автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Система управления качеством на базе адаптируемой математической модели производства пленок на каландровой линии

На правах рукописи

ГГ£ од

1 3 2X3

Плонский Владимир Юрьевич

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ НА БАЗЕ АДАПТИРУЕМОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА ПЛЕНОК НА КАЛАНДРОВОЙ ЛИНИИ

Специальность 05.13.07 Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете)

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Чистякова Тамара Балабековна

Научный консультант - доктор технических наук,

профессор Красовский Владимир Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Каишет Владимир Васильевич; кандидат технических наук, доцент

Сафонова Марина Рафаэловна

Ведущая организация:

ОАО "ЗРО "Треугольник" (Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится 20 и уО^Р 2000 года в ГЪ" часов на заседании диссертационного совета Д 063.25.11 в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете) по адресу: 198013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26 (ауд. 61)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 198013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26, СПбГТИ(ТУ), Ученый Совет

Автореферат разослан -Л2 - /ч1 ¿> /)_2000 года

Ученый секретарь Диссертационного совета

к.т.н., доцент - V- В. И. Халимон

А %4а Ц- ЮА, А А £> п

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Интенсивное развитие производства композиционных материалов на основе полимеров, обусловленное повышением спроса на них, привело к возрастанию роли экструзионно-каландровых процессов и уровня их автоматизации в промышленности. Основной тенденцией развития каландровых производств на современном згапе являются их интенсификация и повышение требований к качеству готовой продукции. При этом техническое совершенство каландровых линий уже достигло уровня, позволяющего осуществлять непрерывную переработку полимерных материалов при высоких показателях производительности. Дальнейшее улучшение показателей процесса связано в первую очередь с улучшением качества продукции, сокращением производственных затрат (материальных и энергетических) и повышением гибкости производства для реагирования на изменения потребительского спроса на тот или иной вид продукции. В настоящее время, благодаря ряду преимуществ (экологачность, прочность, водостойкость, другие физико-механические характеристики), наибольшее распространение получили пленки на основе жесткого поливинилхлорида (ПВХ).

Для технологического процесса каландрования характерны многотоннажность и частые переходы на новые виды продукции в соответствии с желаниями заказчика. На этих производствах применяются локальные системы управления, осуществляющие мониторинг основных показателей процесса. Однако недостаточность информации о процессе и невозможность измерения и контроля ряда показателей приводят к ситуации, когда, при изменении задания, операторы вынуждены принимать решения, основываясь на своем опьгге. Вследствие этого управление является «субъективным» и часто осуществляется с «запасом», который гарантировал бы отсутствие аварийных ситуаций. Это, с одной стороны, повышает экономические затраты на энергию и материалы, а с другой, при переходах на новый тип продукции и производительность, увеличивает время перенастройки системы управления, в течение которого линия производит брак. Решение вышеназванных задач возможно при совершенствовании существующих систем управления таким образом, чтобы на базе математической модели процесса осуществлялось прогнозирование качества продукта и запаса работоспособности объекта управления, а также перенастройка на новое задание. Это делает актуальной и экономически обоснованной разработку алгоритмов и математических моделей для целей управления подобными производствами и приводит к повышению уровня автоматизации всей каландровой линии.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение качества управления процессом каландрования путем использования системы управления, позволяющей, на основе математических моделей осциллирующего смесителя и каландра, оценивать показатели качества готового продукта (полимерной пленки) и выбирать управляющие воздействия при переходе на новый тип продукции и производительность.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

• провести исследование технологического процесса каландрования как обьекг управления; определить спектр показателей, определяющих качество готового продукта выделить факторы, влияющие на него;

• разработать математические модели осциллирующего смесителя и каландра, с помощы которых по исходным данным (конфигурации смесителя, каландра, свойства сырья, частот вращения шнека смесителя и воронки, температуры корпуса и шнека смесителя; скорост вращения валков каландра, зазоры между валками каландра, усилия контризгиба) можн прогнозировать основные показатели качества продукта (толщина, равнотолщинность, степей термической деструкции);

• на базе математических моделей осциллирующего смесителя и каландра разработат систему управления, позволяющую повысить качество готового продукта, получаемого н каландровой линии;

• разработать алгоритмическое и программное обеспечение для системы управлени каландровой линией, настраиваемое на характеристики оборудования, свойств перерабатываемого материала и технологические параметры.

