В сравнении 0
Войти  /  Регистрация

Для контроля процесса выдавливания расплавленного стекла используется усовершенствованная технология наблюдения и управления.


Cтекловолокно, как следует из его названия, изготавливается из ,чрезвычайно тонких стеклянных нитей. Первое стекловолокно было создано в 1890 г. Оно было признано практичным благодаря высокому отношению площади поверхности к массе. Блоки и маты из стекловолокна удерживают воздух и являются основой для самых разнообразных теплоизоляционных материалов. Стекловолокно производится с помощью сложного технологического процесса, при котором расплавленное стекло выдавливается в колонну, а затем вытягивается в "полотно" с определенной плотностью. Современное стекловолокно производится таким способом в промышленных объемах, начиная с 1930 г. Обычно стекловолокно используется в качестве изоляционного материала и жаростойкой ткани.

Основным сырьем для стекла, используемого для создания ткани, является кристаллический кварц, который не имеет точной температуры плавления, но начинает размягчаться при температуре около 2000 °C. Для снижения рабочей температуры технологического процесса в исходное сырье добавляются примеси.

На предприятии Guardian Fiberglass в Альбионе, шт. Мичиган, в основе производства лежит процесс непосредственного плавления, который начинается со смешивания сырья и его плавления при температуре приблизительно равной 1260 °C. Расплавленное стекло затем готово для выдавливания через фильеру, представляющую по существу большой тигель с электрически нагреваемым металлическим кольцом в донной части, через которое расплавленное стекло вытекает во вращающуюся прядильную машину. Прядильная машина формирует паутину из стекла способом, очень похожим на тот, который используется для изготовления сахарной ваты. Чтобы сохранить структуру стекла и, в конечном счете, обеспечить высокое качество и прочность получающегося стекловолокна, важно обеспечить поддержание определенных технических характеристик процесса.

"Управление скоростью потока через фильеру и регулирование ширины струи расплавленного стекла непосредственно влияют на процесс выдавливания волокон из стекла, - говорит Дэн Пэш, технический руководитель компании Guardian Fiberglass. - Нам необходимо применить хорошее управление ко всему технологическому процессу”. Пэш и Guardian используют линейку программируемых контроллеров автоматизации Opto 22 на базе сети Ethernet и другие устройства управления в качестве составной части системы технического зрения, предназначенной для управления процессом плавления, вытягивания и большинства других этапов производства стекловолокна.

Техническое зрение для управления потоком

Например, поток стекла должен вытекать с определенной скоростью для создания необходимого поперечного сечения или диаметра, в зависимости от дальнейшего использования стекловолокна. По этой причине необходимо контролировать поперечное сечение потока расплавленного стекла в тот момент, когда он выходит из фильеры и жестко управлять этим параметром, чтобы подавать нужное количество продукта к прядильной машине. К сожалению, наличие чрезвычайно высоких температур делает невозможным применение каких-либо способов прямой физической проверки. В связи с этим компании Guardian потребовалась система технического зрения для того, чтобы обеспечить такого рода контроль.

Для того, чтобы позволить компьютеру видеть и действовать в соответствии с увиденным, в техническом зрении объединяются вычислительная техника, оптика, инженерное искусство и автоматизация. Подобно тому, как человек осматривает детали или процесс, системы технического зрения используют специализированные цифровые камеры и прикладные программы обработки изображения для того, чтобы составить суждение о качестве и определить дефекты. Собранная информация предоставляется человеку-оператору для оценки и/или передачи системе автоматизации или системе управления технологическим процессом.

Система технического зрения компании Guardian включает контроллер Opto 22 SNAP PAC S-1 и восемь камер Ethernet Cognex In-Sight 5403, помещенных в кожух с воздушным охлаждением, так как они контролируют расплавленное стекло, вытекающее из фильеры и поступающее в прядильную машину. Guardian сравнивает показания этих камер, размещенных на пути движения потока, со значением расхода, установленным оператором.

