PLC在PMMA厚板成型的應用

季錚越(泰興湯臣亞克力有限公司項目部,江蘇泰州 225442)

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PLC在PMMA厚板成型的應用

季錚越
(泰興湯臣亞克力有限公司項目部,江蘇泰州 225442)

【摘 要】傳統的PMMA厚板連續澆鑄成型工藝,以人工(原臺灣生產線)和凸輪編碼器(美國生產線)控制,都屬于開環控制,不但生產效率較低,而且產品質量不穩定。在傳感技術和信息技術高速發展的今天,我公司摸索出了一套基于PLC控制的PMMA厚板連續澆鑄成型方案,并以該方案為基礎形成實際生產力,大大提高了生產效率、質量一致性和能源利用率。

【關鍵詞】PLC PMMA 厚板成型 連續澆鑄

PMMA厚板連續澆鑄一直處于經驗摸索階段，靠產品配方和生產工藝的不斷調整和試驗，以達到PMMA的聚合成型的目的。

在臺灣，PMMA厚板連續澆鑄生產線只能靠少數有經驗的老技師通過不斷實踐摸索出的配方和工藝流程實施，生產規模受限制，產品質量也不可控，因此該工藝上世紀就被淘汰；而在美國，PMMA厚板連續澆鑄引入了順序控制概念，由凸輪編碼器執行固化的時間順序程序，同時固化的配方和嚴格的工藝流程使規模化生產成為可能，但產品報廢率仍居高不下。盡管如此，美國的連續澆鑄工藝至今仍延續下來并且還是可證的全球少數幾個仍在生產的連續澆鑄生產線。

我司在經過充分的調研論證后決定以自身技術力量實現該工藝的本土化。在PMMA厚板澆鑄方面我司已積累了不少經驗，對于厚板連續澆鑄工藝的基本思路就是將原先在不同工位執行的不同工步集成到單工位(設備)上并進行優化，而該工位的所有工序由設備控制系統提供。新工藝(系統流程)原先并不確定而且必須持續改進，我司單工位連續澆鑄系統必需一臺大腦(控制系統CPU)。PLC(可編程控制器)由于其出色的抗干擾性能和人機交互性遂成為我司PMMA厚板連續澆鑄機的大腦。

1 PLC控制的應用主要為了解決以下五個方面的問題

1.1 壓力控制

壓力控制其實分為兩個方面：

(1)動力系統壓力控制：厚板連續澆鑄機的不同工序壓力不等，尤其工進壓力在PMMA聚合劇烈程度不同的各個階段對PMMA厚板產品的厚度偏差和一致性影響很大。所以厚板連續澆鑄機合模壓力是不斷變化的，而且厚板澆鑄生產周期較長，澆鑄機壓力必需階段性保壓(節能和保護設備)。盡管澆鑄機液壓站采用的賀德克壓力傳感器可以完成簡單的程序控制，相對于厚板澆鑄工藝對壓模壓力的復雜要求其程控選項仍略顯不足。因此，PLC的引入使澆鑄機壓力復雜變化的程序控制得以實現，當然數字化壓力傳感器的應用是PLC使用的基本條件。

(2)熱交換系統壓力控制：厚板連續澆鑄機除了使用恒壓的水循環熱交換系統外，還使用了蒸氣加熱系統(美國使用的是高溫高壓熱水)。由于蒸氣介質本身溫度隨壓力變化和汽化熱遠大于比熱的特性，在熱循環系統通過蒸氣加熱時，系統內蒸汽壓力必須保證在一定范圍內才能確保蒸氣溫度的穩定性。PLC通過對壓力和溫度的研判，發指令遠程控制疏水器閥和排空閥的啟閉以保證系統內蒸氣壓力范圍和冷凝水及時排出。

1.2 溫度控制

(1)水溫控制：熱交換系統大部分工序的熱媒都是恒溫水(不同工序溫度不同)，PLC應用了溫度模塊和溫敏元件后通過對儲水箱的加熱(通蒸氣)和冷卻(通冷卻水)基本保證加熱水溫達到目標值±1℃的浮動范圍(熱對流及傳感器布置在設備設計時計算)。

(2)蒸汽溫度控制：熱交換系統進入蒸氣工序，PLC根據系統要求溫度目標值和系統內蒸氣溫度測量值控制系統主蒸汽閥開閉以保持熱交換系統溫度基本恒定。同時由于水巨大的汽化熱，PLC也對疏水器閥(排冷凝水)和排空閥(多余的高溫高壓蒸氣下下水道)進行控制。

(3)冷卻水溫度控制：為避免設備溫度劇變和遵循工藝要求，熱交換系統冷卻工序分為空冷、熱水和冷卻水三個階段：PLC根據傳感器探得的溫度與100℃、80℃和60℃比較，決定程序進程。

1.3 時間控制

時間控制亦即順序控制是PLC的專長領域(凸輪編碼器等傳統控制器的基本控制思想)。PLC根據工藝流程堅定不移地嚴格執行程序，保證了連續澆鑄工藝的嚴肅性和可重復性。

1.4 系統切換

(1)報警切換：為了保證厚板澆鑄工藝的萬無一失，連續澆鑄機的動力系統和熱交換系統都設置了備用系統，而且由PLC根據壓力繼電器和水流開關等傳感元件的輸信號判定系統是否切換(由于蓄能器和分配器的存在切換可不停機自動進行)。

(2)冷卻切換：這里的冷卻切換單指突發快速冷卻：在加熱環節中PLC根據澆鑄板內熱敏元件測得的溫度嚴重超出程序對應階段設定的溫度(超出峰值一定幅度)，通過一系列程控閥啟閉實現恒溫加熱水和冷卻水的快速切換，達到阻止PMMA爆聚的作用。

(3)水流方向切換：這里的水流方向切換單指PLC在加熱環節中根據厚板內溫度場分布規律自動切換一系列遙控閥啟閉，實現水流方向改變。即PLC根據程序不同階段PMMA不同位置的反應程度自動切換加熱水流方向，以保證合理的PMMA溫度梯度。

1.5 程序調整

PLC(可編程控制器)相對于凸輪編碼器和邏輯電路最大的優勢就是相對簡單、靈活和低成本的改進程序，對于工藝摸索階段和小批量試制階段，PLC的程序改進對工藝定型意義重大。即使是厚板連續澆鑄工藝進入到大批量生產階段，經過長時間經驗總結、理論分析和小樣驗證后，PLC內部儲存的工藝程序也可以比較方便的進行更改。

2 結語

PMMA澆鑄板成型行業中，厚板澆鑄一直是困擾諸多生產廠商的老大難問題，尤其連續澆鑄成型工藝在我國臺灣地區經過多年不成功的實踐后幾乎被放棄了，僅有美國利用凸輪編碼器的順序控制近似地把厚板PMMA連續澆鑄工藝難題解決了。但我司在厚板連續澆鑄工藝中引入基于可信傳感和PLC的閉環控制，基本解決了PMMA由于阻聚劑、引發劑和單體等混合不完全和合模進給速度變化造成的反應程度和產品質量不可控的問題。該設備已獲得國家發明專利(專利號：ZL 2013 1 0207385.4)，并通過泰州科技局組織的專家評審。