KR0181967B1 - 압출기 온도 제어기 및 압출기 온도 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압출기 배럴(12) 용 압출기 온도 제어기이다.
본 발명은 실제 스크류 속도(16)를 결정하기 위한 수단을 포함하며, 복수의 스크류 속도(114)를 기억하기 위한 수단을 가진다. 복수의 기억 스크류 속도 멤버는 대응 기억 온도 리세트 값을 가진다. 압출기 온도 제어기(22)는 각각의 복수 기억 스크류 속도와 실제 스크류 속도를 비교하고 고장 스크류 속도 선택하는 비교 및 선택 수단을 가지며, 고장 스크류 속도는 비교, 기억된 스크류 속도의 어느 다른 멤버보다 작은 실제 스크류 속도와의 편차를 가진다. 본 발명은 또한 제어 출력 구동기 신호(36)를 열교환 수단(15)에 발생하기 위한 수단을 포함한다. 제어 출력 구동기 신호는 고장 스크류 속도에 대한 대응 기억 온도 리세트 값이다. 본 발명은 압출기 배럴 온도를 제어하는 방법을 포함한다. 특정 속도에 대한 적응형 리세트 값은 특정 압출재료 및 특정공정에 대한 설정점과 파라미터의 각 프로파일 테이블 부분의 압출기 배럴에서 유도된다.

Description

[발명의 명칭]
압출기 온도 제어기 및 압출기 온도 제어 방법
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명은 압출기 온도 제어기 및 압출 디바이스의 압출기 배럴존 온도(temperature of an extruder barrel zone of an extrusion device)를 제어하는 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 압출기 온도 제어기 및 압출기 배럴존 온도를 제어하는 방법에 관한 것이며, 여기서 온도 제어는 압출기 스크류의 속도에 따른 변화에 응답한다.
[배경기술의 설명]
압출 디바이스는 흔히 플라스틱 또는 다른 압출 재료들을 소망 형태로 계속해서 용융, 혼합, 형성 및 고형화하기 위해 플라스틱 또는 다른 산업에서 사용된다. 전형적인 압출 디바이스는 가열된 원통형의 배럴내에 동축으로 수납된 회전 스크류를 포함한다. 스크류는 배럴을 회전하여 배럴을 통해 플라스틱과 같은 압출 재료를 구동한다. 압출 재료는 다이(die) 또는 배럴 단부의 애퍼튜어를 통해 인가된다. 압출 재료가 가열된 배럴을 나올때 발생하는 온도 강하로 압출 재료는 다이의 프로파일에 의해서 정해지는 몰드 형태로 고형화 된다.
압출기 배럴존의 온도 또는 가열 교환존의 온도는 압출 공정간 제어될 수 있는 변수이다. 그러므로 배럴 온도의 제어는 플라스틱과 같은 재료를 압출하면서 변수를 제거한다. 압출기 배럴은 하나 또는 그 이상의 세가지 조건하의 배럴내에서 압출 재료의 온도를 제어한다. 압출기 배럴은(1) 압출 재료 온도를 증대하고, (2) 압출 재료의 온도를 감소하거나, (3) 압출 재료의 온도를 유지한다. 압출 재료의 온도를 유지하는 제3조건은 압출기가 어떤 속도로 동작할때 발생하는데, 여기서 압출 재료가 압출기 배럴에서 처리되는 바와 같이 인입되는 압출 재료의 단편으로부터의 가열 이득은 대략 압출기 배럴로 부터의 가열 손실과 같다. 이러한 가열 이득과 손실이 없는 조건이 단열 조건으로 알려져 있다.
대부분의 압출 디바이스는 다수의 열교환존을 가진다. 각 열교환 존의 온도는 독립적으로 제어가능하다. 이러한 독립적 제어는 하나 이상의 열 교환존이 재료를 가열하는 것과 같다. 즉, 잔류 열교환존은 한 단열 조건에 있거나, 압출 재료를 냉각하면서 처리된다. 압출기 배럴의 다이 단부 근처의 열교환 존이 압출 재료의 온도를 유지하도록 사용되는 것이 일반적인데, 그 밖에 달리 압출 재료가 다이를 통해 압출되기 바로전 배럴을 통해 통과되는 압출 재료와 같이 증대된다. 이러한 절차는 간접적으로 압출 재료를 냉각한다. 통상, 압출기 배럴은 5 내지 8개의 열교환존을 가지나, 열교환존의 수는 가변할 수 있으며, 흔히 압출기의 크기에 따른다.
압출기 온도 제어기는 열교환 소자로 압출기 배럴의 온도를 제어할 수 있다. 통상 압출기 배럴은 열교환 소자를 포함하고 있는 쉘(shell)에 의해서 둘러쌓여 있다. 열교환 소자는 (1) 압출기 배럴 온도를 증대하는 저항성의 히터와 같은 히터, (2) 압출기 배럴 온도의 소망 설정점에 온도를 유지하고 열을 제거하기 위하여 물 또는 다른 냉각제를 순환하는 냉각 튜브일 수 있다. 대안의 열교환 소자가 사용가능하다. 예를 들어, 냉각 구조는 지느러미를 통과한 공기를 순환하는 송풍기를 가진 미세한 쉘일 수 있다. 열전쌍(thermocouple) 쌍과 같은 온도 센서들은 센서 위치에서 온도를 시그널 하기 위해 압출기 배럴에 위치한다. 압출기 배럴존당 두개의 열전쌍이 제공가능하며 서로 전기적으로 고립된다. 제1의 열전쌍은 쌍의 A 열전쌍으로 알려져 있고, 압출기 배럴의 내표면에 중첩 배치되다. A 열전쌍의 단부는 압출기 배럴의 내부 라이너와 접촉하고 있다. 제2의 열전쌍을 쌍의 B 열전쌍으로 알려져 있고, 히터/냉각기 쉘의 내부에 배치되어 있다. 사출기의 각 열교환존은 유사하게 배치된 한쌍의 열전쌍 A 및 B로 유사하게 제공된다. 공기 냉각 압출기 시스템은 또한 쉘 내부에 B 열전쌍을 가진다.
압출기 온도 제어기는 온도 센서로부터 신호를 수신한다. 압출기 온도 제어기는 소정 열교환존의 온도가 너무 차거나 뜨거운지, 필요하다면 제어기에 의해 조절된 특정 열교환존에서 온도를 증,감하도록 적절한 열교환 소자를 시그날 하는지를 판단한다.
압출기 배럴과 열교환 소자는 잔류열을 저장한다. 조성의 질량 및 압출기 배럴의 열전도성으로 인해, 열전달에서의 지연은 열교환존의 온도를 증감하기 위해 압출기 온도 제어기에 의한 온도에 대해 명령의 시그날링과 실제 온도간 지연의 결과가 발생한다. 예를들어, 압출기 온도 제어기가 저장된 에너지는 계속해서 압출기 배럴의 열교환존을 웜(warm) 한다. 압출기 온도 제어기로부터의 명령과 열교환 소자로부터의 응답간 지연은 압출기 배럴 온도로 하여금 소망 온도에 대해 발진을 야기한다.
Gardiner의 미합중국 특허 제3,866,669호가 Waterloo의 미합중국 특허 제3,751,014호는 둘다 압출기 배럴 온도가 발진하는 문제점을 시사하고 있다. Gardiner 및 Waterloo가 설명하고 있는 시스템에서, 제1온도 프로브 또는 열전쌍은 압출 재료의 온도를 표시하는 깊은(deep) 온도 측정을 제공한다. 제2의 열전쌍은 열교환 소자의 온도를 표시하는 얕은(shallow) 온도 측정을 제공한다. 열전쌍으로부터의 전기 신호는 평균치가 제공되도록 결합된다. 압출기 온도 제어기는 압출기 배럴존에 대한 소망 온도를 표시하는 대략 설정점과 동일한 온도에서 평균치를 유지하도록 가열 및 냉각 온도를 선택적으로 작동시키며 가중 평균치를 모니터한다.
