Wie Film Tech die Temperaturregelung für eine Blasfolienlinie modernisierte

Temperaturregelungserfolg: Film Tech, ein Unternehmen in Stanley, WI, kaufte eine gebrauchte 3-Schicht-Blasfolienlinie von einem Unternehmen in Ohio. Die Maschine wurde demontiert und im Frühjahr 2015 in ihre Anlage gebracht. Film Tech forderte ein komplettes Steuerungs-Upgrade für die Linie aufgrund von Dokumentationslücken im Originalzustand. Der Projektumfang konzentrierte sich auf die Modernisierung der Temperaturregelung der Extruder und Düse, die Aktualisierung des Webhandlings der Linie mit neuen Antrieben und Motoren sowie die Bereitstellung einer neuen Bedienerstation zur Steuerung der Linienprozesse. Dazu waren auch Aktualisierungen der Sicherheitsvorrichtungen an der Maschine erforderlich. Das Upgrade erforderte nicht nur elektrische Unterstützung für die von Sure Controls gelieferten Komponenten, sondern auch die Anbindung der Geräte an die neuen Process Control Corporation (PCC) und QC Electronics Systeme. Neben der elektrischen Unterstützung sollte auch mechanische Unterstützung für Motormontage, eine neue Kühlwalze, Wickelverbesserungen sowie die Platzierung von Schaltschränken und Kabelkanälen bereitgestellt werden.

Lösung
Der Teil des Upgrades, der sich auf die Modernisierung der Temperaturregelung konzentrierte, erforderte den Austausch des alten Systems durch neue Eurotherm 3216 Regler, die im Schaltschrank im 2. Obergeschoss montiert wurden. Jeder Heiz- und Kühlabschnitt auf der Ebene des Bodens wurde mit Carlo Gavazzi Halbleiterrelais im Hauptschaltschrank ausgestattet. Separate Kabelkanäle wurden vom Schaltschrank zu den Verteilerkästen an jedem Extruder verlegt, um eine Trennung der Hochspannungsleitungen von der Signalleitung für jeden Abschnitt zu gewährleisten. Vom neuen Wonderware-Leitstand aus konnte der Bediener Temperatursollwerte einstellen und Temperatur-Rückmeldungen von den an jedem Abschnitt installierten Thermoelementen beobachten. Stromwandler wurden ebenfalls an den SSRs installiert, um Stromrückmeldung an das HMI zu liefern. Diese Rückmeldung zusammen mit dem prozentualen Ausgang des Temperaturreglers kann als hervorragendes Fehlersuchwerkzeug dienen, um festzustellen, ob ein Heizer nicht ordnungsgemäß funktioniert.
Um das Webhandling der Maschine zu verbessern, wurden die alten Gleichstrommotoren und -antriebe entfernt. Die Antriebe wurden durch ABB ACS880 Frequenzumrichter ersetzt. Für die Extrudermotoren wurden Baldor-Motoren verwendet, da die physischen Abmessungen dieser Option günstiger waren als die Marathon Black Max Motoren, die an den Linienantrieben verwendet wurden. Die Linienantriebe (oberer Nip, Kühlwalze und Spindeln) wurden mit 3 PS Antrieben dimensioniert, um die Anzahl der Ersatzteile zu minimieren – ein Ersatzantrieb konnte bei Bedarf mehrere auf der Maschine ersetzen. Der Wickelnip-Antrieb blieb bei 1 PS, aber Motor und Antrieb wurden ebenfalls ersetzt. Ein Kundenwunsch war, die Spindelmotoren größer zu dimensionieren, um höhere Geschwindigkeiten zu ermöglichen. Aufgrund mechanischer Einschränkungen an Lagern, Getrieben, Riemen, Scheiben und Kupplungen wurde die Originalausrüstung beibehalten. Sollte sich herausstellen, dass die Spindeln schneller laufen müssen, müssten die mechanischen Beschränkungen zu diesem Zeitpunkt adressiert werden.
Um den Wickler zu bedienen, wurde ein 9″ Redlion Graphite HMI am Wickler montiert, um dem Bediener die Steuerung der Wickelmodi zu ermöglichen, wie z. B. Wickeln oben oder unten, Over/Under-Modus, Anlegen der Legerollen, Öffnen/Schließen des Wickelnips sowie Liniendiagnostik für die Not-Aus-Schalter an der Linie. Das Layout und die Farbschemata am Wickler-HMI ahmen das Hauptbedienpanel (Main Operator Panel – MOP) nach, das über einen 19″ Touchscreen mit Wonderware verfügt. Dieser Hauptbedienstand ermöglichte eine zentrale Steuerung der Temperatursollwerte an Extrudern und Düse, der Liniengeschwindigkeit sowie Hilfssteuerungen wie Oszillierendem Abzug, Blasenkafig und Behandlungsanlage. Trendscreens wurden bereitgestellt, um Temperaturen, Geschwindigkeiten und andere Linienmerkmale zu überwachen, was bei der Diagnose von Produktfehlern helfen kann. Die Wonderware-Station wurde so eingerichtet, dass sie mit den PCC-Mischern und dem Vakuum-Beladesystem kommuniziert. Vom MOP aus konnte das Vakuum-Beladesystem vollständig gesteuert werden, indem Trichter aktiviert/deaktiviert wurden, während die Steuerung der Mischer leicht eingeschränkt war. Die Mischer konnten nur auf Aus oder Automatik umgeschaltet werden; manuelle Aktionen erforderten die Sicht des Bedieners auf den Mischer. Trichtergewichte, Mischstatus und Durchsatz (lbs/hr) wurden alle an das HMI zur Trenderfassung/Überwachung übergeben.
Um dem Bediener eine sichere Arbeitsumgebung zu bieten, wurde eine Allen Bradley ControlLogix Safety SPS installiert. Mit Allen Bradley Point I/O wurden Sicherheitsbaugruppen an jeder Ebene der Maschine installiert, um dem Bediener die Möglichkeit zu geben, die Maschine über verschiedene Sicherheitseinrichtungen abzuschalten, wie z. B. Lebensleinen, Not-Aus-Taster, Sicherheitsmatten und Sicherheitsscanner.

