Технічний зір для контролю розплавленого скла - Control Engineering Ukrainian
Для контролю процесу видавлювання розплавленого скла використовується вдосконалена технологія спостереження та управління.
Скловолокно, як випливає з його назви, виготовляється з надзвичайно тонких скляних ниток. Перше скловолокно було створено у 1890 р. Воно було визнано практичним завдяки високому відношенню площі поверхні до маси. Блоки та мати зі скловолокна утримують повітря і є основою для найрізноманітніших теплоізоляційних матеріалів. Скловолокно виробляється за допомогою складного технологічного процесу, при якому розплавлене скло видавлюється в колону, а потім витягується "полотно" з певною щільністю. Сучасне скловолокно виробляється таким способом у промислових обсягах, починаючи з 1930 р. Зазвичай скловолокно використовується як ізоляційний матеріал і жаростійка тканина.
Основною сировиною для скла, що використовується для створення тканини, є кристалічний кварц, який не має точної температури плавлення, але починає розм'якшуватись при температурі близько 2000 °C. Для зниження робочої температури технологічного процесу у вихідну сировину додаються домішки.
На підприємстві Guardian Fiberglass в Альбіоні, шт. Мічиган, в основі виробництва лежить процес безпосереднього плавлення, який починається зі змішування сировини та її плавлення при температурі приблизно 1260 °C. Розплавлене скло потім готове для видавлювання через фільєру, що представляє по суті великий тигель з металевим кільцем, що електрично нагрівається в донній частині, через яке розплавлене скло витікає в обертову прядильну машину. Прядильна машина формує павутину зі скла способом, дуже схожим на той,який використовується для виготовлення цукрової вати. Щоб зберегти структуру скла і, в кінцевому рахунку, забезпечити високу якість і міцність скловолокна, що отримується, важливо забезпечити підтримку певних технічних характеристик процесу.
"Управління швидкістю потоку через фільєру та регулювання ширини струменя розплавленого скла безпосередньо впливають на процес видавлювання волокон зі скла, - говорить Ден Пеш, технічний керівник компанії Guardian Fiberglass. - Нам необхідно застосувати хороше управління до всього технологічного процесу". Пеш і Guardian використовують контролерів автоматизації Opto 22 на базі мережі Ethernet та інші пристрої управління як складова частина системи технічного зору, призначеної для управління процесом плавлення, витягування та більшості інших етапів виробництва скловолокна.
Технічний зір для керування потоком
Наприклад, потік скла повинен витікати з певною швидкістю для створення необхідного поперечного перерізу або діаметра, залежно від використання скловолокна. Тому необхідно контролювати поперечний переріз потоку розплавленого скла в той момент, коли він виходить з фільєри і жорстко керувати цим параметром, щоб подавати потрібну кількість продукту до прядильної машини. На жаль, наявність надзвичайно високих температур унеможливлює застосування будь-яких способів прямої фізичної перевірки. У зв'язку з цим компанії Guardian була потрібна система технічного зору для того, щоб забезпечити такий контроль.
Для того, щоб дозволити комп'ютеру бачити та діяти відповідно до побаченого, у технічному зір об'єднуються обчислювальна техніка, оптика, інженерне мистецтво таавтоматизація. Подібно до того, як людина оглядає деталі або процес, системи технічного зору використовують спеціалізовані цифрові камери та прикладні програми обробки зображення для того, щоб скласти судження про якість та визначити дефекти. Зібрана інформація надається людині-оператору для оцінки та/або передачі системі автоматизації або системи керування технологічним процесом.
Система технічного зору компанії Guardian включає контролер Opto 22 SNAP PAC S-1 і вісім камер Ethernet Cognex In-Sight 5403, поміщених у кожух з повітряним охолодженням, так як вони контролюють розплавлене скло, що випливає з фільєри та надходить у прядильну машину. Guardian порівнює показання цих камер, розміщених по дорозі руху потоку, зі значенням витрати, встановленим оператором.
