PLC在PMMA厚板成型的应用

季铮越(泰兴汤臣亚克力有限公司项目部,江苏泰州 225442)



PLC在PMMA厚板成型的应用

季铮越
(泰兴汤臣亚克力有限公司项目部,江苏泰州 225442)

【摘 要】传统的PMMA厚板连续浇铸成型工艺,以人工(原台湾生产线)和凸轮编码器(美国生产线)控制,都属于开环控制,不但生产效率较低,而且产品质量不稳定。在传感技术和信息技术高速发展的今天,我公司摸索出了一套基于PLC控制的PMMA厚板连续浇铸成型方案,并以该方案为基础形成实际生产力,大大提高了生产效率、质量一致性和能源利用率。

【关键词】PLC PMMA 厚板成型 连续浇铸

PMMA厚板连续浇铸一直处于经验摸索阶段，靠产品配方和生产工艺的不断调整和试验，以达到PMMA的聚合成型的目的。

在台湾，PMMA厚板连续浇铸生产线只能靠少数有经验的老技师通过不断实践摸索出的配方和工艺流程实施，生产规模受限制，产品质量也不可控，因此该工艺上世纪就被淘汰；而在美国，PMMA厚板连续浇铸引入了顺序控制概念，由凸轮编码器执行固化的时间顺序程序，同时固化的配方和严格的工艺流程使规模化生产成为可能，但产品报废率仍居高不下。尽管如此，美国的连续浇铸工艺至今仍延续下来并且还是可证的全球少数几个仍在生产的连续浇铸生产线。

我司在经过充分的调研论证后决定以自身技术力量实现该工艺的本土化。在PMMA厚板浇铸方面我司已积累了不少经验，对于厚板连续浇铸工艺的基本思路就是将原先在不同工位执行的不同工步集成到单工位(设备)上并进行优化，而该工位的所有工序由设备控制系统提供。新工艺(系统流程)原先并不确定而且必须持续改进，我司单工位连续浇铸系统必需一台大脑(控制系统CPU)。PLC(可编程控制器)由于其出色的抗干扰性能和人机交互性遂成为我司PMMA厚板连续浇铸机的大脑。

1 PLC控制的应用主要为了解决以下五个方面的问题

1.1 压力控制

压力控制其实分为两个方面：

(1)动力系统压力控制：厚板连续浇铸机的不同工序压力不等，尤其工进压力在PMMA聚合剧烈程度不同的各个阶段对PMMA厚板产品的厚度偏差和一致性影响很大。所以厚板连续浇铸机合模压力是不断变化的，而且厚板浇铸生产周期较长，浇铸机压力必需阶段性保压(节能和保护设备)。尽管浇铸机液压站采用的贺德克压力传感器可以完成简单的程序控制，相对于厚板浇铸工艺对压模压力的复杂要求其程控选项仍略显不足。因此，PLC的引入使浇铸机压力复杂变化的程序控制得以实现，当然数字化压力传感器的应用是PLC使用的基本条件。

(2)热交换系统压力控制：厚板连续浇铸机除了使用恒压的水循环热交换系统外，还使用了蒸气加热系统(美国使用的是高温高压热水)。由于蒸气介质本身温度随压力变化和汽化热远大于比热的特性，在热循环系统通过蒸气加热时，系统内蒸汽压力必须保证在一定范围内才能确保蒸气温度的稳定性。PLC通过对压力和温度的研判，发指令远程控制疏水器阀和排空阀的启闭以保证系统内蒸气压力范围和冷凝水及时排出。

1.2 温度控制

(1)水温控制：热交换系统大部分工序的热媒都是恒温水(不同工序温度不同)，PLC应用了温度模块和温敏元件后通过对储水箱的加热(通蒸气)和冷却(通冷却水)基本保证加热水温达到目标值±1℃的浮动范围(热对流及传感器布置在设备设计时计算)。

(2)蒸汽温度控制：热交换系统进入蒸气工序，PLC根据系统要求温度目标值和系统内蒸气温度测量值控制系统主蒸汽阀开闭以保持热交换系统温度基本恒定。同时由于水巨大的汽化热，PLC也对疏水器阀(排冷凝水)和排空阀(多余的高温高压蒸气下下水道)进行控制。

(3)冷却水温度控制：为避免设备温度剧变和遵循工艺要求，热交换系统冷却工序分为空冷、热水和冷却水三个阶段：PLC根据传感器探得的温度与100℃、80℃和60℃比较，决定程序进程。

1.3 时间控制

时间控制亦即顺序控制是PLC的专长领域(凸轮编码器等传统控制器的基本控制思想)。PLC根据工艺流程坚定不移地严格执行程序，保证了连续浇铸工艺的严肃性和可重复性。

1.4 系统切换

(1)报警切换：为了保证厚板浇铸工艺的万无一失，连续浇铸机的动力系统和热交换系统都设置了备用系统，而且由PLC根据压力继电器和水流开关等传感元件的输信号判定系统是否切换(由于蓄能器和分配器的存在切换可不停机自动进行)。

(2)冷却切换：这里的冷却切换单指突发快速冷却：在加热环节中PLC根据浇铸板内热敏元件测得的温度严重超出程序对应阶段设定的温度(超出峰值一定幅度)，通过一系列程控阀启闭实现恒温加热水和冷却水的快速切换，达到阻止PMMA爆聚的作用。

(3)水流方向切换：这里的水流方向切换单指PLC在加热环节中根据厚板内温度场分布规律自动切换一系列遥控阀启闭，实现水流方向改变。即PLC根据程序不同阶段PMMA不同位置的反应程度自动切换加热水流方向，以保证合理的PMMA温度梯度。

1.5 程序调整

PLC(可编程控制器)相对于凸轮编码器和逻辑电路最大的优势就是相对简单、灵活和低成本的改进程序，对于工艺摸索阶段和小批量试制阶段，PLC的程序改进对工艺定型意义重大。即使是厚板连续浇铸工艺进入到大批量生产阶段，经过长时间经验总结、理论分析和小样验证后，PLC内部储存的工艺程序也可以比较方便的进行更改。

2 结语

PMMA浇铸板成型行业中，厚板浇铸一直是困扰诸多生产厂商的老大难问题，尤其连续浇铸成型工艺在我国台湾地区经过多年不成功的实践后几乎被放弃了，仅有美国利用凸轮编码器的顺序控制近似地把厚板PMMA连续浇铸工艺难题解决了。但我司在厚板连续浇铸工艺中引入基于可信传感和PLC的闭环控制，基本解决了PMMA由于阻聚剂、引发剂和单体等混合不完全和合模进给速度变化造成的反应程度和产品质量不可控的问题。该设备已获得国家发明专利(专利号：ZL 2013 1 0207385.4)，并通过泰州科技局组织的专家评审。