اکسترودر EXTRUDER

دستگاه اکسترودر چیست؟

 اکسترودر یک دستگاه صنعتی محفظ و ماردون شکل است که مواد گرانولی را با نیروی حرکتی و حرارتی به داخل هدایت کرده تا به هنگام خروج با فشار از انتهای دستگاه، محصولی به صورت خمیری یا نواری شکل تولید کند. اکسترودرها از سه قسمت اصلی ناحیه تغذیه (Feed Zone)، ناحیه تراکم و فشردگی(Compression Zone) و ناحیه اندازه‌گیری تشکیل می‌شوند. به علت کاربردهای فراوان این دستگاه، از آن‌ها در بخش های مختلف صنایع لاستیک و پلاستیک استفاده می‌شود.

اکسترودر EXTRUDER

1. معرفی فرآیند و اصل کار

انواع اکسترودر

اکسترودرهای متداول موجود به صورت کلی به دو دسته‌ی تک ماردونه و دو ماردونه تقسیم بندی می‌شوند.

اکسترودر تک ماردون رایج‌ترین نوع اکسترودر است. این نوع اکسترودر از یک ماردون برای ذوب و شکل‌دهی مواد استفاده می‌کند. اکسترودر دو ماردون هم برای ذوب و شکل‌دهی مواد استفاده می‌کند. این نوع اکسترودر برای مخلوط کردن مواد و تولید محصولات با کیفیت بالاتر استفاده می‌شود.

انواع اکسترودر به طبقه‌بندی‌های مختلفی مانند نوع مواد و فرآیند اکستروژن، اندازه و ظرفیت، و کاربردهای خاص تقسیم می‌شوند. در زیر به برخی از انواع اکسترودرها اشاره می‌کنیم:

• اکسترودر پلاستیک: برای تبدیل مواد پلاستیکی به شکل‌های مختلفی مانند لوله، ورق، پروفیل و محصولات دیگر استفاده می‌شود.
• اکسترودر فلز: برای فرآیند اکستروژن فلزات استفاده می‌شود و به منظور تولید پروفیل‌ها، لوله‌ها، و محصولات فلزی دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• اکسترودر دارویی: برای تولید فیلم‌های دارویی، قرص‌ها، کپسول‌ها، و دیگر محصولات دارویی کاربرد دارد.
• اکسترودر نانو: برای تولید نانوذرات و نانومواد برای کاربردهای مختلف از جمله الکترونیک، پزشکی، و مواد پوششی استفاده می‌شود.
• اکسترودر سه بعدی: برای تولید سه‌ بعدی اشیاء با استفاده از مواد پلاستیکی، فلزی، و غیره استفاده می‌گردد.

هر یک از این اکسترودرها دارای ویژگی‌ها، تنظیمات و کاربردهای خاصی هستند که بر اساس نوع مواد و فرآیند تولید، می‌توانند به صورت مختلفی استفاده شوند.

2. طراحی کنترل الکتریکی

کنترل دما: کل تجهیزات دارای 22 منطقه دما است که شامل 5 منطقه برای بشکه، 15 منطقه برای قالب، یکی برای دمای مذاب و یکی برای دمای هسته تلاقی است. قسمت بشکه باید عملکردهای گرمایش و سرمایش داشته باشد، قسمت قالب و دمای هسته تلاقی فقط به عملکرد گرمایش نیاز دارند و دمای مذاب فقط باید دمای واقعی را اندازه گیری کند.

• اندازه‌گیری دمای سیلندر

گام نخست در فرایند کنترل دمای اکسترودر دریافت فیدبک از دمای سیلندر است. در اکسترودر این کار توسط RTD یا ترموکوپل انجام می‌شود.

استفاده از ترموکوپل برای اندازه‌گیری دمای اکسترودر رایج‌تر است. ترموکوپل‌های J-type با محدوده اندازه‌گیری ۰ تا ۷۶۰ درجه سلسیوس رایج‌ترین انواع مورد استفاده در کنترل اکسترودر هستند. گاهی از ترموکوپل K-type هم برای اندازه‌گیری دمای اکسترودر استفاده می‌شود. این ترموکوپل تا دمای ۱۲۶۰ درجه سلسیوس را می تواند اندازه بگیرد. 

