.

In der gegenwärtigen Praxis werden die wichtigsten technoloischen Para­ meter (Temperatur, Druck, Umdrehungszahlen, Geschwindigkeiten usw.) ge­ trennt voneinander geregelt, d. h. daß für jeden Parameter ein selbständi­ ger Regelkreis vorhanden ist. Früher erstreckte sich die Regelung nur auf die Maschinenparameter; heutzutage ist die Regelung auch der Schmelzen­ temperatur und des Schmelzendrucks weitgehend verbreitet.In current practice, the main technological para meters (temperature, pressure, revolutions, speeds, etc.) ge separately regulated, d. H. that for each parameter an independent ger control loop is present. In the past, the regulation only extended to the machine parameters; nowadays the regulation is also the melting temperature and melt pressure are widespread.

Der grundsätzliche Nachteil der erwähnten Methoden liegt darin, daß die Regelung nicht optimal ist und nur ein indirekter Einfluß auf das herge­ stellte Produkt ausgeübt wird, da die Produktparameter nicht berücksich­ tigt werden.The basic disadvantage of the methods mentioned is that Regulation is not optimal and only an indirect influence on the herge  product is exercised because the product parameters are not taken into account be done.

Jedoch ist es üblich, irgendeine dominierende Qualitätscharakteristik des extrudierten Produkts, z. B. die Abmessung, die Wanddicke usw. zu messen und aufgrund des Ist-Wertes eine Rückregelung - entweder der Strangpres­ se (Umdrehungszahl) oder der Abziehgeschwindigkeit - vorzunehmen. However, it is common to have some dominant quality characteristic of the extruded product, e.g. B. to measure the dimension, wall thickness, etc. and based on the actual value a back regulation - either the extrusion se (number of revolutions) or the pulling speed.

Im allgemeinen enthält die Regeleinrichtung auch elektronische Elemente, die zur Beseitigung der Zeitverzögerung und sonstiger störender Umstände dienen.In general, the control device also contains electronic elements, those to eliminate the time delay and other troublesome circumstances serve.

Bei gewissen Systemen findet die Regelung aufgrund einer experimentell bestimmten mathematischen Formel statt.In certain systems, the control is based on an experimental certain mathematical formula instead.

Durch das Erscheinen der prozeßsteuernden Computer wurde die Technolo­ gie des Strangpressens nicht geändert, da die Computer unmittelbar zur di­ gitalen Kontrolle verwendet werden, d. h. im wesentlichen die Aufgaben der konventionellen Regeleinheiten übernehmen.With the advent of process control computers, technolo The extrusion technology has not changed since the computers go directly to the di gital control, d. H. essentially the tasks of conventional control units.

Der Erfindung wurde das Ziel gesetzt, die obenerwähnten ungünstigen Cha­ rakteristiken zu beseitigen und die optimale Führung des Betriebs der Strangpressenreihen sicherzustellen, wodurch die Leistung der Ferti­ gungsstraßen bedeutend erhöht werden kann, gleichzeitig aber auch die er­ forderlichen qualitativen Parameter sichergestellt werden.The aim of the invention was to achieve the above-mentioned unfavorable cha eliminating characteristics and the optimal management of the operation of the Ensure extrusion lines, which improves the performance of the ferti roads can be significantly increased, but also the he required qualitative parameters are ensured.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, ein Verfahren und eine Vor­ richtung zu entwickeln, durch welche eine optimale Steuerung von Strang­ pressenreihen gewährleistet werden kann.The object is achieved by the invention, a method and a front to develop direction by which an optimal control of strand press series can be guaranteed.

