Brevet FR2584339A1 — publié le 19870109

PROCEDE ET APPAREILLAGE DE COMMANDE OPTIMALE DES RANGEES D'EXTRUDEUSES A L'AIDE D'UN MICRO-ORDINATEUR Dans l'industrie des matières plastiques, on utilise la plupart du temps des rangées d'extrudeuses pour la fabrication de granulats, de tubes, de profiles, de plaques et de corps creux, ainsi que pour le soufflage de feuilles, l'étirage de fils et le filage. Des rangées d'extrudeuses sont constituées par les extrudeuses proprement dites, y compris les outils venant â la suite, des dispositifs de retrait et d'autres dispositifs auxiliaires. Du fait des conditions de plus en plus sévères imposées en qualité et en quantité a des produits en matière plastique fabriqués par extrusion, la technologie et les machines de mise en oeuvre ont progressé à un degré important. Ces dernières années, les éléments mécaniques des machines n'ont changé que légèrement et l'essentiel des progrès a concerné la commande et la régulation des dispositifs. Une fabrication économique de produits de bonne qualite est en relation avec la commande de fonctionnement des extrudeuses et des dispositifs auxiliaires. En vue d'obtenir le plus haut niveau er. ce qui concerne la qualité de fabrication, la commande de processus fait intervenir les activités partielles suivantes: a./ Saisie des données de mesure: Contrôle des caractéristiques de fonctionnement et de débit pondéral de l'extrudeuse en ce qui concerne l'extrusion et la productivité, vitesse de rotation de la vis sans fin, vitesse de rotation du mécanisme de transmission du dispositif de retrait, températures de zones, pression en tête, et comparaison avec les valeurs limites enregistrées. b./ Enregistrement: Enregistrement des caractéristiques fonctionnelles sous une forme imprimée, éventuellement sur un support de données pour machine (par exemple bande magnétique, disque magnétique). Contrôle ultérieur et examen du processus d'exploitation. c./ Analyse des résultats de mesure: Contrôles numérique et logique des caractéristiques fonction nelles, détermination des causes de perturbations de fonctionne ment. d./ Alarme: Lors du dépassement des valeurs limites critiques des caractéris tiques fonctionnelles, avertissement du personnel de conduite (signaux optiques et/ou acoustiques). e./ Régulation: Maintien de la valeur des caractéristiques fonctionnelles au moyen d'une régulation constante ou variant de façon prescrite, a l'aide de circuits de régulation. f./ Commande: Commande du démarrage, de l'arrêt du processus ainsi que de l'intervention éventuelle dans le cas d'une perturbation de fonctionnement. g./ Optimisation: Dans l'intérêt d'une production la plus rentable de produits de bonne qualité, modification des caractéristiques fonctionnelles. Dans la pratique actuelle, les paramètres technologiques les plus importants (température, pression, vitesse de rotation, vitesse de déplacement, etc.) sont réglés séparément, c'est- -dire que tous les paramètres sont fournis par l'intermédiaire d'un circuit de régulation autonome Par le passé, la régulation était effectuée seulement sur les paramètres de machines, mais à l'heure actuelle, la régulation de la température et de la pression d'une matière fondue est très largement répandue. L'inconvénient fondamental des procédés précités consiste en ce que la régulation n'est pas optimale et que seulement une influence indirecte sur le produit fabriqué est exercée, car les paramètres concernant le produit ne sont pas pris en considération. Selon un procédé largement répandu on prend en considération des caractéristiques de qualité du produit extrudé qui ont une grande influence, par exemple les dimensions, l'épaisseur de paroi, etc. et, en fonction de leurs valeurs momentanées, on effectue la régulation corrective en opérant soit sur l'extrudeuse (vitesse de rotation), soit sur la vitesse de retrait. En général, la régulation fait également intervenir des éléments électroniques, qui servent à l'élimination des décalages temporels et d'autres circonstances perturbatrices. Dans certains systèmes, la régulation est effectuée sur la base d'une formule mathématique déterminée expérimentalement. L'apparition des calculateurs de commande de processus n'a pas modifiée la technologie des extrudeuses car les calculateurs sont utilisés directement pour un contrôle numerique, c'est-à-dire