W jaki sposób płyty grzewcze ze zintegrowanymi czujnikami wibracji umożliwiają optymalizację cyklu prasy-w czasie rzeczywistym?

Aby zapewnić pełne ogrzewanie lub chłodzenie, czas cyklu prasy jest często ustalany konserwatywnie. Ale co by było, gdyby płyta dociskowa mogła dokładnie „wyczuć” moment całkowitego stopienia żywicy lub zamknięcia formy? Płyty grzewcze odczuwają dotyk dzięki zintegrowanym czujnikom wibracji, dzięki którym każdy cykl jest wydajniejszy. Te inteligentne płyty grzewcze zmieniają sterowanie prasą ze stałych zegarów na optymalizację-czasu rzeczywistego-materiału, przekształcając wibracje mechaniczne na przydatne dane procesowe.

Naprawiono-wady sterowania prasą z timerem
Konwencjonalne cykle prasy zależą od ustawionych czasów ogrzewania i chłodzenia. Najdłuższy przewidywany czas zamknięcia formy, najwolniejszy przepływ ciepła przez część i bufor bezpieczeństwa zapewniający utwardzenie lub stopienie to najgorsze-przypadki szacunkowe stosowane do ustalenia licznika czasu. Strategia ta jest zasadniczo nieskuteczna. Ponieważ systemowi sterowania brakuje informacji zwrotnej na temat tego, co faktycznie dzieje się wewnątrz zamkniętej formy, wiele cykli trwa dłużej niż to konieczne.

Ta ślepa operacja dotyczy pras do laminowania, pras do formowania wtryskowego i pras do formowania tłocznego. Moc jest dostarczana przez płytę grzejną przez zadany czas. Po określonym czasie przebywania rozpoczyna się chłodzenie. Kiedy ostatnie naprężenie szczątkowe ustąpi lub materiał całkowicie wleje się do gniazda, operator nie może tego zobaczyć. W rezultacie do czasów cykli dodawane są dodatkowe sekundy, co w sumie daje godziny utraconej produktywności w ciągu tysięcy cykli.

Działanie zintegrowanych czujników drgań
Mały akcelerometr piezoelektryczny jest albo bezpośrednio zintegrowany z konstrukcją płyty, albo przyklejony do tylnej części płyty grzewczej. Ponieważ działają niezawodnie w wysokich temperaturach, zwykle do 200 stopni (392 stopni F), czujniki piezoelektryczne idealnie nadają się do tego zastosowania. W szerokim zakresie częstotliwości czujnik stale wykrywa wibracje mechaniczne. Materiał wewnątrz formy, ruch połówek formy i sama prasa powodują te wibracje.

Gdy obie połówki formy zamykają się, powstaje wyraźny impuls-silny-skok o wysokiej amplitudzie-. Tę wibrującą sygnaturę można wyraźnie odróżnić od szumu tła i jest ona powtarzalna. Podobnie właściwości wibracyjne systemu zmieniają się, gdy materiały stałe (takie jak żywica termoutwardzalna, polimer termoplastyczny lub kompozytowy prepreg) miękną i płyną pod ciśnieniem i ciepłem. Niektóre częstotliwości są tłumione, a inne wzbudzane przez topienie i przepływ. Te drobne zmiany są rejestrowane przez czujnik.

Sygnał wyjściowy czujnika odbiera programowalny sterownik logiczny (PLC) lub wyspecjalizowane urządzenie przetwarzające dane brzegowe. Identyfikacja zdarzeń krytycznych w czasie rzeczywistym-jest możliwa dzięki wyrafinowanym metodom przetwarzania sygnałów. Zdarzenia te są następnie wykorzystywane przez system sterowania do modyfikowania faz nagrzewania i chłodzenia cyklu prasy.

Naciśnij Optymalizacja cyklu w czasie rzeczywistym
Prasa nie pracuje już zgodnie z ustalonym harmonogramem dzięki wbudowanej optymalizacji prasy z płytą grzejną z czujnikiem wibracji. Cykl przebiega raczej zgodnie z rzeczywistymi etapami procesu. Tak działa sekwencja:

Wykrywanie zamknięcia formy: czujnik wibracji wykrywa charakterystyczny impuls, który pojawia się, gdy połówki formy łączą się ze sobą. System sterowania sprawdza, czy prasa może przejść do etapu nagrzewania bez określonego opóźnienia i czy forma jest całkowicie zamknięta.

Optymalizacja rampy grzewczej: czujnik śledzi reakcję materiału w miarę wzrostu temperatury przez płytę grzewczą. System sterowania może modyfikować moc grzania, aby zachować idealną lepkość lub zatrzymać degradację, gdy sygnatura wibracyjna wskazuje, że materiał zaczął płynąć. Ogrzewanie trwa do momentu, gdy znak wskaże, że materiał osiągnął jednolity stopień stopienia lub utwardzenia i całkowicie wypełnił otwór.