Im Sinne der Erfindung wird das gesetzte Ziel mit einem Verfahren er­ reicht, bei welchem die einzustellenden Temperatur- und Druckwerte unter Berücksichtigung der Materialqualität und der Schnecken- und Werkzeugge­ ometrie aufgrund eines mathematischen Modells bestimmt und wenigstens teilweise eingestellt werden, während des Extrudierens die Ist-Werte der gesamten Parameter fortlaufend gemessen werden und, falls mindestens einer dieser Parameter sich ändert, wenigstens einer der einzustellenden Temperatur-, und/oder Druckwerte neu bestimmt und eingestellt wird.In the sense of the invention, the set goal is achieved with a method is sufficient at which the temperature and pressure values to be set are below Consideration of the material quality and the screw and tool configuration Geometry determined based on a mathematical model and at least  can be partially adjusted while extruding the actual values of the entire parameters are measured continuously and, if at least one of these parameters changes, at least one of the parameters to be set Temperature and / or pressure values are newly determined and set.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Berech­ nungen mit einem Mikrocomputer vorgenommen.In an advantageous embodiment of the invention, the calculations with a microcomputer.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die folgenden Eingangsveränderlichen berücksichtigt: physikalische und rheolo­ gische Parameter des zu verarbeitenden festen Kunststoffes und der Schmelze, geometrische Parameter der Strangpresse, des Werkzeuges und der Abziehvorrichtung, Funktionsparameter (Umdrehungszahl, Zonentem­ peratur, Werkzeugtemperatur) , und die charakteristische Abmessung des Fertigprodukts.In a further advantageous embodiment of the invention, the following input changeable takes into account: physical and rheolo parameters of the solid plastic to be processed and the Melt, geometric parameters of the extrusion press, the tool and the puller, functional parameters (number of revolutions, zone temperature, mold temperature), and the characteristic dimension of the Finished product.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält Fühler und Wandler, eine Ein­ gangseinheit, einen Speicher, eine Steuereinheit, eine arithmetische Ein­ heit, eine Ausgangseinheit, Signalwandler und Stellorgane, einen Extruder und eine Abziehvorrichtung. Die Fühler und die Wandler sind an die Strangpresse und an die Abziehvorrichtung angeschlossen, der Ausgang der Fühler und der Wandler ist an die Eingangseinheit angeschlossen, während der Ausgang der Eingangseinheit mit der Steuereinheit verbunden ist. Die Steuereinheit ist an den Speicher, die arithmetische Einheit und die Aus­ gangseinheit angeschlossen. Die Ausgangseinheit ist mit dem Signalwand­ ler und dem Stellorgan verbunden, während der Signalwandler und Stellor­ gane an die Strangpresse und die Abziehvorrichtung angeschlossen sind.The device according to the invention contains sensors and transducers, one gear unit, a memory, a control unit, an arithmetic input unit, an output unit, signal converter and actuators, an extruder and a puller. The sensors and the transducers are on the Extruder and connected to the puller, the output of the Sensor and the converter is connected to the input unit while the output of the input unit is connected to the control unit. The Control unit is attached to the memory, the arithmetic unit and the off gear unit connected. The output unit is with the signal wall ler and the actuator connected while the signal converter and actuator gane are connected to the extruder and the puller.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung dienende Vor­ richtung werden anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert. The method according to the invention and the one used to carry it out direction using an advantageous embodiment the drawing explained in more detail.

Fig. 1 stellt eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sy­ stems für die Prozeßsteuerung in Form eines Ablaufschemas dar. Fig. 1 shows a possible embodiment of the system according to the invention for process control in the form of a flow chart.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht aus den Fühlern und Wandlern 1, der Eingangseinheit 2, dem Speicher 3, der Steuereinheit 4, der arithmetischen Einheit 5, der Ausgangseinheit 6, dem Signalwandler und dem Stellorgan 7, der Strangpresse 8 und der Abziehvorrichtung 9.The apparatus according to Fig. 1 consists of the sensors and transducers 1, the input unit 2, the memory 3, the control unit 4, the arithmetic unit 5, output unit 6, the signal converter and the actuator 7, the extruder 8 and the extractor. 9

Der Eingang der Fühler und Wandler 1 ist an die Strangpresse 8 und die Abziehvorrichtung 9 angeschlossen. Die Ausgänge der Fühler und Wandler sind mit der Eingangseinheit 2 verbunden, während der Ausgang der Ein­ gangseinheit 2 mit der einerseits an den Speicher 3 und andererseits an die arithmetische Einheit 5 angeschlossenen Steuereinheit 4 verbunden ist. Der Ausgang der Steuereinheit 4 ist an den Eingang der Ausgangseinheit 6 angeschlossen, während der Ausgang der Ausgangseinheit 6 an den Eingang des Signalwandlers und Stellorgans 7 angeschlossen ist. Die Ausgänge des Signalwandlers und der Stellorgane 7 sind an die Strangpresse 8 und an die Abziehvorrichtung 9 angeschlossen.The input of the sensors and transducers 1 is connected to the extruder 8 and the puller 9 . The outputs of the sensors and transducers are connected to the input unit 2, while the output of a gear unit 2 with one hand connected to the memory 3 and on the other hand to the arithmetic unit 5 control unit 4 is connected. The output of the control unit 4 is connected to the input of the output unit 6 , while the output of the output unit 6 is connected to the input of the signal converter and actuator 7 . The outputs of the signal converter and the actuators 7 are connected to the extruder 8 and to the puller 9 .