que ceux-ci remplissent essentiellement les fonctions des unités de régula- tion classique. La prcsente invention a pour but d'éliminer les caractéristiques défavorables précitées et de garantir une conduite optimale des rangées d'extrudeuses, ce qui permet d'augmenter considérablement le rendement des chaînes de fabrication tout en respectant également les paramètres de qualité imposés. En conséquence, la présente invention a pour but de créer un procédé et un appareillage à l'aide desquels il est possible d'assurer une commande correcte des rangées d'extrudeuses. Dans le cadre de l'invention, l'objectif précité est atteint au moyen d'un procédé à l'aide duquel les valeurs de température et de pression à régler sont déterminées, compte tenu de la qualité de matière et de la géométrie de la vis sans fin et de l'outillage, sur la base d'un modèle mathématique, et sont réglées au moins partiellement, tandis quiau cours de l extrusion, les valeurs réelles des caractérlstiques précitées sont surveillées de façon continue et, dans le cas ou au moins une des ces caractéristiques varie, au moins une des valeurs de tempéra- ture et/ou de pression à régler est déterminée de façon répétée. Dans une forme avantageuse de réalisation de l'invention, les calculs sont effectués à l'aide d'un micro-ordinateur. Dans une autre forme avantageuse de réalisation, on tient compte des variables d'entrée suivantes: caractéristiques physiques et rhéologiques de la matière plastique solide à traiter et de la matière fondue, caractéristiques géométriques de l'extrudeuse, de l'outillage et du dispositif de retrait ou éjecteur, caractéristiques de fonctionnement (vitesse de rotation, température locale, température d'outillage), et en outre les dimensions caractéristiques du produit final. L'appareillage conforme à l'invention comporte des capteurs et des convertisseurs, une unité d'entrée, une mémoire, une unité de commande, une unité arithmétique, une unité de sortie, des convertisseurs de signaux et des organes de travail, une extrudeuse et un dispositif de retrait ou éjecteur; les capteurs et les convertisseurs sont reliés à l'extrudeuse et au dispositif de retrait, la sortie des capteurs et des convertisseurs est reliée à l'unité d'entrée tandis que la sortie de l'unité d'entrée est reliée à l'unité de commande; l'unité de commande est reliée à la mémoire, à l'unité arithmétique et à l'unité de sortie, l'unité de sortie est reliée au convertisseur de signaux et à l'organe de travail tandis que le convertisseur de signaux et l'organe de travail sont reliés à l'extrudeuse et au dispositif de retrait. Le procédé conforme à l'invention et l'appareillage servant à sa mise en oeuvre vont être décrits de façon plus détaillée au moyen d'un exemple de réalisation avantageux et à l'aide du dessin ci-joint dans lequel: - la figure 1 représente schématiquement une forme possible de réalisation du système selon l'invention pour la commande de processus. L'appareillage de la figure 1 se compose des capteurs 1 et des convertisseurs, de l'unité d'entrée 2, de la mémoire 3, de l'unité de commande 4, de l'unité arithmétique 5, de l'unité de sortie 6, du convertisseur de signaux 7 et des organes de travail de l'extrudeuse 8 et du dispositif de retrait 9. Les entrées des capteurs 1 et des convertisseurs sont reliées à l'extrudeuse 8 et au dispositif de retrait 9. Les sorties des capteurs 1 et des convertisseurs sont reliés à l'unité d'entrée 2 tandis que la sortie de l'unité d'entrée 2 est reliée à l'unité de commande 4 ellemême reliée à la mémoire 3 et à l'unité arithmétique 5. La sortie de l'unité de commande 4 est reliée à l'entrée de l'unité de sortie 6 tandis que la sortie de l'unité de sortie 6 est reliée à l'entrée du convertisseur de signaux et des organes de travail. Les sorties du convertisseur de signaux 7 et des organes de travail sont reliées à l'extrudeuse 8 et au dispositif de retrait. Les capteurs 1 captent les déplacements, la température et la pression tandis que les convertisseurs convertissent les signaux électriques fournis par les capteurs en signaux numériques. Les signaux numériques fournis par les capteurs ou convertis dans les convertisseurs parviennent à l'unité d'entrée 3 du microprocesseur. La mémoire 3 contient le modèle mathématique, c'est-à-dire le système de corrélations caractérisant