Содержание:
Производители полимерной пленки в России и СНГ зачастую отдают предпочтение импортному оборудованию, произведенному в Германии, например, фирм Hosokawa Alpine AG, Reifenhäuser Blown Film GmbH и Windmöller & Hölscher KG. На значительной части машин этих производителей, выпущенных за последние 10-15 лет, для измерения среднего диаметра рукава пленки используются ультразвуковые датчики фирмы Microsonic.
Проблема измерения заключается в двух ключевых моментах:
В рамках данной статьи мы рассмотрим более подробно применяемое оборудование и алгоритм работы системы в целом. Общий вид системы представлен на рисунке 1 — ультразвуковые датчики выделены красным.
Схема работы системы ультразвукового измерения расстояния представлена на рисунке 2.
Для измерения чаще всего применялись четыре ультразвуковых датчика wms-35/RT с рабочим диапазоном измерения от 60 до 350 мм, а также специальный 4-канальный контроллер wms-4/4I.
Измерение происходит следующим образом: контроллер wms-4/4I периодически подает инициирующий импульс на ножку 2 (Transmitter) датчика (см. рисунок 3), вызывая излучение им ультразвуковых импульсов. После получения отраженного импульса от поверхности пленочного материала, срабатывает выход на ножке 4 (Echo) датчика: контроллер wms-4/4I анализирует время между импульсами на ножках 2 и 4, вычисляет текущее расстояние, а затем преобразует его в аналоговый сигнал 4...20 мА по каждому из четырёх каналов.
По сути, контроллер wms-4/4I являлся 4-канальным преобразователем цифрового сигнала в аналоговый, который дополнительно подключался к какому-либо внешнему ПЛК (контроллеру управления). В свою очередь программируемый логический контроллер обеспечивал:
Система из измерителей на основе ультразвука и контроллера wms Microsonic была надежным и очень недорогим решением, нашедшим массовое применение среди немецких производителей оборудования. Разумеется, она была не лишена недостатков:
Однако, спустя годы после начала выпуска подобных систем, появилось новое поколение датчиков на основе измерения расстояния ультразвуком серии mic+, стоимость и функционал которых позволил полностью заменить wms датчики и контроллер в такой измерительной системе.
Ультразвуковые датчики Microsonic mic+ имеют следующие преимущества:
Но при больших расстояниях (как правило, свыше метра) или в нестандартных условиях эксплуатации, температурный градиент проявляется гораздо сильнее, и встроенный в корпус датчика сенсор температуры может не обеспечить правильную компенсацию, поскольку она происходит относительно температуры Т1, однако сама ультразвуковая волна проходит зоны с температурами Т2 и Т3, и ее скорость изменяется. В этом случае необходимость использования четвёртого датчика возможно определить только экспериментально.
В результате этого контроллеры wms-4/4I несколько лет назад были сняты с производства, а ультразвуковые датчики wms-хх/RT производятся только под заказ для замены вышедших из строя на старом оборудовании. Но что же делать обладателю немецкой машины по выдуву пленки из полимеров, в составе которой используются снятые с производства контроллеры wms-4/4I, если они выйдут из строя? Или если из строя выйдет контроллер управления? Или просто появится задача создания еще одного участка по выдуву пленки? Существует несколько вариантов решения проблем:
Если расстояние до пленки небольшое, то достаточно будет применения ПИД-регулятора EMKO ESM-4435 и трёх бесконтактных измерителей mic+35/IU/TC (УД1, УД2 и УД3) с выходными сигналами 4...20 мА, расположенных пол углом 120о относительно друг друга, без дополнительного датчика компенсации температуры. При этом использование ПЛК не требуется — достаточно реализовать схему на рисунке 5.
