Времето за цикъл на пресоване често се настройва консервативно, за да се гарантира пълно нагряване или охлаждане. Но какво ще стане, ако валякът може да "усети" точно кога матрицата се е затворила или кога смолата се е разтопила напълно? Интегрираните сензори за вибрации дават на нагревателните плочи това усещане за докосване, изстисквайки секунди от всеки цикъл. Чрез преобразуването на механичните вибрации в данни за процеса, които могат да се предприемат, тези интелигентни нагревателни плочи изместват управлението на пресата от фиксирани таймери към оптимизация в реално-време,-отзивчива към материала.
Ограниченията на управлението на натискане с фиксиран-таймер
Традиционните цикли на пресоване разчитат на предварително определени продължителности на нагряване и охлаждане. Таймерът се настройва въз основа на прогнози за най-лош-случай: най-дългото очаквано време за затваряне на матрицата, възможно най-бавното пренасяне на топлина през детайла и граница на безопасност, която да гарантира втвърдяване или топене. Този подход по своята същност е неефективен. Много цикли продължават по-дълго от необходимото, защото системата за управление няма обратна връзка за това какво всъщност се случва вътре в затворената форма.
Пресите за леене под налягане, пресите за формоване под налягане и пресите за ламиниране страдат от тази сляпа операция. Нагревателната плоча доставя мощност за определен период от време. Охлаждането започва след фиксирано време на престой. Операторът не може да види кога материалът е изтекъл напълно в кухината или кога последното остатъчно напрежение се е отпуснало. В резултат на това времената на цикъла са подплатени с ненужни секунди-секунди, които се умножават в часове загубена производителност в продължение на хиляди цикли.
Как работят интегрираните сензори за вибрации
Малък пиезоелектричен акселерометър е свързан към гърба на нагревателната плоча или е вграден директно в структурата на плочата. Пиезоелектричните сензори са-подходящи за това приложение, защото работят надеждно при повишени температури, обикновено до 200 градуса (392 градуса F). Сензорът непрекъснато измерва механичните вибрации в широк честотен диапазон. Тези вибрации се генерират от самата преса, от движението на половинките на формата и от материала вътре в матрицата.
Когато двете половини на матрицата се затворят, се получава отчетлив импулс-остър, с висока-амплитуда-пик. Този вибрационен сигнал е повторим и лесно различим от фоновия шум. По същия начин, когато твърдият материал (като термореактивна смола, термопластичен полимер или композитен препрег) омекотява и тече под въздействието на топлина и налягане, вибрационните характеристики на системата се променят. Топенето и потокът намаляват определени честоти и възбуждат други. Сензорът улавя тези фини промени.
Изходът на сензора се подава в програмируем логически контролер (PLC) или специално периферно изчислително устройство. Усъвършенстваните алгоритми за обработка на сигнала идентифицират ключови събития в реално време. След това системата за управление използва тези събития, за да регулира етапите на нагряване и охлаждане на цикъла на пресата.
Оптимизиране на цикъла на пресоване-в реално време
С едининтегриран сензор за вибрации оптимизация на пресата за нагревателна плоча, пресата вече не работи по фиксиран график. Вместо това цикълът напредва въз основа на действителните състояния на процеса. Последователността работи по следния начин:
Откриване на затваряне на мухъл– Сензорът за вибрации разпознава характерния скок на сближаването на половинките на формата. Контролната система потвърждава, че формата е напълно затворена и че пресата може да премине към етапа на нагряване без предварително зададено забавяне.
Оптимизиране на отоплителната рампа– Докато нагревателната плоча повишава температурата, сензорът следи реакцията на материала. Когато вибрационната сигнатура показва, че материалът е започнал да тече, контролната система може да регулира мощността на нагряване, за да поддържа оптимален вискозитет или да предотврати разграждане. Нагряването продължава, докато сигнатурата покаже, че материалът е запълнил напълно кухината и е достигнал равномерно състояние на стопяване или втвърдяване.
Започване на охлаждане– Критичният момент настъпва, когато материалът е напълно оформен, но все още не е охладен. Моделът на вибрациите се измества отново, докато материалът се втвърдява. Сензорът открива края на движението на материала или началото на втвърдяването. В този момент системата за управление започва охлаждане. Няма изчакване за изтичане на произволен таймер; охлаждането започва точно когато материалът е готов.
Чрез елиминиране на границите на безопасност, вградени в таймерите, времената на цикъла могат да бъдат намалени с 10–30%, в зависимост от материала и геометрията. Консумацията на енергия намалява пропорционално, тъй като нагревателните плочи не се захранват по-дълго от необходимото, а охлаждащите помпи работят само според нуждите.
Предимства извън намаляването на времето на цикъла
Енергийна ефективност
Нагревателните плочи консумират значителна електрическа енергия. Всяка секунда ненужно отопление губи енергия. Чрез приспособяване на продължителността на нагряване към действителното поведение на материала, потреблението на енергия се свежда до минимум. Охлаждащите системи-чилъри, вентилатори или водни кръгове-също черпят по-малко енергия, когато охлаждането започне точно в оптималния момент.
Подобрено качество на продукта
Фиксираните-цикли на таймера може да са непоследователни. Вариациите в температурата на входящия материал, условията на околната среда или температурата на формата влияят върху това колко бързо материалът се нагрява и тече. Таймерът не може да се адаптира към тези вариации. Системата за-отчитане на вибрации обаче автоматично компенсира. Ако материалът е по-студен от обикновено, етапът на нагряване се удължава, докато се открие поток. Ако материалът е по-топъл, етапът на нагряване се скъсява. Резултатът е по-равномерен продукт, с по-малко бракове поради недостатъчно или прекомерно втвърдяване.