Die Fühler 1 nehmen die Strangpreßgeschwindigkeit, die Temperatur und den Druck wahr, die Wandler wandeln die von den Fühlern abgegebenen analogen elektrischen Signale in digitale Signale. Die von den Fühlern ab­ gegebenen bzw. von den Wandlern gewandelten digitalen Signale gelangen zu der Eingangseinheit 3 des Mikroprozessors. Der Speicher 3 speichert das mathematische Modell, das für die Teilprozesse des Extrudierens (Tran­ sport des Feststoffes, Schmelzen, Transport der Schmelze), sowie für die in dem Werkzeug vorsichgehende Strömung charakteristische Korrelations­ systemThe sensors 1 perceive the extrusion speed, the temperature and the pressure, the converters convert the analog electrical signals emitted by the sensors into digital signals. The digital signals given by the sensors or converted by the transducers reach the input unit 3 of the microprocessor. The memory 3 stores the mathematical model, which is characteristic for the partial processes of extrusion (transport of the solid, melting, transport of the melt), as well as for the flow in the tool characteristic correlation system

Die Eingangsveränderlichen des Modells sind die physikalischen und rheolo­ gischen Parameter des zu verarbeitenden festen Kunststoffes, die geomet­ rischen Parameter des Werkzeugs und der Abziehvorrichtung, die Funk­ tionsparameter sowie die charakteristische Abmessung des Fertigprodukts. Die Ausgangsveränderlichen sind das Temperatur- und Druckprofil des Fest­ stoffes in dem Schneckenkanal, die Parameter des an der Zylinder- und Schneckenfläche sich abspielenden Schmelzprozesses, das Temperatur- und Druckprofil der Schmelze in dem Schneckenkanal, der Volumenstrom der Schmelze, die Temperatur und der Druck der in das Werkzeug eintretenden Schmelze und die Austrittstemperatur der Schmelze.The input variable of the model are the physical and rheolo parameters of the solid plastic to be processed, the geomet parameters of the tool and the puller, the radio tion parameters and the characteristic dimensions of the finished product. The output changes are the temperature and pressure profile of the festival substance in the screw channel, the parameters of the on the cylinder and Screw surface of the melting process taking place, the temperature and Pressure profile of the melt in the screw channel, the volume flow of the  Melt, the temperature and the pressure of those entering the tool Melt and the outlet temperature of the melt.

Nach dem Vergleich der Ausgangsveränderlichen und der aus der Eingangs­ einheit 2 stammenden Meßergebnisse entscheidet die Steuereinheit 4, ob der Prozeß betriebsgerecht vor sich geht oder ob eine Intervention erfor­ derlich ist. In dem letzteren Fall werden die in die Ausgangseinheit 6 weitergeleiteten Daten in dem Signalwandler und den Stellorganen 7 konvertiert, wonach der Betrieb den konvertierten Werten entsprechend weitergeführt wird. Die entsprechenden Funktionsparameter werden in dem erforderlichen Maß geändert, wodurch der Prozeß in Richtung zu der optimalen Funktion gelenkt wird. Die in der arithmetischen Einheit 5 vorsichgehenden Berechnungen werden von der Steuereinheit 4 periodisch neu eingeleitet. Der Signalwandler und die Stellorgane 7 führen die Intervention an den entsprechenden Einheiten der Strangpresse 8 und der Abziehvorrichtung 9 aus.After comparing the output variable and the measurement results from the input unit 2 , the control unit 4 decides whether the process is operational or whether an intervention is necessary. In the latter case, the data forwarded to the output unit 6 are converted in the signal converter and the actuators 7 , after which the operation is continued in accordance with the converted values. The corresponding functional parameters are changed to the required extent, whereby the process is directed towards the optimal function. The calculations in arithmetic unit 5 are periodically reintroduced by control unit 4 . The signal converter and the actuators 7 carry out the intervention on the corresponding units of the extruder 8 and the puller 9 .