가공되는 압출기 배럴존의 실제 온도 보다는 온도의 평균치에 응답하는 압출기 온도 제어기에 의해 열교환 소자의 제어기 온도 및/또는 제어 신호 발진을 감소한다. 상기 온도 발진의 일예는 내열 소자가 압출기 배럴의 온도를 증대하도록 열을 가하는 동작 조건동안 발생한다. 가열 소자가 활성화되는 동안, 얕은 온도 측정은 깊은 온도 측정보다 높다. 이러한 온도차는 얕은 온도 프로브가 활성화된 가열 소자 부근에 위치하고 있기 때문에 발생한다. 따라서, 압출기 온도 제어기의 평균치는 또한 압출기 배럴존의 실제 온도 또는 깊은 측정보다도 크다. 평균치는 압출기 배럴존의 실제 온도가 소망 온도 이하에 있는 동안에 온도 설정점에 도달한다. 압출기 온도 제어기는 평균치가 온도 설정점에 도달한 후, 그러나, 압출기 배럴존이 소망 온도에 도달하기전 가열 소자를 비활성화시킨다. 가열 소자에 저장된 열은 소망 온도를 향해 압출기 배럴존의 온도를 계속해서 증대한다. 상기 온도 발진은 또한 압출기 배럴존의 온도가 감소되는 동작 조건동안 발생한다.
압출기 배럴존이 소망 온도에 도달하기전 열교환 소자를 비활성화시킴으로써 비소망의 온도 발진을 야기할 수 있는 소망 온도에서 오버슈팅 하는 것으로부터 압출기 배럴존의 온도를 보호한다. 이것은 압출기 배럴존의 온도가 제어되는 정확성의 저하에도 불구하고 성취된다. 특히, 압출기 온도 제어기는 평균 온도값이 소망 온도에서 벗어날때만 온도를 수정토록 동작하기 때문에 압출기 온도 제어기는 온도를 조정치 않으며, 심지어 압출기 배럴존의 온도가 소망 상승 온도 이하 또는 소망 냉각 온도 이상을 유지할때도 온도를 조정치 않는다.
Faillace의 미합중국 재발행 특허 제 Re. 31,903호는 압출기 배럴내 온도 변화를 기대하는 압출기 온도 제어기를 설명하고 있다. 이 시스템은 온도가 특정 시간동안 현저히 변화하지 않을때 또는 시스템이 안정화되었을때 판단하도록 제어합 에러(control sum error)를 모니터한다. 일단 시스템이 안정화되었으면, 이 압출기 온도 제어기는 깊은 측정으로 표시된 바와 같이 압출기 배럴존의 실제 온도를 조사하여 실제 온도를 소망 온도와 비교한다. 실제 온도가 소망 온도와 현저히 다르면, 압출기 온도 제어기는 제어합 에러가 온도 조정이 필요함을 나타내도록 온도 설정점을 조정하고 수정한다. 실제 압출기 배럴존 온도가 예를들어 너무 낮으면, Faillace의 압출기 온도 제어기는 소망 온도 이상 설정점을 올린다. 이때 제어합 에러는 설정점 이하인데, 이는 제어합 에러가 최소화 될때까지 압출기 온도 제어기가 온도를 조정케한다.
압출기 스크류의 회전 속도 또는 스크류 속도의 변화는 시동 또는 압출 라인의 차단간 정상이다. 그러나 통상 스크류 속도는 압출 공정에서 문제가 되는 열부하 변동을 야기한다. 이러한 조건의 일예가 몰드가 나올때 성형된 피스가 움직이지 않는 블로우 몰딩 공정에서 발생한다. 고정된 피스를 검출하는 센서는 또 다른 고정을 방지하고 몰드 시스템에 잠재적 손상을 방지하기 위해 압출기 시스템을 신속히 차단한다. 블로우 몰딩 공정의 정상 동작간 압출기 시스템은 예약 속도로 운행한다.
Faillace 특허의 압출기 온도 제어기는 블로우 몰딩 공정에서 각 열교환존에 대해 리세트 값을 분석한다. 이 리세트 값은 열 교환존에 대해 온도 오프셋에 비례하며, 열교환 존에 대한 열부하에 비례한다. Faillace 압출기 온도 제어기는 각 열교환존에 대해 개별적으로 리세트 값을 분석한다. 리세트 하기 위한 열교화존에 대한 기준은 다음과 같다.
(1) 리세트가 가능하다.
(2) 열교환존은 안정한 제어 상태이고 제어 안정시간과 같은 시간주기동안 제어 경보가 발생치 않는다.
(3) 오프셋은 한 오프셋이 3℉(1.6℃)보다 큼을 의미하는 실제 경보대역보다 크다.
(4) 리세트는 리세트 안정 시간내에서 발생치 않는다.
(5) 리세트 한계는 도달하지 않는다.
블로우 몰딩 공정용 압출기 시스템이 잼(jam)에 의해 중단될때 통상적으로 수분내에 다시 시작된다. 열교환존이 제어로, 또는 최소 리세트 안정 시간에서 안정되어야 하는 최소 시간은 약 4분이다. 갑작스런 정지 조건과 같은 부하의 스텝 변화로부터 열교환존이 복구하는 실제 시간은 약 10 내지 12분이다. 따라서, Faillace 압출기 온도 제어기내 리세트 수단은 10 내지 12분 보다 작게 지속하는 부하의 스텝 변화를 보상하기 충분하게 신속히 응답할 수 없다. 이러한 조건의 결과는 열교환존이 정지의 스크류 속도와 비교하여 정상 운행 스크류 온도에서 열부하에서의 차이와 동일한 온도에서의 오프셋이다. 또한 고정피가 클리어되고 압출기 시스템이 정상 동작 스크류 속도로 복귀할때와 같이 작동되도록 리세트되는 시간 주기동안 정지된 상태를 유지하면, 부정확한 열교환존 온도 리세트값은 온도 오프셋을 야기한다. 이 온도 오프셋은 리세트값이 정상 스크류 속도에서 분석될 수 있을때 까지 남아 있으며 상기 스크류 속도에서 열부하를 보상한다. 블로우 몰딩 공정에서의 이러한 조건은 압출기 시스템의 플라스틱 용융체 출력 특성에서의 변화를 초래한다. 이 변화는 블로우 몰딩 생성물의 무게에서의 변화를 초래한다. 이 변화는 생성물의 벽두께의 변화를 초래함으로써 최종 생성물의 품질을 저하한다. 품질의 이러한 변동이 낭비, 비효율성 및 과도한 비용을 초래한다.
Faillace 압출기 온도 제어기는 블로우 몰딩 공정과 유사한 다른 공정 용융에서 온도 제어 문제점들을 제거하지 않는다. 상기 공정 용융은 와이어 및 케이블 피복 처리를 포함한다. 압출기가 운행되면서, 벗겨진 도체의 접착 또는 릴의 변화는 이 공정동안 전술한 동일 온도 오프셋 문제점을 발생한다. 케이블 접착 또는 릴변화동안 와이어 및 케이블 처리는 정상 운행 속도에서 접착 또는 릴변화를 용이하게 하는 속도로 느려지는 전체 생산 라인과 압출기 시스템을 필요로 한다. 이러한 조건의 최종 결과는 와이어 또는 케이블에 코팅으로서 피복되는 압출기 시스템으로부터 플라스틱 용융체 출력 특성에서 현저한 변화일 수 있다. 이러한 변화는 최종 생성물의 품질을 잠재적으로 저하한다.
압출기 시스템의 스크류 속도 변화에 따라 열교화존에 대한 온도 리세트 값을 선취하는 압출기 시스템에 대해 압출기 온도 제어기가 부족하다.
[발명의 요약]
본 발명은 압출기 시스템용 압출기 온도 제어기이다. 본 발명은 압출기 배럴에서 압출기 스크류의 실제 스크류 속도를 감지하는 수단을 포함한다. 압출기 배럴은 최소한 하나의 열교환 수단을 가진다. 압출기 온도 제어기는 복수의 스크류 속도를 인덱스 및 기억하는 수단을 가진다. 복수의 기억 스크류 속도의 각 부재는 대응 온도 리세트 값을 가진다. 압출기 온도 제어기는 비교 및 선택 수단을 가진다. 비교 및 선택 수단은 각 기억 스크류 속도와 실제 스크류 속도를 비교하여 기억된 스크류 속도중 하나를 선택한다. 선택된 스크류 속도는 실제 스크류 속도와 수학적으로 등가인 값을 가진 복수의 기억 스크류 속도의 멤버이다. 비교 및 선택 수단은 선택, 기억된 스크류 속도에 대응하는 온도 리세트 값을 검색한다. 본 발명은 또한 제어 출력 구동기 신호를 열교환 수단에 발생하는 수단을 포함한다. 제어 출력 구동기 신호는 비교 및 선택 수단으로부터의 검색된 온도 리세트 값에 응답한다.