برای گرفتن فیدبک از دمای اکسترودر، می‌توان از دو مدل ترموکوپل تکی یا دوبل استفاده کرد. ترموکوپل تکی روی سیلندر نصب می‌شود و دمای آن را به کنترلر ارسال می‌کند. اشکال ترموکوپل تکی این است که به‌دلیل نوسان دمای هیتر، مدتی طول می‌کشد تا دما روی ست‌پوینت ثابت شود.

در ترموکوپل دوبل یک ترموکوپل روی سیلندر و یک ترموکوپل روی المنت نصب می‌شود. در این حالت کنترلر با انجام محاسبات کنترلی می‌تواند نوسانات دما رو حول مقدار ست‌پوینت کاهش دهد.

در صورت استفاده از RTD‌ معمولاً ااز PT100 پلاتینی استفاده می‌شود که تا دمای ۶۰۰ درجه سلسیوس را می‌تواند اندازه‌گیری کند. این بازه اندازه‌گیری برای دمای سیلندر اکسترودر مناسب است.

کنترل سرعت: 2 خروجی آنالوگ برای کنترل سرعت موتور و دستگاه کشش مورد نیاز است.

اندازه گیری آنالوگ: 4 مقدار آنالوگ به ترتیب برای اندازه گیری جریان میزبان، سرعت موتور، فشار مذاب و جریان کشش مورد نیاز است.

خروجی دیجیتال:  کنترل برای شروع گرمایش و سرمایش مناطق دما و سایر خروجی های سیگنال .

ورودی دیجیتال: 13 نقطه ورودی.ورودی رمزگذار، سیگنال های مختلف هشدار و غیره 

کنترل الکتروموتور اکسترودر

همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، برای چرخاندن ماردون اکسترودر از یک موتور الکتریکی استفاده می‌شود. با توجه به نیروی زیادی که برای چرخاندن ماردون مورد نیاز است و لزوم تنظیم دقیق سرعت چرخش آن، باید کنترل مناسبی روی گشتاور و سرعت موتور اعمال شود. از سه نوع موتور می‌توان برای راه‌اندازی اکسترودر استفاده کرد.

• موتور DC: موتورهای DC قابلیت خوبی برای برآورده کردن نیاز اکسترودر را دارند و در برخی انواع اکسترودر از این موتورها در کنار یک درایو DC استفاده می‌شود. مشکل موتورهای DC اندازه بزرگ و نیاز آن‌ها به سرویس و نگهداری دوره‌ای است.
• موتور سروو: موتورهایی که به‌صورت سروو کنترل می‌شوند، دقت بسیار خوبی در تنظیم دور دارند؛ اما از توان و گشتاور محدودی بهره می‌برند و تنها برای اکسترودرهای کوچک از این موتورها استفاده می‌شود.
• موتور AC: در اکسترودرهای امروزی بیشتر از موتورهای AC در کنار یک درایو فرکانس‌متغیر (VFD) برای راه‌اندازی اکسترودر استفاده می‌شود.

با توجه به تأثیر قابل توجه عملکرد ماردون در کیفیت محصول خروجی اکسترودر، به‌کارگیری یک درایو با قابلیت‌های کنترلی بالا برای تأمین گشتاور پایدار اهمیت بسیار زیادی دارد.

【توابع اصلی کنترل】

 

صفحه نمایش پنل HMI پنل مستر

می تواند عملکرد کل خط تولید را کنترل و مانیتور کند و دستگاه اصلی و سیستم های کنترل ماشین کمکی می توانند به طور مستقل عمل کنند.

 می تواند کنترل حلقه بسته فشار سر قالب را برای اطمینان از کیفیت محصول انجام دهد.

مبدل های فرکانس اصلی پیچ، تغذیه و کشش می توانند به راحتی به تنظیم سرعت همزمان دست یابند.

کنترل دما الگوریتم PID با کارایی بالا را در داخل ماژول مشخص می کند و منطقه دمای بشکه روش های کنترل گرمایش و سرمایش (خنک کننده استخراج و خنک کننده هوا) را اتخاذ می کند، به طوری که عملکرد دینامیکی و استاتیک کنترل دما می تواند به نتایج ایده آل دست یابد.

دارای یک برنامه حفاظت  برای جلوگیری از آسیب دیدن ماردون به دلیل عملکرد نادرست است.

می تواند بیش از 100 مجموعه دستور العمل پارامتر فرآیند مانند مقادیر تنظیم پیچ اصلی، سرعت تغذیه و کشش، مقادیر تنظیم دمای پایین و بالا هر منطقه دما، زمان عایق، زمان بارگذاری و زمان تاخیر برش و سایر اطلاعات مهم را ذخیره کند.