Намалено механично износване
Пресата е подложена на по-малко ненужни цикли. По-кратките времена на цикъла означават, че същият брой части могат да бъдат произведени с по-малко затваряния на пресата на час или повече части могат да бъдат произведени в рамките на един и същ работен прозорец. Въпреки това, основната полза от износването идва от елиминирането на прекомерно втвърдени, заседнали части, които изискват ръчно изваждане-известна причина за повреда на плочата и мухъла.
Примери за приложение
Вибрационните-нагревателни плочи са особено ценни в процеси, при които поведението на материала е променливо или където времената на цикъла са дълги:
Термореактивно пресовано формоване– Реакцията на кръстосано{0}}свързване на смоли като фенолни или епоксидни води до характерни вибрационни промени, докато материалът се втвърдява. Откриването на точния край на реакцията на втвърдяване позволява на пресата да се отвори незабавно, вместо да чака консервативно време на задържане.
Термопластично шприцване– Сигнатурата на вибрациите на фронта на стопилката, достигаща края на кухината, може да бъде открита чрез плочата. Това позволява динамично превключване от пълнене към опаковане, намалявайки свръхопаковането и флашката.
Преси за ламиниране– При ламиниране на многослоен композит или печатна платка, сензорът отчита потока на смола през армировката. Охлаждането може да се задейства в момента, в който се постигне пълно импрегниране.
Вулканизация на каучук– Намаляването на вискозитета по време на втвърдяването създава отчетлива вибрационна реакция. Като усети това, пресата може да се отвори в точната точка на оптимална плътност на кръстосаните -връзки.
Технически съображения за изпълнение
Разположение на сензора и защита
Пиезоелектричният сензор трябва да бъде здраво закрепен към нагревателната плоча. Използва се високо{1}}температурна епоксидна смола или механично затягане с термична изолация. Сигналният кабел на сензора се насочва далеч от най-горещите зони, често през гъвкав метален тръбопровод. За много-температурни преси (над 200 градуса), сензорът може да бъде монтиран върху термично проводимо, но по-хладно удължение на плочата или може да се посочи високо{6}}температурен пиезоелектричен материал (като галиев ортофосфат).
Кондициониране и обработка на сигнала
Суровите вибрационни сигнали съдържат шум от хидравлични помпи, охлаждащи вентилатори и съседни машини. Прилагат се лентово{1}}филтриране и откриване на прагове, за да се изолират съответните събития. Машинно обучение или алгоритми, базирани на прости -правила, могат да бъдат обучени на няколко добри цикъла, за да разпознават признаците на затваряне на формата и потока на материала. Обработката обикновено се извършва в специално крайно устройство, което извежда цифров сигнал (напр. „формата е затворена“ или „потокът е завършен“) към PLC. Този подход избягва директното модифициране на контролната-логика за безопасност на пресата.
Калибриране за различни материали
Всеки материал и геометрия на формата създават уникален вибрационен отпечатък. Първоначалната настройка изисква изпълнение на няколко тестови цикъла. Системата "научава" спектрите на вибрациите за всяко събитие. Веднъж програмирана, същата рецепта може да бъде извикана за този материал. Някои усъвършенствани системи използват адаптивни алгоритми, които непрекъснато актуализират сигнатурите на събитията с остаряването на пресата или с промяната на условията на околната среда.
Платонът се научава да слуша
Платонът се научава да слуша процеса. Сензорът за вибрации се превръща в акустичния нерв на пресата, предавайки-в реално време обратна връзка за това какво се случва вътре в затворената форма. Това е обработка от акустика вместо часовник-преминаване от управление,-базирано на време, към управление,-базирано на събитие.
Този подход е пряко в съответствие с принципите на Индустрия 4.0. Машините стават възприемчиви, само-оптимизиращи се и способни да съобщават вътрешното си състояние на по-високо-системи за изпълнение на производството. Времената на цикъла вече не са статични стойности, въведени веднъж; те са динамични резултати от усещане на текущ процес.
Бъдещи развития
Тъй като разходите за сензори спадат и периферните изчисления стават по-мощни, интегрираното отчитане на вибрации се очаква да стане стандартна функция на нагревателните плочи от висок-клас. Бъдещите системи могат да включват множество сензори за картографиране на вибрационни модели по повърхността на плочата, откривайки неравномерен поток на материала или разместване на формата. Безжичните сензорни възли, захранвани от събиране на термоелектрическа енергия (използвайки собствената отпадна топлина на плочата), също са в процес на разработка, елиминирайки изцяло сигналните проводници.
Освен това същите данни за вибрациите могат да се използват за предсказуема поддръжка. Промените във фоновата вибрационна сигнатура-например нова резонансна честота или увеличена амплитуда-могат да показват износени пресови връзки, повредени лагери или разхлабени болтове на плочата. По този начин нагревателната плоча изпълнява двойна задача: оптимизиране на процеса и наблюдение на състоянието на машината.
Заключение: The Perceptive Press
Вибрационно{0}}чувствителните нагревателни плочи въвеждат принципите на Индустрия 4.0 в сърцето на пресата, превръщайки ги в адаптивни, само-оптимизиращи се инструменти. Чрез засичане на затварянето на матрицата и потока на материала в реално време, системата за управление динамично регулира нагряването и охлаждането, елиминирайки разточителните запаси на безопасност. Времената на цикъла се свиват, консумацията на енергия намалява и качеството на продукта се подобрява. Бъдещето на производственото оборудване е проницателно. Фиксираните таймери отстъпват място на усещането, а нагревателните плочи водят този преход, като се научават да слушат ритмите на материалите, които обработват.