Inicjacja chłodzenia: Kiedy materiał jest już w całości wyprodukowany, ale jeszcze nie schłodzony, następuje krytyczny moment. Gdy materiał twardnieje, wzór wibracji zmienia się ponownie. Czujnik rozpoznaje początek usztywnienia lub zakończenie ruchu materiału. W tym momencie układ sterowania rozpoczyna chłodzenie. Chłodzenie rozpoczyna się dokładnie wtedy, gdy materiał jest gotowy; nie ma potrzeby czekać na wygaśnięcie losowego licznika czasu.

W zależności od materiału i geometrii, czas cykli można skrócić o 10–30% poprzez usunięcie marginesów bezpieczeństwa wbudowanych w liczniki czasu. Ponieważ pompy chłodzące działają tylko wtedy, gdy jest to konieczne, a płyty grzewcze nie są zasilane dłużej niż to konieczne, zużycie energii zmniejsza się proporcjonalnie.

Korzyści inne niż skrócenie czasu cyklu
Efektywność wykorzystania energii
Płyty grzewcze zużywają dużo prądu. Każda sekunda niepotrzebnego ogrzewania marnuje energię. Zużycie energii zmniejsza się poprzez dostosowanie czasu nagrzewania do rzeczywistego zachowania materiału. Gdy chłodzenie rozpoczyna się w idealnym momencie, systemy chłodzenia-takie jak wentylatory, obiegi wodne czy agregaty chłodnicze-również zużywają mniej energii.

Produkty wyższej-jakości
Cykle ze stałymi timerami mogą być nieregularne. Na szybkość nagrzewania się i płynięcia materiału wpływają zmiany temperatury przychodzącego materiału, otaczającego środowiska lub temperatury formy. Timer nie jest w stanie dostosować się do tych zmian. Z drugiej strony system-wibracji dostosowuje się automatycznie. Etap ogrzewania trwa do momentu wykrycia przepływu, jeśli substancja jest zimniejsza niż normalnie. Etap nagrzewania jest krótszy, jeśli materiał jest cieplejszy. Efektem końcowym jest bardziej spójny produkt z mniejszą liczbą odrzutów związanych z niedostatecznym lub nadmiernym utwardzeniem.

Zmniejszone zużycie mechaniczne
Jest mniej niepotrzebnych cykli dla prasy. Skrócone czasy cykli pozwalają na produkcję większej liczby części w tym samym oknie operacyjnym lub tej samej liczby części przy mniejszej liczbie zamknięć prasy na godzinę. Główną zaletą zużycia jest jednak usunięcie nadmiernie utwardzonych, zakleszczonych części, które należy usunąć ręcznie,-co jest uznaną przyczyną uszkodzeń płyty dociskowej i pleśni-.

Przykłady zastosowań
Płyty grzejne-z czujnikiem wibracji są szczególnie przydatne w operacjach o długich cyklach lub zróżnicowanym zachowaniu materiału:

Formowanie termoutwardzalne: w miarę utwardzania materiału proces-sieciowania żywic takich jak epoksydowa czy fenolowa powoduje wyraźne zmiany wibracji. Zamiast czekać na zachowawczy okres przetrzymania, prasę można otworzyć natychmiast, wykrywając dokładny koniec reakcji utwardzania.

Formowanie wtryskowe tworzyw termoplastycznych: Płyta dociskowa umożliwia wykrycie sygnatury wibracyjnej czoła stopionego materiału w miarę zbliżania się do końca wnęki. Minimalizuje to nadmierne pakowanie i rozpływanie się, umożliwiając dynamiczne przełączanie z napełniania na pakowanie.

Prasy do laminowania: Czujnik mierzy przepływ żywicy przez zbrojenie podczas laminowania płytek drukowanych lub kompozytów wielowarstwowych. Po osiągnięciu całkowitej impregnacji można rozpocząć chłodzenie.

Wulkanizacja gumy: Wyraźna reakcja wibracyjna wynika ze spadku lepkości występującego podczas utwardzania. Wykrywając to, prasa może otworzyć się dokładnie w miejscu idealnej-gęstości połączeń poprzecznych.

