Визия за управление на разтопено стъкло - Control Engineering
Усъвършенствана технология за мониторинг и контрол се използва за контрол на процеса на екструдиране на разтопено стъкло.
Фибростъклото, както подсказва името му, е направено от изключително тънки нишки стъкло. Първият фибростъкло е създаден през 1890 г. Той е признат за практичен поради високото си съотношение на повърхността към масата. Блоковете и рогозките от фибростъкло задържат въздуха и формират основата за голямо разнообразие от топлоизолационни материали. Фибростъклото се произвежда чрез сложен процес, при който разтопеното стъкло се екструдира в колона и след това се изтегля в "мрежа" с определена плътност. Съвременното фибростъкло се произвежда комерсиално по този начин от 1930 г. Обикновено фибростъклото се използва като изолационен материал и топлоустойчива тъкан.
Основната суровина за стъклото, използвано за създаване на плат, е кристалният кварц, който няма точна точка на топене, но започва да се размеква при около 2000 °C. За да се намали работната температура на процеса, към суровината се добавят примеси.
В завода на Guardian Fiberglass в Албион, бр. Мичиган, производството се основава на процеса на директно топене, който започва чрез смесване на суровини и топенето им при температура от приблизително 1260 °C. След това разтопеното стъкло е готово за екструдиране през центрофуга, която по същество е голям тигел с електрически нагрят метален пръстен на дъното, през който стопеното стъкло се влива във въртящата се предачна машина. Машината за предене формира мрежа от стъкло по начин, много подобен на тозикойто се използва за направата на захарен памук. За да се запази структурата на стъклото и в крайна сметка, за да се гарантира високото качество и здравина на получения фибростъкло, е важно да се гарантира, че се поддържат определени спецификации на процеса.
„Контролирането на скоростта на потока през матрицата и регулирането на ширината на струята от разтопено стъкло пряко влияе върху това как влакната се екструдират от стъклото", казва Дан Паш, технически мениджър в Guardian Fiberglass. „Трябва да приложим добър контрол върху целия процес." Pash и Guardian използват линията Opto 22 от Ethernet-базирани програмируеми контролери за автоматизация и други контролни устройства като част от система за визуализация, предназначена да контролира топенето, изтеглянето и повечето други стъпки в производството на стъклени влакна.
Визия за контрол на потока
Например, потокът от стъкло трябва да изтича с определена скорост, за да създаде необходимото напречно сечение или диаметър, в зависимост от по-нататъшното използване на стъклените влакна. Поради тази причина е необходимо да се контролира напречното сечение на потока от разтопено стъкло при излизането му от центрофугата и да се контролира строго този параметър, за да се достави правилното количество продукт към предачната машина. За съжаление, наличието на изключително високи температури прави невъзможно използването на каквито и да било методи за пряка физическа проверка. В резултат на това Guardian се нуждаеше от визуална система, която да осигури този вид контрол.
За да позволи на компютъра да вижда и да действа спрямо това, което вижда, компютърното зрение съчетава изчисления, оптика, инженерство иавтоматизация. Точно както човек инспектира част или процес, системите за визуализация използват специализирани цифрови камери и приложения за изображения, за да преценят качеството и да идентифицират дефекти. Събраната информация се предоставя на човек-оператор за оценка и/или предаване към система за автоматизация или контрол на процеса.
Визуалната система на Guardian включва контролер Opto 22 SNAP PAC S-1 и осем Ethernet камери Cognex In-Sight 5403, разположени в корпус с въздушно охлаждане, докато наблюдават разтопеното стъкло, изтичащо от центрофугата и навлизащо във центрофугата. The Guardian сравнява показанията на тези камери, поставени по пътя на потока, с дебита, зададен от оператора.
„За да осигури изключително прецизен контрол, контролерът SNAP PAC сканира през всичките осем камери за по-малко от една секунда – много по-бързо, отколкото изисква приложението – и произвежда много детайлно изображение, което ясно показва ширината на потока от разтопено стъкло“, казва Паш. Контролерът SNAP PAC получава данни от камерите и преобразува ширината на потока в действителен дебит. Използвайки рутинните процедури за PID контрол (включени в софтуера Opto 22 ioControl), контролерът SNAP PAC е в състояние да изчисли и настрои тока на нагряване на матрицата (обикновено около 1000 A), за да постигне и непрекъснато да поддържа желания дебит от 360 kg/h.
The Guardian също използва температурни модули SNAP-AIMA, за да следи температурата на стъклото, докато се натрупва и се подготвя за образуване на влакна. Осем камери Cognex помагат да се определи температурата на стъклото, достатъчна за прехвърлянето му към центрофугиращата машина.как? Според Паш, яркостта е един от факторите: "Използвахме софтуера ioControl [който идва с контролера SNAP PAC S-1], за да създадем процедура, която да изчислява температурата на стъклото въз основа на яркостта на изображението. Всяка камера може да заснема изображения с много висока разделителна способност от 1600 x 1200 пиксела - максимум 15 изображения в секунда - така че имаме много ясни и детайлни изображения, с които да работим. Ние също така вземаме множество проби, преди да предадем данни към контролера."
Guardian избра да разработи своя собствена система за зрение, вместо да закупи готова система, отчасти защото тези системи обикновено са много скъпи и често изискват цялостни надстройки на приложения, за да могат камерите да комуникират с PLC или други видове контролери. The Guardian избра да изгради своя собствена, по-евтина система, при която камерите комуникират директно с контролера без междинен компютър.
Базираната в Оубърн Хил, Мичиган компания Kundinger Controls помогна за обединяването на тази визуална система за Guardian. Крис Париш, инженер от Kundinger, работи с Pash и други с опит с камерите на Cognex, за да създаде код, който ще позволи на хардуера на системата да работи заедно и да позволи комуникация през Ethernet.
„Opto 22 ioControl е изключително мощен инструмент за писане на интерфейси с устройства на трети страни", казва Париш. „Консултирах се с Cognex и Guardian относно използването на блок-схемата и скриптовия език в ioControl за писане на стратегии, които биха позволили на камерите да комуникират със SNAP контролерите."PAC без никакви междинни връзки. Това е важно, тъй като изключването на персонални компютри и друго междинно оборудване означава, че няма да се налага да се тревожим за неща като повреда на компютър или произтичаща повреда на процеса." Париш казва, че ioControl включва програма за отстраняване на грешки и библиотека с команди, които допълнително съкращават времето за разработка на Guardian в сравнение с времето, което обикновено отнема изграждането на цялостна визуална система.
Общата цена на притежание на Guardian също е намалена. Обикновено система за визуализация, договорена с основен доставчик (камери, контролери и т.н.), би струвала на Guardian $225 000. Максималната цена на тяхната система е само $100 000, включително $10 000, изразходвани за хардуер и софтуер Opto 22 - контролери, I/O стелажи, модули и захранвания, както и софтуер за управление и разработка на интерфейс човек-машина. Това означава намаляване на общите разходи за Guardian с $125 000 на инсталация.
„Процесът Guardian не е като въртене на колелото на мелница", заключава Паш. „Той изисква сложни процеси, включващи работа с опасни материали, опасни среди с много скъпо, високотехнологично оборудване. Знаем, че се нуждаем от много точни, надеждни системи за управление, които работят при всякакви условия, и Opto 22 предлага нещо от най-гъвкавото - лесно за използване, лесно за свързване, високотехнологично оборудване."