본 발명은 압출기 배럴의 온도를 제어하는 방법을 포함한다. 방법은 압출기 배럴에서 압출기 스크류에 대한 실제 스크류 속도를 감지하는 것을 포함한다. 압출기 배럴은 최소 하나의 열교환 수단을 가진다. 방법은 복수의 스크류 속도를 인덱싱하고 기억하는 것을 포함한다. 각각의 기억된 스크류 속도는 온도 리세트 값에 대응한다. 실제 스크류 속도를 각각의 기억된 스크류 속도와의 비교가 수행된다. 기억된 스크류 속도중 하나를 선택한다. 선택된 스크류 속도는 실제 스크류 속도와 가장 수학적으로 등가인 값을 가진 다수의 기억된 스크류 속도중 한 멤버이다. 선택 단계는 선택, 기억된 스크류 속도에 대응하는 온도 리세트 값을 검색한다. 제어 출력 구동기 신호를 열교환 수단에 발생하는 것이 일어난다. 제어 출력 구동기 신호는 검색된 온도 리세트 값에 반응한다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 압출기 온도 제어기를 포함하는 압출기 배럴의 단면도이다.
제2도는 열부하 조건하에서 본 발명의 압출기 온도 제어기의 바람직한 실시예의 동작을 도시하는 도면이다.
제3도는 본 발명에 따른 적응형 리세트 제어기를 포함하는 압출기 온도 제어기의 블럭도이다.
[바람직한 실시예의 설명]
본 발명은 최소한 하나의 압출기 배럴존의 온도를 제어하는데 사용되는 열교환 수단용 압출기 온도 제어기를 포함한다. 본 발명은 실제 스크류 속도를 감지하거나 결정하는 수단을 포함한다. 압출기 온도 제어기는 복수 스크류 속도를 인덱스 및 기억하는 수단을 가진다. 각 스크류 속도는 다수의 기억된 온도 리세트 값의 단일 멤버에 대응한다. 본 발명은 다수의 기억된 스크류 속도와 비교, 선택하는 수단을 포함한다. 비교 및 선택 수단은 실제 스크류 속도를 각각의 복수의 기억된 스크류 속도와 비교하여 복수의 기억된 스크류 속도에서 결함 스크류 속도를 선택한다. 결함 스크류 속도는 비교, 기억된 스크류 속도의 다른 멤버와 실제 스크류 속도와의 작은 편차를 가진다. 본 발명은 또한 제어 출력 구동기 신호를 열교환 수단에 발생하기 위한 수단을 포함한다. 제어 출려 구동기 신호는 결함 스크류 속도에 대한 대응 기억 온도 리세트 값에서 파생된다.
본 발명을 위해 리세트 값이란 용어는 스크류 속도에 대응하고 배럴 온도가 아닌것을 의미한다. 리세트 값은 적절한 스크류 속도에 대해 결정되고 온도 설정점과 관련하여 압출기 온도 제어기에 기억된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리세트 값의 수동 입력은 없다. 리세트 값은 제로이거나 분석된 값중 어느 하나이다. 통상, 리세트 값은 정상 동작 위상간 압출기 시스템상에서 열역한 부하에 따른 각 압출기 배럴존에 대해 분석된다.
본 발명은 실제 스크류 속도를 결정하기 위한 수단을 포함한다. 실제 스크류 속도를 결정하기 위한 수단은 압출기 스크류의 단위 시간당 분석을 감지하기 위한 전자 또는 전기-기계적 수단일 수 있다. 실제 스크류 속도를 결정하기 위한 수단은 실제 스크류 속도 입력 신호를 사출기 온도 제어기에 제공하도록 채용된 상용으로 가용한 디지탈 인코더 또는 타코미터를 포함한다.
압출기 온도 제어기는 복수의 스크류 속도를 기억하기 위한 수단을 가진다. 기억 수단은 각각 기억된 스크류 속도가 각 스크류 속도에 대한 각 압출기 배럴존의 특정 또는 실제 온도 리세트 값에 대응하는 스크류 속도를 기억하여야 한다. 대응의 실제 온도 리세트 값을 가진 독립 스크류 속도는 각 기억 스크류 속도에 대해 압출기 배럴존당 소망의 실제 온도 리세트값을 나타내고 있는 온도 리세트값 입력 신호를 입력하기 위한 리세트 값 신호 입력 수단에 의해 입력된다. 기억 수단은 바람직하게는 전자적 기억 수단이다. 적절한 기억 수단은 공지되어 있으며 당업자에 의해 본 발명에서 사용할 수 있다.
압출기 온도 제어기는 복수의 기억된 스크류 속도와 비교, 선택하기 위한 수단을 포함한다. 비교, 선택 수단은 실제 스크류 속도를 복수의 기억된 스크류 속도의 각 멤버와 비교한다. 비교 및 선택 수단은 실제 스크류 속도와 거의 등가인 기억 스크류 속도를 선택한다. 열교환존에 대한 실제 온도와 선택, 기억된 스크류 속도에 대한 실제 온도 리세트 값 사이의 차이가 현저하다면, 압출기 온도 제어기는 선택, 기억된 스크류 속도를 이행치 않거나 선택한다. 이러한 고장 또는 선택된 스크류 속도에 대응하는 실제 온도 리세트 값은 각 압출기 배럴존에 대해 새로운 온도 개개의 리세트값 을 유도하도록 압출기 온도 제어기에 의해 사용되어진다.
본 발명은 또한 제어 출력 구동기 신호를 열교한 수단에 발생키 위한 수단을 포함한다. 제어 출력 구동기 신호를 발생키 위한 수단은 압출기 시스템의 압출기 배럴에서 각 열교환존에 제어 출력 구동기 신호를 전송하기 위한 수단을 포함한다. 제어 출력 구동기 신호를 발생하기 위한 수단은 고장 스크류 속도에 대응하는 기억된 온도 리세트 값 출력 신호에 응답한다. 제어 출력 구동기 신호를 발생하는 수단은 각 열교화존에 대한 수정 리세트 값에 따라 제어 출력 구동기 신호를 가변하는 수단을 포함한다. 제어 출력 구동기 신호는 각 열교화존에 대해 열교환 수단을 제어 또는 동작한다. 제어 출력 구동기 신호를 발생하기 위한 수단은 통상 압출 재료의 온도에 영향을 미치는 열교환존의 실제 온도가 압출기 스크류 속도를 변화할때 변경되지 않도록 열교환 수단에 제어 출력 구동기 신호를 가변하도록 프로그램된다. 다수의 다른 요소들 예를들어, 압력 압출기 배럴내 압출 재료의 마찰 및, 재료의 형태가 압출 재료의 실제 온도에 영향을 받는다.
본 발명의 바람직한 실시예는 동작하고 있는 압출기 시스템 온도를 계속해서 모니터, 비교 및 조정하는 최소한 하나의 다른 압출기 온도 제어기와 관련하여 사용되는 본 발명의 적응형 리세트 온도 제어기를 가진 압출기 시스템을 포함한다. 동작하고 있는 압출기 시스템 온도를 계속해서 모니터, 비교 및 조정하는 다른 압출기 온도 제어기는 압출기 스크류가 일정속도로 동작될때 양호한 기능을 한다. 본 발명의 상기 압출기 제어기와 결합함으로써 속도 변화에 따라 리세트 값을 기억, 검색하는 부가능력을 가진 압출기 시스템을 제공한다. 본 발명의 적응형 리세트 온도 제어기를 포함하는 압출기 온도 제어기의 증대된 동작 융통성은 스크류 속도가 동작간 변화될때 발생되는 소모성 사출 재료량을 감소케함으로써 경제적 잇점을 제공한다. 상기 이중 압출기 온도 제어기의 경계적 잇점은 특히 계속적 또는 기대되지 않는 스크류 속도 변화를 가지는 공정으로 실현된다.