Aspekty techniczne, które należy wziąć pod uwagę
Czujniki pozycjonowania i zabezpieczania
Konieczne jest mocne przymocowanie czujnika piezoelektrycznego do płyty grzewczej. Stosowane jest mocowanie mechaniczne z izolacją termiczną lub żywicą epoksydową-o wysokiej temperaturze. Do poprowadzenia przewodu sygnałowego czujnika z dala od najgorętszych obszarów często używa się elastycznego metalowego przewodu. Czujnik można zainstalować na przewodzącym ciepło, ale chłodniejszym przedłużeniu płyty dociskowej w przypadku pras o bardzo wysokiej-temperaturze (ponad 200 stopni) lub można zastosować wysokotemperaturowy-materiał piezoelektryczny (taki jak ortofosforan galu).

Kondycjonowanie i przetwarzanie sygnałów
W surowych sygnałach wibracyjnych występuje hałas pochodzący z pobliskich maszyn, wentylatorów chłodzących i pomp hydraulicznych. Aby oddzielić odpowiednie zdarzenia, stosuje się wykrywanie progowe i filtrowanie-pasmowoprzepustowe. Oznaki zamknięcia formy i przepływu materiału można zidentyfikować poprzez uczenie uczenia maszynowego lub algorytmów opartych na-podstawowych regułach w kilku dobrych cyklach. Zwykle przetwarzanie odbywa się w wyspecjalizowanym urządzeniu brzegowym, które dostarcza do sterownika PLC sygnał cyfrowy (taki jak „forma zamknięta” lub „przepływ zakończony”). Ta metoda pozwala uniknąć bezpośrednich zmian w logice sterowania-bezpieczeństwa prasy.

Regulacja dla różnych materiałów
Każdy materiał i geometria formy wytwarzają wyraźny ślad wibracji. Podczas wstępnej konfiguracji należy wykonać kilka cykli testowych. Przy każdym zdarzeniu system „uczy się” widm drgań. Identyczną formułę można przywołać dla tego materiału po jego wstępnym zaprogramowaniu. Niektóre wyrafinowane systemy wykorzystują algorytmy adaptacyjne do ciągłego aktualizowania sygnatur zdarzeń w miarę starzenia się prasy lub zmiany środowiska.

Płyta nabywa umiejętności słuchania
Płyta zyskuje zdolność słyszenia zabiegu. Czujnik wibracji pełni funkcję nerwu akustycznego prasy, dostarczając-w czasie rzeczywistym informacji zwrotnych na temat warunków panujących wewnątrz zamkniętej formy. Zamiast używać zegara do przetwarzania, wykorzystuje akustykę,-przechodząc od sterowania opartego na czasie-na sterowanie oparte na zdarzeniach.

Ideały Przemysłu 4.0 są bezpośrednio powiązane z tą strategią. Aby przekazać swój stan wewnętrzny systemom realizacji produkcji-wyższego poziomu, maszyny rozwijają percepcję i-samooptymalizację. Czasy cykli są teraz dynamicznymi wynikami ciągłego wykrywania procesu, a nie jednorazowo wprowadzanymi wartościami statycznymi.

Nadchodzące postępy
Oczekuje się, że zintegrowane wykrywanie wibracji stanie się standardową funkcją-najwyższej klasy płyt grzewczych w miarę spadku kosztów czujników i zwiększenia wydajności obliczeń brzegowych. Aby śledzić wzorce wibracji na powierzchni płyty i identyfikować nieregularny przepływ materiału lub niewspółosiowość formy, przyszłe systemy będą mogły wykorzystywać szereg czujników. Ponadto pozyskiwanie energii termoelektrycznej,-wykorzystujące ciepło odpadowe z płyty,-jest wykorzystywane do zasilania bezprzewodowych węzłów czujników, co całkowicie eliminuje linie sygnałowe.

Konserwacja predykcyjna może również wykorzystywać te same dane dotyczące wibracji. Zużyte połączenia prasy, uszkodzone łożyska lub luźne śruby płyty dociskowej można rozpoznać po zmianach w sygnaturze wibracji tła, takich jak nowa częstotliwość rezonansowa lub wyższa amplituda. Tym samym płyta grzewcza spełnia dwie funkcje: monitorowanie stanu maszyny i optymalizację procesu.

Podsumowując, The Perceptive Press
Prasa staje się adaptacyjnym,-samooptymalizującym się instrumentem dzięki płytom grzejnym-wykrywającym wibracje, które wprowadzają koncepcje Przemysłu 4.0. System sterowania eliminuje niepotrzebne marginesy bezpieczeństwa, dynamicznie regulując ogrzewanie i chłodzenie w oparciu o-wykrywanie w czasie rzeczywistym zamknięcia formy i przepływu materiału. Zwiększa się jakość produktu, skraca się czas cykli i zmniejsza się zużycie energii. Sprzęt produkcyjny ma przed sobą świetlaną przyszłość. Ucząc się wsłuchiwać w rytm obrabianych materiałów, płyty grzewcze przyspieszają odejście od stałych timerów w stronę rozsądku.