عملکرد هشدار خطا، که می تواند علت خطا، محل خطا، زمان وقوع خطا و روش عیب یابی را نمایش دهد و می تواند 500 رکورد هشدار تاریخی را ذخیره کند.

می تواند منحنی دما هر منطقه دما، منحنی فشار سر قالب و غیره را در زمان واقعی نمایش دهد.

می تواند شبکه و کنترل متمرکز خطوط تولید اکستروژن چندگانه را تحقق بخشد.

 

این سیستم ظرفیت زیادی دارد. اگر راه حل جداسازی دما و عمل اتخاذ شود، سیستم را می توان حداکثر به 40 منطقه دما گسترش داد.

· مقرون به صرفه تر، با استفاده از سرمایه گذاری یک ماشین کوچک برای دستیابی به مقیاس کنترل یک ماشین متوسط، هزینه سیستم را تا حد زیادی کاهش می دهد.

رابط انسان و ماشین از یک صفحه نمایش LCD رنگی با صفحه نمایش بزرگ استفاده می کند که می تواند به راحتی کل تجهیزات را نظارت و کار کند و زیبا و ظریف است.

بخش تنظیم سرعت دستگاه تنظیم سرعت تبدیل فرکانس را برای کنترل فشار بشکه ثابت می کند، که می تواند تعادل و هماهنگ سازی عملکرد بخش های مختلف تجهیزات اساسی را تضمین کند.

ماژول کنترل دمای PID CTSC-200 از الگوریتم کنترل دما هوشمند استفاده می کند که برنامه نویسی را آسان تر و دقت کنترل دما را بالاتر می برد. اکتساب دما از فناوری جداسازی استفاده می کند و توانایی ضد تداخل قوی تری دارد.

· چندین PLC را می توان برای دیدار با خط تولید اکسترودرهای متعدد متصل کرد.

【 مناسبت های کاربردی】

این سیستم برای کنترل انواع خطوط تولید اکسترودر از جمله

خط تولید پروفیل

خطوط تولید لوله های تک بازو، چند جداره و فوم دار

· خط تولید برد و فوم برد

خط تولید ورق

· خطوط تولید فیلم دمیده تک لایه و چند لایه

خط تولید گرانول

به عنوان تجهیزات اصلی خط تولید پلاستیک، سیستم کنترل اکسترودر عمدتا مبتنی بر کنترل دما است و مناطق دما زیادی وجود دارد. هم اندازه گیری کمیت و هم اندازه گیری دما به سیستمی با تعداد نسبتاً زیادی امتیاز برای دستیابی نیاز دارند.

ماژول کنترل دمای PID CTSC-200 نه تنها نیازهای سخت افزاری 22 منطقه دمایی سیستم را برآورده می کند، بلکه یک الگوریتم کنترل دما را نیز ادغام می کند و برنامه ریزی کنترل دما را در کل سیستم بسیار ساده می کند. در حین کار واقعی و اشکال زدایی دستگاه، پارامترهای PID هر منطقه دما را می توان از طریق دستگاه HMI تنظیم کرد که بسیار راحت است، به طوری که کنترل دمای هر منطقه دما می تواند عملکرد استاتیکی و دینامیکی خوبی داشته باشد. ماژول ورودی آنالوگ 4AI CTSC و ماژول خروجی آنالوگ 4AQ کنترل دقیق سرعت موتور را درک می کنند.

2. طرح کنترل الکتریکی

کنترل دما: کل تجهیزات دارای 22 منطقه دما است که شامل 5 منطقه برای بشکه، 15 منطقه برای قالب، یکی برای دمای مذاب و یکی برای دمای هسته تلاقی است. قسمت بشکه باید عملکردهای گرمایش و سرمایش داشته باشد، قسمت قالب و دمای هسته تلاقی فقط به عملکرد گرمایش نیاز دارند و دمای مذاب فقط باید دمای واقعی را اندازه گیری کند.

• اندازه‌گیری دمای سیلندر

گام نخست در فرایند کنترل دمای اکسترودر دریافت فیدبک از دمای سیلندر است. در اکسترودر این کار توسط RTD یا ترموکوپل انجام می‌شود.