본 발명의 바람직한 실시예의 이중 압출기 온도 제어기는 계속적 또는 기대되지 않는 스크류 속도 전이 동안에도 압출기 배럴존의 안정, 정확한 온도 제어를 유지한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 여기서 참고로 예증된 Faillace 의 미합중국 특허 제31,903호에 설명된 압출 시스템에 대한 개선이다. Faillace 특허는 종래기술에서 표준인 용어의 설명에 대해서 구체화하고 있으며, 압출기 온도 제어기의 설명, 일반적인 압출기 시스템의 설명은 동작하고 있는 압출기 시스템의 온도를 계속해서 모니터, 비교 및 조정하는 것을 설명하고 있다.
본 발명에 따른 압출기 온도 제어기를 구체화하는 압출기 시스템은 축을 가진 배럴과 축을 따라 최소 하나의 열교환존을 가진다. 압출기 시스템은 배럴내 스크류와 배럴을 에워싸는 쉘을 가진다. 열교환존은 온도가 열교환 수단에 의해 제어될 수 있는 쉘의 대응부분과 배럴 부분이다. 열교환 수단은 각 열교환존으로 제공된다. 열교환 수단은 각 열교환존에서 열을 교환하는 열교환 소자를 포함한다. 열교환 소자는 열교환 소자 동력 수단을 가진다.
본 발명에 따른 압출기 시스템은 실제 스크류 속도를 판정하는 수단을 가진다. 실제 스크류 속도 판정 수단은 실제 스크류 속도를 감지하는 수단과 압출기 온도 제어기에 실제 스크류 속도 입력 신호를 발생하는 수단을 포함한다. 압출기 시스템은 다수의 선택, 기억된 스크류 속도의 각 부재에 대한 소망 배럴 온도 리세트 값을 나타내는 온도 리세트 값 신호를 입력하기 위한 온도 리세트 값 신호 입력 수단을 가진다. 압출기 시스템은 각 온도 리세트 값 신호를 독립적으로 기억하는 기억 수단을 가진다. 압출기 시스템은 실제 스크류 속도를 각각의 다수 기억 스크류 속도와 비교하고 다수의 기억 스크류 속도로부터의 고장 스크류 속도를 선택하는 비교 및 선택 수단을 가진다. 고장 스크류 속도는 비교, 기억된 스크류 속도의 어느 다른 부재보다 작은 실제 스크류 속도 편차를 가진다. 고장 스크류 속도의 선택으로 본 발명의 압출기 온도 제어기에 의해 검색된 온도 리세트값 신호를 판정한다.
압출기 시스템은 또한 제어 출력 구동기 신호를 발생하는 수단을 가진다. 전술한 바와 같이 발생 수단은 기억 온도 리세트값 신호에 응답한다. 발생 수단은 바람직하게는 출력 구동기이며 고장 스크류 속도에 대한 기억 온도 리세트 값에 응답한다. 발생 수단은 각 열교환존에 대해 제어 출력 구동기 신호를 가변하는 수단을 가진다. 가변 수단은 비교 및 선택 수단이 실제 스크류 속도 및 선택 스크류 속도간 현저한 편차로 인해 작동될때 작동된다. 온도 리세트 값 제어 설정점은 각 열교환존에서 온도를 제공하도록 각 열교환존에 대해 열교환 동력 수단을 제어한다.
제1도는 본 발명에 따른 두개의 적응형, 리세트 온도 제어기(22)를 가진 압출기 시스템의 배럴 부분을 도시한다. 압출기 시스템(1)은 압출기 밸러(12)내 하우징된 구동 또는 압출기 스크류(10)를 포함한다. 압출기 스크류(10)의 회전으로 압출기 배럴축을 따라 플라스틱과 같은 용융된 압출재료를 인가한다. 압출기 배럴(12)은 최소한 하나, 바람직하게는 다수의 열교환존(14)을 포함한다. 각 열교환존(14)은 압출기 배럴(12)을 가열 또는 냉각하기 위한 열교환소자(15)를 포함한다. 열교환소자(15)는 예를들어, 열교환존(14)의 온도를 증대하기 위한 내열소자(18)와 열교환존(14)의 온도를 감소하기 위해 열교환존(14) 주위에 물 또는 다른 냉각제를 순환하기 위한 튜브(20)를 포함한다. 디지탈 인코더(16)는 실제 스크류 속도를 판별하여 스크류 속도 입력 신호(17)를 적응형 리세트 온도 제어기(22)에 제공한다. 제어 신호 입력용 키보드를 가진 패널과 디스플레이(도시하지 않음)는 공지된 기술이며, 상기 인용된 Faillace의 재발행 특허에 설명되어 있다.
각 적응형 리세트 온도 제어기(22)는 바람직하게는 하나의 열교환소자(15)에 전용된다. 단일 열교환존(14)의 열교환 소자(15)는 열교환존(14)에서 취해진 한쌍의 온도 측정에 응답하여 적응형 리세트 온도 제어기(22)에 의해 조절된다. 깊은 온도 센서 또는 A 열전쌍(24)은 압출기 배럴(12)의 내부 표면 부근에 놓여지며, 바람직하게는 압출기 배럴(12)의 실린더내 깊은 온도를 나타내는 깊은 온도 신호 Td를 제공토록 라이너(3)와 접촉한다. 얕은 온도 센서 또는 B 열전쌍(26)은 열에너지원 또는 냉각원인 열교환소자(15)에서 온도를 나타내는 얕은 온도 신호 Ts를 제공토록 열교환 소자(15)내에 놓여진다.
제2도는 본 발명의 압출기 시스템(1)의 동작간 존재하는 각종 파라미터간 도표적 관계를 제공한다. 이러한 사건 도면은 열부하 조건하에 이중 센서 온도 제어기의 기능을 설명한다. 이중 센서 온도 제어기는 본 발명의 적응형 리세트 기능을 가진다. 제2도에 도시된 압출기 시스템(1)의 동작은 열교환존(14)이 열부하 조건에 있거나 열을 압출 재료에 부가하는 조건이다. 압출기 시스템(1)은 또한 냉각 부하 조건에서 사용될 수 있거나 압출기 배럴(12)을 통과하는 압출 재료를 냉각하도록 사용된다.
제2도는 단일 X축이 시간 t0에서 시작하는 시간을 나타내는 도표이다. 상기 X축 또는 시간 라인위의 세개의 곡선은 얕은 또는 B 열전쌍의 온도, 제어 설정점 값 및, 얕은 또는 A 열전쌍의 온도를 나타낸다. X축 또는 시간 라인 아래의 12개의 곡선은 다른 Y축값에 대해 동시 기능을 나타낸다. 상기 다른 Y축 값은 다음과 같다. 즉, (1) 제어합 에러 E (2) 설정점 온도 및 얕은 또는 A 열전쌍의 온도간 에러 A 또는 차이(3) 실제 스크류 속도 Sd (4) 시간상 퍼센트 히터(5) 리세트(6) 리세트 인에이블(7) 실제 에러가 화씨30°(섭씨1.6°)(이후℉ 또는 ℃로 표시) 이상인 실제 알람(8) K1A+K2B/K1+K23℉(1.6℃)인 제어 알람 (9) 리세트 한계 (10) 리세트 안정성 타임업 (11) 스크류 속도 변화 (12) 안정한 스크류 속도 및 (13) 리세트 트리거 사건이다.
압출기 시스템(1)이 우선 작동되거나 시간 t0에서 파워 온일때, 온도 설정 제어기는 제어 설정점 Tcp를 운용자에 의해 선택된 열교환존 설정점의 소망 온도와 같은 값으로 설정한다. 평균 에러 제어기는 열교환 제어 신호 H 및 C를 열교환존을 가열 또는 냉각하는데 필요한 것으로서 간주한다. 열교환 제어 신호 H는 열교환존(14)에서 온도를 증감하도록 열교환 소자(15)를 작동한다. 시간 t0와 t4사이에서 제2도는 (1) 내열 소자 (18)가 열을 공급하고 있고 깊은 온도 신호 Td 및 얕은 온도 신호 Ts가 급격히 상승하는 상태를 도시하고 있다.
적응형 리세트 온도 제어기(22)는 계속해서 제어합 에러 E 신호가 대략 0에 도달할때 시간 t2까지 열교환 제어 신호 H를 확인한다. 열교환 제어 신호 H는 시간 t2에서 종료되고, 얕은 온도 신호 Ts는 내열소자(18)가 냉각할때 상승을 중단하고 하강하기 시작한다. 열교환 소자(15)에 기억된 잔류열은 계속해서 압출기 배럴(12)을 가열한다. 깊은 온도 신호 Td는 깊은, 얕은 온도가 안정화할때 시간 t3까지 상승을 계속한다.