"Чтобы обеспечить высокоточное управление, контроллер SNAP PAC просматривает изображения со всех восьми камер менее чем за одну секунду - намного быстрее, чем требуется для приложения - и получает очень подробное изображение, на котором четко видна ширина потока расплавленного стекла", - говорит Пэш. Контроллер SNAP PAC получает данные от камер и преобразует ширину потока в фактическое значение расхода. Используя подпрограммы ПИД-регули-рования (входящие в состав ПО Opto 22 ioControl), контроллер SNAP PAC способен рассчитать и установить силу тока для нагрева фильеры (обычно около 1000 А), чтобы достичь и непрерывно поддерживать необходимое значение расхода, равное 360 кг/час.

Компания Guardian также использует температурные модули SNAP-AIMA для контроля температуры стекла на этапе его накопления и подготовки к формированию волокна. Восемь камер Cognex помогают определить температуру стекла, достаточную для его передачи к прядильной машине. Как? По словам Паша, одним из факторов является яркость: "Мы использовали программное обеспечение ioControl [которое поставляется с контроллером SNAP PAC S-1] для создания процедуры, которая вычисляла бы температуру стекла, основываясь на яркости изображения. Каждая камера может фиксировать изображения с очень высоким разрешением 1600 x 1200 пикселей — максимум 15 изображений в секунду — поэтому мы имеем очень четкие и подробные изображения для работы. Мы также берем несколько выборок перед передачей данных контроллеру”.

Компания Guardian приняла решение разработать свою собственную систему технического зрения вместо приобретения готовой системы, отчасти потому, что эти системы обычно очень дороги и часто требуют всесторонней модернизации приложения, чтобы дать возможность камерам общаться с ПЛК или другими видами контроллеров. Компания Guardian выбрала путь создания своей собственной менее дорогостоящей системы, в которой камеры связываются с контроллером напрямую без промежуточного ПК.

Компания Kundinger Controls из Оберн Хил, штат Мичиган, помогла соединить воедино эту систему технического зрения для компании Guardian. Крис Пэриш, инженер компании Kundinger, работал совместно с Пэшем и другими сотрудниками, имеющими опыт работы с камерами Cognex, над созданием кода, который позволил бы аппаратным средствам системы работать совместно и обеспечил бы возможность связи через Ethernet.

"Opto 22 ioControl является чрезвычайно мощным инструментом для написания интерфейсов с устройствами других производителей, - говорит Пэриш. - Я консультировался с представителями Cognex и Guardian по использованию языка построения блок-схем и подготовки сценариев в ioControl для написания стратегий, которые давали бы возможность камерам общаться с контроллерами SNAP PAC без каких-либо промежуточных звеньев. Это важно потому, что исключение ПК и другого промежуточного оборудования означает, что мы не будем беспокоиться о таких вещах, как отказ компьютера или вызванный этим сбой технологического процесса”. Пэриш говорит, что ioControl включает отладочную программу и библиотеку команд, которые еще больше сокращают период разработки в Guardian по сравнению со временем, обычно необходимым при работе с готовой системой технического зрения.

Общая стоимость владения для Guardian также была снижена. Обычно система технического зрения, оговоренная контрактом с основным поставщиком (камер, контроллеров и т.д.), должна была бы обойтись компании Guardian в 225 тыс. долл. Максимальная же стоимость их системы составляет всего 100 тыс. долл., включая 10 тыс. долл., затраченных на приобретение аппаратного и программного обеспечения Opto 22 — контроллеров, стоек ввода/вывода, модулей и источников питания, а также на программу управления и разработку человеко-машинного интерфейса. Это приводит к снижению полной стоимости для компании Guardian на 125 тыс. долл. на каждую установку.

"Технологический процесс Guardian -это вам не кручение колеса мельницы, - заканчивает Пэш. - Он требует использования сложных технологических процессов, включающих работу с опасными веществами, в опасных средах с очень дорогим и высокотехнологичным оборудованием. Мы знаем, что нам необходимы высокоточные, надежные системы управления, работающие в любых условиях, и Opto 22 предлагает нечто наиболее универсальное - простое в использовании, простое в подключении проводки высокотехнологичное оборудование".