le déroulement des processus partiels d'extrusion (transport de la matière solide, fusion, transport de la matière fondue), ainsi que les processus se déroulant dans l'outillage. Les variables d'entrée du modèle sont les caractéristiques physiques et rhéologiques de la matière plastique solide à mettre en oeuvre, les caractéristiques géométriques de l'outillage et du dispositif de retrait, les caractéristiques de fonctionnement ainsi que les dimensions caractéristiques du produit final. Les variables de sortie sont le profil de température et le profil de pression de la matière solide dans le canal de vis sans fin, les caractéristiques du processus de fusion se déroulant sur la surface du cylindre et sur la surface de la vis sans fin, le profil de température et le profil de pression de la matière fondue dans le canal de vis sans fin, le débit volumique de matière fondue, la température et la pression de la matière fondue pénétrant dans l'outil et la température de sortie de la matière fondue. Après la comparaison des variables de sortie et des résultats de mesure produits par l'unité d'entrée, l'unité de commande 4 détermine si le processus se déroule correctement ou bien si une intervention est nécessaire. Dans le dernier cas, les données transmises à l'unité de sortie sont converties dans le convertisseur de signaux 7 et dans les organes de travail et ensuite le fonctionnement est commandé en correspondance aux valeurs converties. Les caractéristiques de fonctionnement correspondantes sont modifiées au degré nécessaire de sorte que le processus est contrôlé en vue d'obtenir un fonctionnement optimal. Les calculs effectués dans l'unité arithmétique 5 sont enclenchés périodiquement a nouveau par l'unité de commande 4. Le convertisseur de signaux 7 et les organes de travail interviennent dans les unités correspondantes de l'extrudeuse 8 et du dispositif de retrait. L'avantage de la présente invention consiste en ce que la productivité des rangées d'extrudeuse est considérablement augmentée, ce qui permet de réaliser une économie importante sur les frais d'investissement. REVENDICATIONS 1.- Procédé de commande de rangées d'extrudeuses, caractérisé en ce que, sur la base d'un modèle mathématique, les valeurs de temperature et/ou de pression a régler sont determinées, compte tenu de la qualité de la matière a mettre en oeuvre ainsi que de la géométrie de la vis sans fin et de l'outillage, et ensuite au moins une des valeurs est réglée et, au cours de l'extrusion, les valeurs réelles des caractéristiques précitées sont contrôlées et, dans le cas où au moins une des valeurs change, au moins une des valeurs de température et/ou de pression a régler est réglée de façon répétée. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination est effectuée au moyen d'un micro-ordinateur. 3.- Procédé selon une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que, au cours du procédé conforme a l'invention, on tient compte des variables suivantes: - caractéristiques physiques et rhéologiques de la matière plastique solide a mettre en oeuvre ainsi que de la matière fondue; - caractéristiques géométriques de l'extrudeuse, de l'outillage et du dispositif de retrait; - caractéristiques de fonctionnement (vitesse de rotation, tempéra ture de zones, température d'outillage); - dimensions caractéristiques du produit final. 4.- Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce qu'il comprend des capteurs (1) et des convertisseurs, une unité d'entrée (2), une mémoire (3), une unité de commande (4), une unité arithmétique (5), une unité de sortie (6), un convertisseur de signaux (7) et des unités de travail, une extrudeuse (8) et un dispositif de retrait (9), les sorties des capteurs (1) et des convertisseurs sont reliées a l'unité d'entrée (2), la sortie de l'unité d'entrée (2) est reliée à l'entrée de l'unité de commande (4) elle-même reliée à la mémoire (3) et a l'unité arithmetique (5), tandis que la sortie de l'unité de commande (4) est reliée a l'entrée de l'unité de sortie (6), la sortie de l'unité de sortie (6) est reliée au convertisseur de signaux (7) et aux organes de travail tandis que le convertisseur de signaux et les organes de travail sont reliés à l'extrudeuse (8) et au dispositif de retrait (9) et que le dispositif de retrait (9) est relie aux capteurs (1) et aux convertisseurs.