제2도는 시간 t4에서 안정화되고, 3℉(1.6℃) 이상의 실제 에러 A 신호를 가지는 압출기 시스템(1)을 도시하고 있다. 실제 에러 감도는 제조자에 의해 선택가능 하다. 통상, 실제 에러 감도는 3℉와 5℉(약 10℃와 3℃) 사이에 있다. 제2도는 정상 리세트 기능이 일어날 수 있거나 적응형 리세트가 스크류 속도 변화에 의해 발생할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예의 적응형 리세트 온도 제어기(22)의 동작을 도시한다. 실선으로 표시된 제2도의 곡선은 정상 리세트 온도 제어기로 발생한다. 파선으로 표시된 곡선은 적응형 리세트 온도 제어기로 발생한다.
설정점 TD은 운용자에 의해 입력될 수 있다. 설정점 TD은 압출기 배럴존에 대한 소망 온도를 표시한다. 적응형 리세트 온도 제어기(22)에 의해 분석된 제1정상 리세트는 제2도의 시간 t4에서 발생한다. 정상 리세트 온도 제어기는 열교환 소자(15)의 시간당 퍼센트 히터를 증가하는 제어 설정점 Tcp에 대한 새로운 값을 분석한다.
깊은 또는 A 열전쌍에 대한 곡선은 스크류 속도 변화에 의한 시간 t7과 시간 t10사이에서 감소한다. 스크류 속도의 증대로 열부하 또는 요건이 열교환 소자(15)에 의해 가해진 열을 증가케한다. 깊은 또는 A 열전쌍의 온도는 정상적으로 시간 t10에서 정상 리세트가 발생할때 까지 이 상태에서 감소한다.
리세트에 대한 곡선이 압출기 시스템을 제어하는 정상 및 적응형 리세트를 예증한다. 제1엑티브 정상 리세트가 시간 t4에서 있다. 리세트 값에 대한 실선이 시간 t10에서의 제1발생과 시간 t15에서의 제2발생을 나타내는 두개의 다른 리세트를 보여준다. 리세트 기능에 대한 파선은 본 발명의 적응형 리세트 제어기(이후 설명)에 의해 제공되는 적응형 리세트의 발생을 나타낸다. 곡선은 시간 t7에서의 제1발생과 시간 t12에서의 제2발생을 하는 두개의 적응형 리세트를 나타낸다.
본 발명의 적응형 리세트 제어기는 리세트에 대한 파선에 의해 표시된 바와 같이 시간 t7에서 리세트 값을 기대한다. 리세트 값의 기대는 이 값에 대해 파선으로 표현된 바와 같이 시간 t7에서 제어 설정점을 변화시킨다. 제어 설정점의 변화는 이 리세트 값에 대해 파선으로 나타낸 바와 같이 시간 t7에서 시간상 퍼센트 히터를 작동한다. 시간에 따른 퍼센트 히터의 작동은 깊은 또는 A 열전쌍에 대해 파선으로 표시된 바와 같이 열교환존(14)에서 일정 온도를 유지한다. 온도를 유지함으로써 실제 에러 A의 변동을 제거한다. 실제 에러 A는 깊은 온도 Td값 보다 작은 설정점 값이다.
적응형 리세트는 제어 설정점을 변경하기 위한 요건을 기대하는 바람직하고 예기치 않은 결과를 제공함으로써 효율적으로 깊은 또는 A 열전쌍에서 온도의 변동을 제거한다. 적응형 리세트 제어기는 압출기 시스템의 열교환 수단으로 에너지를 변화한다. 이 변화는 압출기 시스템의 스크류 속도의 안정한 변화로 인한 열전대 부하에서의 변화를 오프셋하도록 수행된다.
플라스틱 재료를 처리하는 압출기 시스템에서, 히터는 통상, 압출기 시스템이 동작하에 있거나 부하하에 있는 한 시간에 따른 최소한 얼마의 퍼센트 히터로 동작한다. 부하하의 압출기 시스템에서 일정 온도를 유지하는 것은 압출기 시스템이 이론상 무한 이득 또는 제로의 평균 에러를 얻을 수 없음을 보여준다. 이 때문에, 예를들어 약 300℉(약 150℃)에서 동작하는 압출기 시스템은 300℉(약150℃) 온도를 유지하도록 시간에 따른 최소한 약간의 퍼센트 히터를 제공하는 오프셋 온도를 가진다. 이론적으로 완전한 압출기 시스템은 제로 평균 에러를 가지며, 300℉(약 150℃)에서, 히터는 압출기 시스템이 안정한 부하 상태에 있을때 시간에 따른 제로 퍼센트를 가진다. 제어합 에러 E 는 압출기 시스템상의 부하에 직접 비례한다.
시간에 따른 퍼센트 히터는 제어합 에러에서 유도된다. 제어합 에러 E는 압출기 시스템이 부하를 가지지 않으면 압출기 시스템의 실제 동작에서 결코 제로는 아니다. 제어합 에러 E는 두개의 에러 A와 B에서 유도된다. 에러 A는 깊은 온도 Td 값보다 작은 제어 설정점 Tcp이다. 에러 B는 얕은 온도 Ts 값보다 작은 제어 설정점 Tcp 값이다. 본 발명의 적응형 리세트 제어기(38)는 시간 t7및 시간 t12에서 시작하는 곡선의 파선으로 표시된 바와 같이 제어합 에러 E에 대한 새로운 값이다. 제어합 에러 E의 조정은 스크류 속도의 안정한 변화에 의해 작동된다. 제어합 에러 E의 조정은 이 값에 대한 파선으로 표시된 바와 같이 실제 에러 A의 값 또는 곡선의 변화를 피한다. 실제 에러 A의 값에서의 변화 부족은 깊은 또는 A 열전쌍에서 온도가 변화하지 않음을 나타낸다.
본 발명의 압출기 온도 제어기는 바람직하게 리세트 후 압출기 시스템을 안정화하기 위해 보호 논리 제어 기능을 제공한다. 이 제어 기능으로 3분과 같은 충분한 시간동안 압출기 시스템은 3℉(1.6℃)와 같은 소망 온도 변동내에서 안정화된다. 이 제어 기능은 불필요하고 바람직하지 않은 리세트가 발생하는 것을 방지한다. 상기 제어 기능의 예가 리세트 안정 시간에 의해 제공된다. 또 다른 제어 기능으로 압출기 시스템은 동작 속도가 구해질때까지 새로운 리세트 값을 작동치 않는 속도로 램프 업(ramp up)한다. 압출기 시스템은 압출기 시스템을 손상할 수 있는 동작 상태가 존재할때 동작을 종결하기 위한 다른 제어 기능을 포함한다. 제어 알람과 플랙 기능(flag function)을 포함하는 이들 기능은 Faillace의 재발행 특허에 설명되어 있으며 제2도에 도시된다.
제3도는 본 발명에 따른 적응형 리세트 온도 제어기(22)의 바람직한 실시예이다. 본 발명의 적응형 리세트 온도 제어기(22)는 Faillace의 재발행 특허로 상술되고, 종래기술에서 공지된 압출기 온도 제어기에 대한 개선이다. 본 발명의 적응형 리세트 온도 제어기(22)는 적응형 리세트 제어기(38)를 가진 Faillace의 재발행 특허의 리세트 제어기를 보완한다. 적응형 리세트 제어기(38)는 스크류 속도의 변화에 따라 리세트 값 Rn과 제어 설정점 Tcp을 조정한다. 스크류 속도의 조정을 스크류 속도의 변화에 따른 배럴 온도내 현저한 변화를 선취한다. 적응형 리세트 제어기(38)는 단일 센서 압출기 온도 제어기로 사용가능하다.
스크류 속도 센서 또는 타코미터(16)는 적응형 리세트 제어기(38)에게 압출기 시스템의 현재 또는 실제 속도를 나타내는 아나로그 스크류 속도 신호를 Sa 제공한다. 제3도의 실시예는 압출기 스크류 구동 수단(9)을 예증한다. 스케일링 버퍼(110)는 아나로그 스크류 속도 신호 Sa 를 수신하고 대응 스크류 속도 신호 Sc를 발생한다. 대응 스크류 속도 신호 Sc는 A/D 변환기(112)의 입력 범위내에 있도록 스케일된다. A/D 변환기(112)는 대응 스크류 속도 신호 Sc를 스크류 속도를 나타내고 있는 디지탈 스크류 속도로 변환한다. 타이머 계수기를 가진 대안의 디지탈 속도 입력 수단이 사용가능하다. 최종의 스크류 속도 신호는 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단(114)으로 송신된다.