استفاده از ترموکوپل برای اندازه‌گیری دمای اکسترودر رایج‌تر است. ترموکوپل‌های J-type با محدوده اندازه‌گیری ۰ تا ۷۶۰ درجه سلسیوس رایج‌ترین انواع مورد استفاده در کنترل اکسترودر هستند. گاهی از ترموکوپل K-type هم برای اندازه‌گیری دمای اکسترودر استفاده می‌شود. این ترموکوپل تا دمای ۱۲۶۰ درجه سلسیوس را می تواند اندازه بگیرد. 

برای گرفتن فیدبک از دمای اکسترودر، می‌توان از دو مدل ترموکوپل تکی یا دوبل استفاده کرد. ترموکوپل تکی روی سیلندر نصب می‌شود و دمای آن را به کنترلر ارسال می‌کند. اشکال ترموکوپل تکی این است که به‌دلیل نوسان دمای هیتر، مدتی طول می‌کشد تا دما روی ست‌پوینت ثابت شود.

در ترموکوپل دوبل یک ترموکوپل روی سیلندر و یک ترموکوپل روی المنت نصب می‌شود. در این حالت کنترلر با انجام محاسبات کنترلی می‌تواند نوسانات دما رو حول مقدار ست‌پوینت کاهش دهد.

در صورت استفاده از RTD‌ معمولاً ااز PT100 پلاتینی استفاده می‌شود که تا دمای ۶۰۰ درجه سلسیوس را می‌تواند اندازه‌گیری کند. این بازه اندازه‌گیری برای دمای سیلندر اکسترودر مناسب است.

کنترل سرعت: 2 خروجی آنالوگ برای کنترل سرعت میزبان و دستگاه کشش مورد نیاز است.

اندازه گیری آنالوگ: 4 مقدار آنالوگ به ترتیب برای اندازه گیری جریان میزبان، سرعت میزبان، فشار مذاب و جریان کشش مورد نیاز است.

خروجی دیجیتال: میزبان کنترل برای شروع گرمایش و سرمایش مناطق دما و سایر خروجی های سیگنال 31 روش.

ورودی دیجیتال: ورودی رمزگذار، سیگنال های مختلف هشدار و غیره 13 نقطه ورودی.

۲. کنترل الکتروموتور اکسترودر

همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، برای چرخاندن ماردون اکسترودر از یک موتور الکتریکی استفاده می‌شود. با توجه به نیروی زیادی که برای چرخاندن ماردون مورد نیاز است و لزوم تنظیم دقیق سرعت چرخش آن، باید کنترل مناسبی روی گشتاور و سرعت موتور اعمال شود. از سه نوع موتور می‌توان برای راه‌اندازی اکسترودر استفاده کرد.

• موتور DC: موتورهای DC قابلیت خوبی برای برآورده کردن نیاز اکسترودر را دارند و در برخی انواع اکسترودر از این موتورها در کنار یک درایو DC استفاده می‌شود. مشکل موتورهای DC اندازه بزرگ و نیاز آن‌ها به سرویس و نگهداری دوره‌ای است.
• موتور سروو: موتورهایی که به‌صورت سروو کنترل می‌شوند، دقت بسیار خوبی در تنظیم دور دارند؛ اما از توان و گشتاور محدودی بهره می‌برند و تنها برای اکسترودرهای کوچک از این موتورها استفاده می‌شود.
• موتور AC: در اکسترودرهای امروزی بیشتر از موتورهای AC در کنار یک درایو فرکانس‌متغیر (VFD) برای راه‌اندازی اکسترودر استفاده می‌شود.

با توجه به تأثیر قابل توجه عملکرد ماردون در کیفیت محصول خروجی اکسترودر، به‌کارگیری یک درایو با قابلیت‌های کنترلی بالا برای تأمین گشتاور پایدار اهمیت بسیار زیادی دارد. در ادامه دو مد کنترلی که برای کنترل موتور اکسترودر مناسب هستند، معرفی می‌شود.

【توابع اصلی کنترل】

 

 

صفحه نمایش عملیات می تواند عملکرد کل خط تولید را کنترل کند و دستگاه اصلی و سیستم های کنترل ماشین کمکی می توانند به طور مستقل عمل کنند.

· این می تواند کنترل حلقه بسته فشار سر قالب را برای اطمینان از کیفیت محصول انجام دهد.

مبدل های فرکانس اصلی پیچ، تغذیه و کشش می توانند به راحتی به تنظیم سرعت همزمان دست یابند.