"Щоб забезпечити високоточне керування, контролер SNAP PAC переглядає зображення з усіх восьми камер менш ніж за одну секунду - набагато швидше, ніж потрібно для програми - і отримує дуже докладне зображення, на якому чітко видно ширину потоку розплавленого скла", - говорить Пеш. Контролер SNAP PAC отримує дані від камер і перетворює ширину потоку на фактичне значення витрати. Використовуючи підпрограми ПІД-регулювання (входять до складу ПЗ Opto 22 ioControl), контролер SNAP PAC здатний розрахувати і встановити силу струму для нагрівання фільєри (зазвичай близько 1000 А), щоб досягти і безперервно підтримувати необхідне значення витрати, що дорівнює 360 кг/год. .
Компанія Guardian також використовує температурні модулі SNAP-AIMA для контролю температури скла на етапі його накопичення та підготовки до формування волокна. Вісім камер Cognex допомагають визначити температуру скла, достатню для передачі до прядильної машини.Як? За словами Паша, одним із факторів є яскравість: "Ми використовували програмне забезпечення ioControl [яке поставляється з контролером SNAP PAC S-1] для створення процедури, яка б обчислювала температуру скла, ґрунтуючись на яскравості зображення. Кожна камера може фіксувати зображення з дуже високим роздільною здатністю 1600 x 1200 пікселів – максимум 15 зображень на секунду – тому ми маємо дуже чіткі та докладні зображення для роботи.
Компанія Guardian вирішила розробити свою власну систему технічного зору замість придбання готової системи, частково тому, що ці системи зазвичай дуже дорогі і часто вимагають всебічної модернізації програми, щоб дати можливість камерам спілкуватися з ПЛК або іншими видами контролерів. Компанія Guardian вибрала шлях створення своєї власної менш дорогої системи, в якій камери зв'язуються з контролером без проміжного ПК.
Компанія Kundinger Controls з Оберн Хіл, штат Мічиган, допомогла об'єднати цю систему технічного зору для компанії Guardian. Кріс Періш, інженер компанії Kundinger, працював спільно з Пешем та іншими співробітниками, які мають досвід роботи з камерами Cognex, над створенням коду, який дозволив би апаратним засобам системи працювати спільно та забезпечив можливість зв'язку через Ethernet.
"Opto 22 ioControl є надзвичайно потужним інструментом для написання інтерфейсів з пристроями інших виробників, - каже Періш. - Я консультувався з представниками Cognex та Guardian щодо використання мови побудови блок-схем та підготовки сценаріїв у ioControl для написання стратегій, які давали б можливість камерам спілкуватися з контролерами SNAPPAC без будь-яких проміжних ланок. Це важливо тому, що виключення ПК та іншого проміжного обладнання означає, що ми не турбуватимемося про такі речі, як відмова комп'ютера або спричинений цим збій технологічного процесу”. Періш говорить, що ioControl включає налагоджувальну програму та бібліотеку команд, які ще більше скорочують період розробки в Guardian у порівнянні з часом, зазвичай необхідним при роботі з готовою системою технічного зору.
Загальна вартість володіння для Guardian також була знижена. Зазвичай система технічного зору, обумовлена контрактом з основним постачальником (камер, контролерів і т.д.), мала б обійтися компанії Guardian у 225 тис. дол. Максимальна вартість їхньої системи становить лише 100 тис. дол., включаючи 10 тис. дол., витрачених на придбання апаратного та програмного забезпечення Opto 22 - контролерів, стійок вводу/виводу, модулів та джерел живлення, а також на програму управління та розробку людино-машинного інтерфейсу. Це призводить до зниження повної вартості для компанії Guardian на 125 тис. дол. на кожну установку.
"Технологічний процес Guardian - це вам не крутіння колеса млина, - закінчує Пеш. - Він вимагає використання складних технологічних процесів, що включають роботу з небезпечними речовинами, в небезпечних середовищах з дуже дорогим і високотехнологічним обладнанням. Ми знаємо, що нам необхідні високоточні, надійні системи управління, що працюють у будь-яких умовах, і Opto 22 пропонує щось найбільш універсальне - просте у використанні, просте у підключенні проводки високотехнологічне обладнання.