제3도는 사양 속도 센서 또는 디지탈 인코더(16a)를 예증한다. 디지탈 인코더(16a)로부터의 속도 입력은 타이머 계수기(116)에 의해 처리된다. 최종의 디지탈 속도 신호 Sd가 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단(114)으로 송신된다.
적응형 리세트 제어기(38)는 소정의 동작 스크류 속도에 대한 리세트 값을 선택한다. 일단 분석된 리세트 값 Rn은 디지탈 스크류 속도 신호 Sd에 의해 결정된 어드레스에서 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단(114)에 기억된다. 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단(114)은 속도 안정 신호 및 속도 변화 신호를 포함하는 논리 제어 신호를 제 1AND 게이트(39)에 제공한다. 스위치(48)로 리세트 값이 기억, 검색된다. 스위치(48)는 선택가능한 운용자이며 적응형 리세트 인에이블 신호를 제1AND게이트(39)에 제공한다. 제1AND게이트(39) 신호는 OR 게이트(46)로 송신된다. OR 게이트(46)는 한 신호를 리세트 스위치(41a,41b)에 제공한다. 클럭, 인덱싱 및 리세트 기억 수단과 다른 부품이 본 발명의 바람직한 실시예를 구성하는데 필요하며, 상용으로 가용한 전자부품으로 제공된다. 전자부품 프로그래밍 기술 숙련 레벨은 i) 복수의 스크류 속도를 인덱싱 및 기억하기 위한 수단과 ii) 본 발명에 의해 요구되는 바와 같이 전자적 또는 다른 논리적 회로를 통해 비교, 타이밍 및 선택하기 위한 수단을 제공하기 위한 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단을 프로그램하기에 충분하다. 적절한 클럭, 논리 인덱싱 및 리세트 기억 수단이 적절히 프로그램되고 시판되는 마이크로프로세서에 의해 제공된다. 논리 회로는 안정 속도 상태의 만족과 같은 각종 비교 및 타이밍 파라미터의 유무를 판단하는데 필요하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 적응형 리세트 온도 제어기(22)는 Faillace의 재발행 특허의 압출기 온도 제어기와 같은 이중 센서 온도 제어기(121)를 가진다. 이중센서 온도 제어기(121)는 리세트 인에이블 신호, 리세트 리미트 오프 신호, 실제 알람 신호, 안정 타임업 신호 및 제어 알람 낫(not) 신호를 포함하는 논리 제어 신호를 모니터한다. 리세트 인에이블 신호 및 리세트 리미트 낫 신호는 제2AND게이트(47)에 제공된다. 제2AND게이트(47)는 한 신호를 제1AND게이트(39)와 제3AND게이트(45)에 제공한다. 실제 알람 신호, 안정 타임업 신호 및 제어 알람 오프 신호는 제3AND게이트(45)에 제공된다. 제3AND게이트(45)는 또한 OR게이트(46)로 송신된다. OR게이트(46)는 단발 멀티바이브레이터 신호 전송 디바이스(50)를 통해 리세트 스위치(41a,41b)로 단일 사건 트리거 신호를 제공한다. 리세트 스위치(41a,41b)는 실제 에러 A 신호를 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단(114)에 입력하며 도시한 바와 같이 리세트 값 기억 수단(52)을 가진다. 안정화시 이중 센서 온도 제어기(121)는 리세트 값 Rn을 제공한다. 실제 에러 A는 리세트 스위치(41a,421b)가 리세트 트리거를 수신할때 적응형 리세트 제어기(38)에 제공된다.
리세트 트리거는 두 상태중 한 상태에서 발생된다. 제1상태는 적응형 리세트이며, (1) 스크류 속도가 안정할때 (2) 속도 변화가 있을때 (3) 디바이스가 리세트 한계에 도달하지 않았을때 (4) 리세트가 인에이블되었을때 (5) 적응형 리세트가 인에이블되었을때 발생한다. 제2상태는 정상 리세트이며 (1) 리세트가 인에이블되고 (2) 디바이스가 리세트 한계에 도달하지 않았으며 (3) 실제 알람이 있었고 (4) 디바이스가 온도 한계에 도달하지 않았고 (5) 안정 시간이 상승되고 (6) 제어 알람이 없었을때 발생한다.
본 발명의 바람직한 실시예의 이중 센서 온도 제어기(121)는 제1비교기(40), 제2비교기(42) 및 제3비교기(43), 제4비교기(44) 및 제5비교기(51)를 가진다. 제1비교기(40)는 산술적으로 설정점 값과 깊은 온도 Td 값을 리세트 스위치(41a)에 제공되는 실제 에러 A를 유도하기 위해 가산한다. 리세트 값은 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단(114)에 의해 확인되고 제2비교기 또는 제어 설정점 제어기(42)는 리세트 트리거 시간에서 제어 설정점 Tcp을 조정한다. 전력 온 제어 설정점은 동일 설정점으로 설정된다. 제어 설정점 제어기(42)는 제어 설정점 Tcp을 확인하여 제3비교기(43) 및 제4비교기(44)에 신호를 제공한다. 이중 센서 온도 제어기(121)는 에러 A 신호를 계산하는 제3비교기(43)에 의한 산술적 가산을 수행한다. 제3비교기(43)는 제5비교기(51)에서 에러 A 신호를 확인한다. 제4비교기(44)는 얕은 온도 Ts를 제어 설정점 Tcp과 비교하고 에러 B 신호를 유도한다. 또한, 에러 B는 제5비교기(51)에 제공된다.
적응형 리세트 제어기(38)는 제어 설정점이 조정되는 정도를 나타내는 리세트 값 Rv을 제어 설정점 제어기(42)에 제공한다. 리세트 값 Rv의 크기는 다음식(1)에 따른 스케일 리세트 값 Rn의 산술적 모듈을 가진 제어 설정점 제어기(42)에 의해 스케일된다.
여기서 rg은 일정한 리세트 이득이다. 통상, 리세트 이득 rg은 1의 값에 설정된다. 새로운 또는 스케일 리세트 값 Rn은 제어 설정점 제어기(42)에 제공된다. 다음 제어 설정점 제어기(42)는 다음식(2)에 따른 리세트 트리거 시간에서 제어 설정점 T'cp을 갱신하도록 제어 설정점 Tcp에 스케일 리세트 값 Rn의 대수적 가산을 수행한다.
이중 센서 온도 제어기(121)는 일단 적응형 리세트 온도 제어기(22)가 스케일 리세트 값 Rn을 분석하면 30℉(1.6℃)보다 적은 실제 에러로 안정을 유지한다. 그러나, 압출 시스템에서의 열부하의 현저한 변화는 열교환존 깊은 온도 Td에서 변화를 초래한다. 이중 센서 온도 제어(121)는 열교환존 깊은 온도 Td의 변화를 수정하려는 바와 같이 불안정하게 된다. 적응형 리세트 온도 제어기(22)는 열교환 소자(15)를 선택적으로 작동하기 위해 가열 및 냉각용 제어 출력 구동기 H 및 C 신호를 발생하는 이중 센서 온도 제어기(121)를 포함한다. 제3 및 제4비교기(43,44)는 제어 설정점 Tcp과 온도 신호 Td 및 Ts 사이의 차이를 나타내는 에러 신호 A 와 B를 발생한다. 제4비교기(51)의 산술적 모듈(51)의 산술적 모듈(51)은 다음식(3)에 따라 제어합 에러 E를 계산한다.
여기서, K1과 K2는 적절한 가중을 각 에러 신호 A와 B에 제공하기 위해 선택된 상수이다. 제어합 에러 E에 응답하여, 열교환 구동기 또는 제어기(36)는 제어합 에러 E가 최소화될때 까지 열교환 소자(15)의 튜브로 통해 냉각수 흐름을 제공하는 유동 냉각 시스템(도시하지 않음) 또는 내열소자(18)를 선택적으로 작동하도록 제어 출력 구동기 신호 H 및 C를 조정한다.