کنترل دما الگوریتم PID با کارایی بالا را در داخل ماژول تصویب می کند و منطقه دمای بشکه روش های کنترل گرمایش و سرمایش (خنک کننده استخراج و خنک کننده هوا) را اتخاذ می کند، به طوری که عملکرد دینامیکی و استاتیک کنترل دما می تواند به نتایج ایده آل دست یابد.

· دارای یک برنامه حفاظت پیچ اصلی برای جلوگیری از آسیب دیدن پیچ اصلی به دلیل عملکرد نادرست است.

کنترل ضخامت دیواره لوله را درک کنید و مواد را ذخیره کنید.

می تواند بیش از 100 مجموعه دستور العمل پارامتر فرآیند مانند مقادیر تنظیم پیچ اصلی، سرعت تغذیه و کشش، مقادیر تنظیم دمای پایین و بالا هر منطقه دما، زمان عایق، زمان بارگذاری و زمان تاخیر برش و سایر اطلاعات مهم را ذخیره کند.

· عملکرد هشدار خطا، که می تواند علت خطا، محل خطا، زمان وقوع خطا و روش عیب یابی را نمایش دهد و می تواند 500 رکورد هشدار تاریخی را ذخیره کند.

· می تواند منحنی دما هر منطقه دما، منحنی فشار سر قالب و غیره را در زمان واقعی نمایش دهد.

· این می تواند شبکه و کنترل متمرکز خطوط تولید اکستروژن چندگانه را تحقق بخشد.

【ویژگی های ترکیب】

این سیستم ظرفیت زیادی دارد. اگر راه حل جداسازی دما و عمل اتخاذ شود، سیستم را می توان حداکثر به 40 منطقه دما گسترش داد.

· مقرون به صرفه تر، با استفاده از سرمایه گذاری یک ماشین کوچک برای دستیابی به مقیاس کنترل یک ماشین متوسط، هزینه سیستم را تا حد زیادی کاهش می دهد.

رابط انسان و ماشین از یک صفحه نمایش LCD رنگی با صفحه نمایش بزرگ استفاده می کند که می تواند به راحتی کل تجهیزات را نظارت و کار کند و زیبا و ظریف است.

بخش تنظیم سرعت دستگاه تنظیم سرعت تبدیل فرکانس را برای کنترل فشار بشکه ثابت می کند، که می تواند تعادل و هماهنگ سازی عملکرد بخش های مختلف تجهیزات اساسی را تضمین کند.

ماژول کنترل دمای PID CTSC-200 از الگوریتم کنترل دما هوشمند استفاده می کند که برنامه نویسی را آسان تر و دقت کنترل دما را بالاتر می برد. اکتساب دما از فناوری جداسازی استفاده می کند و توانایی ضد تداخل قوی تری دارد.

· چندین PLC را می توان برای دیدار با خط تولید اکسترودرهای متعدد متصل کرد.

【 مناسبت های کاربردی】

این سیستم برای کنترل انواع خطوط تولید اکسترودر از جمله

خط تولید پروفیل

خطوط تولید لوله های تک بازو، چند جداره و فوم دار

· خط تولید برد و فوم برد

خط تولید ورق

· خطوط تولید فیلم دمیده تک لایه و چند لایه

خط تولید گرانول

به عنوان تجهیزات اصلی خط تولید پلاستیک، سیستم کنترل اکسترودر عمدتا مبتنی بر کنترل دما است و مناطق دما زیادی وجود دارد. هم اندازه گیری کمیت و هم اندازه گیری دما به سیستمی با تعداد نسبتاً زیادی امتیاز برای دستیابی نیاز دارند.

ماژول کنترل دمای PID CTSC-200 نه تنها نیازهای سخت افزاری 22 منطقه دمایی سیستم را برآورده می کند، بلکه یک الگوریتم کنترل دما را نیز ادغام می کند و برنامه ریزی کنترل دما را در کل سیستم بسیار ساده می کند. در حین کار واقعی و اشکال زدایی دستگاه، پارامترهای PID هر منطقه دما را می توان از طریق دستگاه HMI تنظیم کرد که بسیار راحت است، به طوری که کنترل دمای هر منطقه دما می تواند عملکرد استاتیکی و دینامیکی خوبی داشته باشد. ماژول ورودی آنالوگ 4AI CTSC و ماژول خروجی آنالوگ 4AQ کنترل دقیق سرعت موتور را درک می کنند.