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Leistung der Strangpressen­ reihen bedeutend erhöht wird, wodurch eine wesentliche Einsparung an In­ vestitionskosten und Fertigungskosten erreicht werden kann.The advantage of the invention is that the performance of the extrusion presses rows is significantly increased, which means a significant saving in investment costs and manufacturing costs can be achieved.

Claims (4)

1. Verfahren zum Steueren von Strangpreßreihen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzustellenden Temperatur- und/oder Druckwerte auf Grund eines mathematischen Modells unter Berücksichtigung der Qualität des zu ver­ arbeitenden Stoffes sowie der Geometrie der Schnecke und des Werkzeugs bestimmt werden, wonach wenigstens der eine der Werte eingestellt wird, im Verlauf des Extrudieres die Ist-Werte der genannten Parameter ge­ messen werden und, falls wenigstens einer der Werte sich ändert, wenig­ stens einer der einzustellenden Temperatur- und/oder Druckwerte neu ein­ gestellt wird.1. A method for controlling extrusion series, characterized in that the temperature and / or pressure values to be set are determined on the basis of a mathematical model taking into account the quality of the material to be processed and the geometry of the screw and the tool, after which at least one of the Values are set, the actual values of the parameters mentioned are measured in the course of the extrusion and, if at least one of the values changes, at least one of the temperature and / or pressure values to be set is newly set. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung mit einem Mikrocomputer erfolgt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the determination done with a microcomputer.   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ver­ lauf des Verfahrens die folgenden Veränderlichen berücksichtigt werden:
  • - physikalische und rheologische Parameter des zu verarbeitenden festen Kunststoffes sowie der Schmelze;
  • - geometrische Parameter der Strangpresse, des Werkzeugs und der Ab­ ziehvorrichtung;
  • - Funktionsparametercharakteristiken (Umdrehungszahl, Zonentempera­ tur, Werkzeugtemperatur);
  • - die charakteristische Abmessung des Fertigprodukts.
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the following variables are taken into account in the course of the process:
  • - Physical and rheological parameters of the solid plastic to be processed and the melt;
  • - Geometric parameters of the extruder, the tool and the puller;
  • - Functional parameter characteristics (number of revolutions, zone temperature, tool temperature);
  • - the characteristic dimension of the finished product.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Fühler und Wandler (1), eine Ein­ gangseinheit (2), einen Speicher (3), eine Steuereinheit (4), eine arithme­ tische Einheit (5), eine Ausgangseinheit (6), Signalwandler und Stellein­ heiten (7), eine Strangpresse (8) und eine Abzieheinrichtung (9) enthält, die Ausgänge des Fühlers und der Wandler (1) an die Eingangseinheit (2) angeschlossen sind, der Ausang der Eingangseinheit (2) mit dem Ein­ gang der an dem Speicher (3) und an die arithmetische Einheit (5) an­ geschlossenen Steuereinheit (4) verbunden ist, während der Ausgang der Steuereinheit (4) an den Eingang der Ausgangseinheit (6) angeschlossen ist, der Ausgang der Ausgangseinheit (6) an die Wandler- und Stellein­ heit (7) angeschlossen ist und die Wandler- und Stelleinheit (7) mit der Strangpresse (8) und der Abziehvorrichtung (9) verbunden sind und die Strangpressen (8) und die Abziehvorrichtung (9) an die Fühler- und Wandlereinheit (11) angeschlossen sind.4. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that the device sensor and transducer ( 1 ), an input unit ( 2 ), a memory ( 3 ), a control unit ( 4 ), an arithmetic unit ( 5 ) , An output unit ( 6 ), signal converter and actuator units ( 7 ), an extruder ( 8 ) and a puller ( 9 ) contains the outputs of the sensor and the converter ( 1 ) are connected to the input unit ( 2 ), the output of Input unit ( 2 ) with the input of the memory ( 3 ) and the arithmetic unit ( 5 ) connected to the closed control unit ( 4 ), while the output of the control unit ( 4 ) is connected to the input of the output unit ( 6 ) , The output of the output unit ( 6 ) is connected to the transducer and actuator unit ( 7 ) and the transducer and actuator unit ( 7 ) are connected to the extruder ( 8 ) and the puller ( 9 ) and the extruders ( 8 ) and the Ab pulling device ( 9 ) are connected to the sensor and transducer unit ( 11 ).
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