적응형 리세트 온도 제어기(22)에 대한 논리 경로는 클럭, 논리, 인덱싱 및 스크류 속도의 변화가 발생할때 결정하는 디지탈 속도 신호 Sd를 모니터하는 리세트 기억 수단(114)을 가진다. 디지탈 속도 신호 Sd가 변화할때, 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단(114)은 기억된 리세트 값을 선택하여 이중 센서 온도 제어기(121)에 신호를 보낸다. 다음, 이중 센서 온도 제어기(121)는 상기식(2)을 이용하여 제어 설정점 Tcp을 재계산한다.
언제 이중 센서 온도 제어기(121)가 새로운 리세트 값에서 안정화되는지를 AND게이트(3)는 판단한다. 일단 이중 센서 온도 제어기(121)가 안정화되면, AND게이트(39)는 상기의 리세트 기준 신호를 수신한다. 리세트 값 Rv은 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단(114)에 기억되는데, 디지탈 속도 신호 Sd에 의해 표시된 전류 동작 스크류 속도에 대응하는 엔트리에서 기억된다.
제3도의 압출기 온도 제어기는 온도 리세트를 하는 깊고, 얕은 온도 제어를 연속 열부하 처리에 적응한다. 본 발명은 스크류 속도 변화에 의한 열부하 변화를 기대하는 수단을 제공한다. 본 발명은 열부하 변화를 실제로 감지하기에 앞서 적응형 리세트 또는 특정 압출기 동작 속도에 의거 각 열교환존(14)에 대한 온도 리세트 값을 적용한다. 적응형 리세트는 모든 정상 동작 스크류 속도에서 각 열교환존(14)에 대한 리세트 값을 분석한다. 압출기의 스크류 속도가 변경됨에 따라, 적응형 리세트는 소정 스크류 속도에서 열교환존에 대한 사전 리세트 계산에 의한 각 열교환존(14)은 분석한 최종 온도 리세트 값을 적용하거나 회복시킨다. 이 기능은 압출기 시스템 동작간 i) 각각의 동작 스크류 속도에 안정화된 동작 온도 리세트 값을 대응시키고 ii) 대응 온도 리세트 값을 지닌 실제 스크류 속도를 기억 수단으로 입력하는 비교 및 선택 수단으로 제공된다.
본 발명의 압출기 온도 제어기는 표준 아나로그 입력을 통해 스크류 속도를 감지하고 인덱스 또는 포인터와 같은 스크류 속도를 인식된 리세트 값의 테이블에 적용한다. 이러한 기억된 리세트 값들은 스크류 속도가 새로운 스크류 속도로 변경되고 안정화된 후 각 열교환존에 대해 회복된다. 바람직한 실시예에 있어서, 100 어드레스의 테이블, 즉 가용한 스크류 속도의 1 퍼센트 내지 100 퍼센트에 대한 리세트 값을 나타내는 테이블이 각 열교환존에 대해 사용된다. 인지된 리세트 값은 Faillace의 재발행 특허인 압출기 온도 제어기 에서 분석된다. 그러나, 인지된 리세트 값은 리세트 값이 계산되는 시간에서 특정 스크류 속도에 대한 위치에서 EEPROM 메모리 기억 디바이스와 같은 비휘발성 리세트값 기억 테이블에 기억된다.
압출기 시스템은 새로운 속도가 변경되고 안정화될때, 그리고 온도 리세트 기준에 부합될때, 새로운 온도 리세트 값은 새로운 스크류 속도에 대해 계산되고 그 스크류 속도를 나타내는 개개의 어드레스에서 리세트 값 테이블에 기억된다. 이 적응형 리세트 시퀀스는 안전한 스크류 속도의 1 퍼센트의 분석으로 직면하는 새로운 동작 속도를 반복한다.
본 발명에 따른 압출기 시스템의 동작은 새로운 동작 스크류 속도에서 제1시간동안 초기 스크류 속도에 대해 분석된 실제 리세트 값을 가지지 않는다. 근사 리세트 값이 분석된 가장 근접한 인접 스크류 속도 리세트값 사이의 직선 근사화에 의한 스크류 속도에 대해 본 발명에 의해 계산된다. 이러한 근사 리세트 값은 새로운 동작 스크류 속도에 대한 리세트 값 테이블에 기억된다. 그러나, 새로운 스크류 속도가 정상 리세트 기준에 의거 계산될 수 있도록 새로운 값에 대해 충분히 길게 유지되면, 근사 리세트 값은 실제 리세트 값을 새로운 스크류 속도로 대치한다.
본 발명의 압출기 온도 제어기는 여러 잇점을 압출기 시스템에 제공한다. 리세트 값의 조정으로 본 발명은 스크류 속도 변화에 따라, 압출기 배럴 온도 및 열교환존의 온도의 역변화를 선취한다. 각종 스크류 속도에 대해 사전에 계산된 리세트 값의 정정 기억으로 본 발명의 압출기 온도 제어기는 전류 또는 실제 스크류 속도에 대응하는 리세트 값을 메모리에서 검토함으로써 적절한 리세트 값을 신속히 결정한다. 사전에 계산된 리세트 값은 소망 배럴 온도를 제공하도록 리세트 값에 대한 서치를 동반하는 열교환존 깊은 온도 변동의 온도에서 현저한 변화를 피하기 위해 압출기 시스템을 이용한다.
본 발명의 바람직한 특징들은 여러 생성물의 실행을 필요로 하는 압출처리를 이용하여 가능해진다. 이러한 압출처리는 통상적으로 공장 또는 개발실에서 사용된 압출기 시스템으로 발생한다. 본 발명은 각 프로파일에 대해 분석 또는 계산되는 열교환존 리세트 값 테이블을 허용한다. 프로파일 번호에 선택시 대용 리세트 값 테이블 또한 선택된다.
본 발명의 적응형 리세트 능력은 압출기 스크류 속도가 연속 또는 기대되지 않은 베이스에 따라 변화할 수 있는 플라스틱 압출 공정에 적용되도록 온도 리세트를 가진 깊고 얕은 온도 제어기를 허용한다. 상기 공정에서 본 발명은 모든 동작 스크류 속도에서 온도 안정성의 1℉(약0.5℃)내에서 배럴 온도 제어를 유지한다. 이에 따라 본 발명은 배럴 온도 제어 안정성이 현저히 증대하고 스크류 속도의 전기간에도 응답한다. 본 발명의 적응형 리세트 능력은 동작 스크류 속도의 연속 또는 기대되지 않은 변화동안에 압출기 시스템의 플라스틱 용융 출력의 품질과 일치성을 증대한다. 이러한 능력은 스크류 속도 변화가 발생된 후 열교환존 온도 제어를 안정화하기 위한 시간을 현저히 축소한다. 이러한 능력은 시동 및 압출 공정 라인의 차단 동안에 생산품 품질을 증대하고 스크랩(scrap)를 줄인다. 특히 연속 또는 기대하지 않은 스크류 속도 변화가 발생하는 블로우 몰딩에서 그리고 와이어 및 케이블 압출 공정동안 증대한다.

Claims (16)

  1. 최소 하나의 열교환존내에서 최소 하나의 열교환 수단을 가진 압출기 배럴에서 압출기 스크류의 실제 스크류 속도를 감지하기 위한 수단과, 상기 압출기 배럴의 상기 최소 하나의 열교환존에서 실제 온도를 감지하기 위한 수단과, 복수의 대응 온도 리세트 값과 복수의 스크류 속도를 인덱싱, 기억하기 위한 수단과, 상기 실제 스크류 속도를 각각의 상기 기억 스크류 속도와 비교하고, 상기 기억 스크류 속도중 하나를 선택하기 위한 비교 및 선택 수단에서, 상기 선택 스크류 속도는 상기 스크류 속도와 대수적으로 등가인 값을 가진 상기 복수의 기억 스크류 속도의 한 멤버이고, 상기 선택, 기억된 스크류 속도에 대응하는 상기 온도 리세트 값을 검색하는 상기 비교 및 선택 수단과, 상기 온도 리세트 값이 예약 임계양보다 많은 양에 의해 상기 실제 온도와 벗어날때 상기 비교 및 선택 수단으로부터의 상기 검색된 온도 리세트 값에 응답하는 제어 출력 구동기 신호를 상기 열교환 수단에 발생하기 위한 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어기.