Fortlaufender Support
Mit der Hauptlösung implementiert, wurde zusätzlicher Service angefordert, um einige Punkte an der Linie zu adressieren. Einer davon war die Automatisierung des A-Rahmens am oberen Nip. Dies erforderte die Platzierung von 4 Servomotoren am oberen Nip und zusätzliche Logik im ControlLogix-Prozessor. Der Bediener gibt einen gewünschten Abstand zwischen den Seiten des A-Rahmens ein und drückt den „Go to Position“-Taster am HMI. Analoge Signale von internen Potentiometern in den Servos wurden an die SPS zurückgeführt und skaliert, sodass eine präzise Positionsrückmeldung dem Bediener angezeigt werden konnte. Die Steuerung dafür wurde am Hauptbedienpanel bereitgestellt, aber ein zusätzliches 9″ Redlion HMI wurde programmiert und an Film Tech geliefert, um dem Bediener die Steuerung der A-Rahmen-Einstellung vom oberen Nip aus zu ermöglichen.
Zusätzlich zu den Änderungen am oberen Nip bestand der Wunsch, das bestehende IBC-System an der Linie zu verbessern. Während der Testläufe bei Film Tech hatte die Folie Falten. Die Falten wurden vermutlich durch das IBC-System verursacht, das den Druck im Inneren der Blase nicht richtig kontrollierte, was zu einem Aufschaukeln der Folie führte. Neue Ultraschallsensoren und ein Eurotherm 2704 Regler wurden verwendet, um die vorhandene Ausrüstung in einem neuen IBC-Schrank zu ersetzen. An der Tür des IBC-Schranks befanden sich 3 Potentiometer zur Steuerung der Drehzahl der Zu- und Abluft-Powerflex-Frequenzumrichter. Ein großes Regelventil wurde ebenfalls geliefert, um die aus der Blase austretende Luftmenge zu begrenzen. Mit den neuen Reglern und etwas Abstimmung wurde eine stabile Blase erzeugt, was das Faltenproblem löste.