Номинал резистора R1=166 Ом выбран из тех соображений, что сумма протекающих через него токов от трёх датчиков будет лежать в диапазоне от 12 до 60 мА, что эквивалентно падению напряжения от 2 до 10 В (при этом мощность резистора, или суммарная мощность комбинации резисторов, должна быть не менее 0,6 Вт). Разумеется, можно выбрать и другой номинал резистора из имеющихся, однако, диапазон падения напряжения в таком случае необходимо будет пересчитывать.
После подключения необходимо произвести настройку ПИД-регулятора EMKO ESM-4435, согласно таблице 1. При этом перенастройка самих датчиков не требуется — параметры соответствуют заводской настройке диапазона преобразования расстояния от 60 до 350 мм.
Значения tPoL и tPoH выбраны, исходя из того допущения, что падение напряжения на резисторе пропорционально среднему значению измеренного расстояния до рукава пленки от трёх датчиков. Общая формула для расчета выглядит следующим образом:
или, преобразуя,
где:
X — значение в вольтах, которое подставляется в формулу для нахождения значения S и расчета пределов преобразования аналогового входа;
Хниж — значение нижнего предела падения напряжения на резисторе при сумме токов 12 мА;
Хвер — значение верхнего предела падения напряжения на резисторе при сумме токов 60 мА;
S – значение, задаваемое в tPoL (при 0 В) и tPoH (при 10 В), т.к. вход настроен в режиме измерения аналогового сигнала от 0 до 10 В.
Для резистора номиналом 166 Ом, формула примет вид:
Подставляя Х=0 (В) и Х=10 (В), получим значения для tPoL=-12,5 мм и tPoH=350 мм.
После перенастройки прибор будет отображать измеренное среднее расстояние до пленочного материала на своем дисплее в миллиметрах. При этом ESM-4435 является ПИД-регулятором с аналоговым выходным сигналом 4...20 мА и напрямую может управлять исполнительным механизмом (например, преобразователем частоты EMD Mini, изменяющим частоту оборотов выдувного вентилятора). Скачать схему.
Для универсального применения Вы можете воспользоваться специальным решением на базе ПЛК Delta DVP20SX211T с готовой программой управления. Схема подключения приведена на рисунке 6.
Как и на предыдущей схеме, датчики УД1, УД2 и УД3 — 3 ультразвуковых датчика измерения расстояния mic+35/IU/TC, измеряющие непосредственно диаметр рукава полимерной пленки и расположенные под углом 120о относительно друг друга. Перенастройка датчиков не требуется. Датчик УД0 — соответственно датчик, который устанавливается на фиксированном расстоянии 75 мм до неподвижной пластины, и показания которого обеспечивают компенсацию влияния температуры.
С помощью перемычки S2 возможно отключить корректировку показаний по четвёртому датчику, а перемычка S1 позволяет выбрать фиксированное расстояние не 75 мм, а 100 мм.
Выходной аналоговый сигнал 4...20 мА с ПЛК пропорционален усредненному диаметру пленки: его можно подключить к любому внешнему ПИД-регулятору (например, описанному выше ESM-4435), и обеспечить регулирование. Более подробно ознакомиться с техническим описанием, спецификацией и схемой.
В рамках данной статьи были рассмотрены различные варианты решения ряда проблем, возникающих у производителей полимерной пленки в России и СНГ при работе на импортном оборудовании, а именно: действия при выходе из строя датчиков или контроллеров управления в системе контроля диаметра выдуваемого рукава пленки при экструзии, либо при возникновении задачи расширения производства.
Описанные способы позволяют решать задачи самостоятельно, без необходимости написания каких-либо программ на программируемых логических контроллерах, отрисовки схемы подключения и т.д. Однако, в случае возникновения дополнительных вопросов, вы всегда можете обратиться в службу технической поддержки - телефон в разделе Контакты.
*по специальному запросу, возможна реализация системы на базе ПЛК Delta и панели оператора ECP-07, что позволит не только видеть измеренные значения и качественную мнемосхему, но и осуществлять настройку параметров в реальном времени.
Инженер ООО «КИП-Сервис»
Рывкин Е.Е.