  2. 제1항에 있어서, 압출기 시스템의 동작간 상기 비교 및 선택 수단은 온도 리세트 값을 각 상기 실제 스크류 속도에 대응시키고, 상기 대응 온도 리세트 값을 가진 상기 실제 스크류 속도를 상기 인덱싱 및 기억 수단으로 입력시키는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 온도 제어기는 또한, 설정점 신호를 압출기 배럴 깊은 온도 신호과 비교하고, 실제 에러 신호를 상기 비교 및 선택 수단에 제공하는 제1비교기와, 상기 온도 리세트 값으로 기억된 제어 설정점 신호의 대수적 가산을 수생하는 제어 설정점 제어기이며, 제어 설정점 신호를 제공하는 제2비교기와, 압출기 배럴 깊은 온도 신호를 상기 제어 설정점 신호와 비교하며, 제1에러 신호를 제공하는 제3비교기와, 압출기 배럴의 얕은 온도 신호를 상기 제어 설정점 신호와 비교하고, 제2에러 신호를 제공하는 제4비교기와, 상기 제1에러 신호와 상기 제2에러 신호를 비교하며, 상기 제어 출력 구동기 신호를 상기 열교환 수단에 발생하는 상기 수단에 제어합 에러 신호를 제공하는 제5비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비교 및 선택 수단이 보호 논리 제어 신호에 응답하는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보호 논리 제어 신호가 리세트 인에이블 신호, 속도 안정 신호, 속도 변화 신호, 리세트 리미트 오프 신호, 실제 알람 신호, 안정성 타임업 신호 및 제어 알람 오프 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어기.
  6. 압출기 배럴의 최소 하나의 열교환존에서 실제 온도를 감지하기 위한 수단과, 압출기 배럴에서 최소 하나의 열교환존에 대한 복수의 대응 온도 리세트 값과 복수의 압출기 스크류의 스크류 속도를 인덱싱 및 기억하기 위한 수단과, 실제 스크류 속도를 각각의 상기 기억 스크류 속도와 비교하고, 상기 기억 스크류 속도중 하나를 선택하는 비교 및 선택 수단에서, 상기 선택 스크류 속도는 상기 실제 스크류 속도에 대수적으로 등가인 값을 가진 복수 기억 스크류 속도의 멤버이고, 상기 비교 및 선택 수단은 상기 선택, 기억 스크류 속도에 대응하는 상기 열교환존에 대한 상기 온도 리세트 값을 검색 및 제공하는 상기 비교 및 선택 수단과, 상기 압출기 배럴에서 상기 압출기 스크류의 실제 속도를 감지하기 위한 수단으로, 실제 스크류 속도를 감지하기 위한 상기 감지 수단은 스크류 속도 신호를 상기 클럭, 인덱싱 및 리세트 기억 수단에 제공하는 상기 실제 속도 감지 수단과, 상기 실제 스크류 속도가 예약 임계양 보다 큰 양에 의해 상기 선택 스크류 속도와 벗어날때 제어 출력 구동기 신호를 열교환 수단에 발생하기 위한 수단과, 온도 제어기로 구성된 클럭, 인덱싱 및 리세트 기억 수단을 포함하는 압출기 온도 제어기로서, 설정점 신호를 압출기 배럴 깊은 온도 신호와 비교하고, 실제 에러 신호를 상기 비교 및 선택 수단에 제공하는 제1비교기와, 기억된 제어 설정점 신호의 대수적 가산을 상기 온도 리세트 값으로 수행하는 제어 설정점 제어기이며, 제어 설정점 신호를 제공하는 제2비교기와, 압출기 배럴 깊은 온도 신호를 상기 제어 설정점 신호와 비교하고, 제1에러 신호를 제공하는 제3비교기와, 압출기 배럴 얕은 온도 신호를 상기 제어 설정점 신호와 비교하고, 제2에러 신호를 제공하는 제4비교기와, 상기 제1에러 신호 및 상기 제2에러 신호를 비교하고, 상기 제어 출력 구동기 신호를 상기 열교환 수단에 발생하기 위한 상기 수단에 제어합 에러 신호를 제공하는 제5비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어기.
  7. 제6항에 있어서, 압출기 시스템의 동작간 상기 비교 및 선택 수단은 온도 리세트 값을 각 상기 실제 스크류 속도에 대응시키고, 상기 대응 온도 리세트 값을 가진 상기 실제 스크류 속도를 상기 인덱싱 및 기억 수단으로 입력하는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어기.
  8. 제6항에 있어서, 상기 리세트 스위치는 보호 논리 제어 신호에 응답하는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 보호 논리 제어 신호는 리세트 인에이블 신호, 속도 안정 신호, 속도 변화 신호, 리세트 리미트 오프 신호, 실제 알람 신호, 안정성 타임업 신호, 및 제어 알람 오프 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어기.
  10. 제6항에 있어서, 상기 클럭, 논리 인덱싱 및 리세트 기억 수단은 복수의 프로파일 테이블을 포함하며, 각각의 상기 프로파일 테이블은 선택된 압출기 동작 조건에 대한 리세트 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어기.
  11. 최소 하나의 열교환 수단을 가진 압출기 배럴에서 압출기 스크류의 실제 스크류 속도를 감지하는 단계와, 복수의 대응 온도 리세트 값과 복수의 스크류 속도를 인덱싱, 기억하는 단계와, 상기 실제 스크류 속도를 각각의 상기 기억 스크류 속도와 비교하는 단계와, 상기 실제 스크류 속도와 대수적으로 등가인 값을 가진 상기 복수의 기억 스크류 속도의 한 멤버이고, 상기 선택, 기억된 스크류 속도에 대응하는 상기 온도 리세트 값을 검색하는 상기 기억 스크류 속도를 선택하는 단계와, 상기 검색된 온도 리세트 값에 응답하는 제어 출력 구동기 신호를 상기 열교환 수단에 발생하기 위한 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 온도 리세트 값을 상기 실제 스크류 속도에 대응시키는 단계와, 상기 대응 온도 리세트 값을 가진 상기 스크류 속도를 기억 수단으로 입력시키는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 대응 온도 리세트 값을 검색하도록 상기 기억 스크류 속도중 하나를 선택하는 단계는 보호 논리 제어 신호에 응답하는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 보호 논리 제어 신호가 리세트 인에이블 신호, 속도 안정 신호, 속도 변화 신호, 리세트 리미트 오프 신호, 실제 알람 신호, 안정성 타임업 신호 및 제어 알람 오프 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어 방법.
  15. 압출기의 최소 하나의 열교환존에서 온도를 판별하기 위한 온도 감지 수단과, 최소한 하나의 깊은 압출기 배럴 온도 신호와, 최소 하나의 얕은 압출기 배럴 온도 신호를 검색하기 위한 온도 신호 입력 수단과, 소망 압출기 배럴 온도 신호를 입력하기 위한 설정점 신호 입력 수단과, 상기 깊은 압출기 배럴 온도 신호를 상기 소망 압출기 배럴 온도 신호와 비교하고 그로부터 온도 에러 신호를 유도하는 온도 제어기 수단과, 복수의 스크류 속도와 복수의 대응 온도 리세트 값을 인덱싱 및 기억하고, 상기 실제 스크류 속도에 산술적으로 등가인 값을 가진 상기 복수 기억 스크류 속도의 멤버인 상기 기억 스크류 속도중 하나를 선택하기 위한 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단에서, 상기 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단은 상기 선택, 기억된 스크류 속도에 대응하는 상기 온도 리세트 값을 검색하며, 상기 온도 제어기 수단으로부터의 제어합 에러 신호에 응답하는 상기 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단과, 제어 출력 구동기 신호를 열교환 수단에 발생하기 위한 수단에서, 상기 제어 출력 구동기 신호는 상기 검색된 온도 리세트 값에 응답하며, 이에 따라 상기 온도 제어기 수단은 안정한 스크류 속도 변호가 되는 압출기 부하 상태를 위해 상기 열교환 수단에서 수정된 제어 출력 구동기 신호를 유도하는 새로운 수정된 제어합 에러 신호를 제공하는 상기 발생 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 클럭, 논리, 인덱싱 및 리세트 기억 수단은 복수의 프로파일 테이블을 포함하며, 각각의 상기 프로파일 테이블을 선택된 압출기 동작 상태에 대한 리세트 값을 포함 하는 것을 특징으로 하는 압출기 온도 제어기.
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