Научная новизна.

• Разработана структура системы управления каландровой линией, которая, на баз перенастраиваемых математических моделей осциллирующего смесителя и каландра, позволяв повысить качество полимерной пленки.

• Разработана математическая модель осциллирующего смесителя, учитывающа переменную модульную конфигурацию шнека, осцилляцию, утечки через радиальный зазор прорези в гребнях, неполное заполнение каналов смесителя. Модель адаптируется на различны типы сырья и позволяет рассчитывать основные параметры процесса (профиль давлеши профиль температуры, вязкость материала) и показатели качества пленки (индекс деструкцш удельное энергопотребление).

• Разработана математическая модель каландра, настраиваемая на разные геометрически характеристики оборудования, параметры перерабатываемого материала, позволяюща рассчитывать толщину и равнотолщинность пленки и адаптируемая на различные постанове задачи оптимального управления.

• Разработан программный комплекс, включающий подсистемы моделировани осциллирующего смесителя и каландра, адаптивный по отношению к характеристикам сырья ; оборудования. Его применение в системе управления каландровой линией позволит повысит уровень автоматизации за счет советов оператору по выбору управляющих воздействий пр переходе на новую производительность, тип сырья и толщину пленки.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы теори управления, методы математического моделирования процессов переработки полимеров н зкетрузионном и каландровом оборудовании, включая реологию полимеров и теории гидродинамики расплавов полимеров, основы химической технологии, средства разработк программных комплексов для современных систем промышленной автоматизации.

ГГрактичсская ценность результатов. Разработана структура, математическое и программное обеспечение для системы управления каландровой линией, позволяющей повысить качество готового продукта. Кроме того, программный комплекс может быть использован для автоматизированного проектирования каландровой и экструзионной техники, а также в составе тренажерных комплексов для операторов каландровых линий.

Реализация результатов. Основные результаты диссертационной работы рекомендованы к внедрению в учебный процесс Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). Работоспособность разработанной математической модели и программного обеспечения подтверждена фирмой KLOCKNER PENTAPLAST (Германия) и фирмой BUSS AG (Швейцария), производящей осциллирующие смесители для каландровых линий.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на X Международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии», Новомосковск, 1997, на Международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии», 1998, Владимир, на ХП Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях», г. Великий Новгород, 1999, на П научно-технической конференции памяти М. М. Сычева, Санкт-Петербург, 1999.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано восемь работ.

Структура и объем работы. Работа изложена на 167 страницах, состоит из 4 глав, выводов, содержит 60 рисунков и И таблиц, библиографический список включает 113 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, перечислены основные результаты, полученные при решении поставленных задач, дано краткое содержание работы.

В первой главе представлены результаты анализа литературных данных по системам управления каландровыми производствами. Рассмотрено аппаратурно-техническое оформление каландровых линий. Представлен обзор существующих математических моделей экструдеров, каландров и процессов смешения.

Технологический процесс получения плёнок каландровым методом - сложный многостадийный процесс. Технологическая схема каландровой линии включает стадии подготовки рецептуры, смешения композиции в горячем и холодном смесителях, пластификации в зкструзионно-смесительном оборудовании, каландрования, вытяжки и охлаждения пленки, закатки с последующим приданием необходимой формы. Для построения системы управления этим процессом необходимо рассматривать совокупность всех его стадий. При проведении классификации показателей качества продукта установлено, что главными из них, для всего спектра рынка, являются равнотолщинносгь пленки и отсутствие деструкционных полос.

Анализ технологической схемы процесса калавдрования показал, что «узким» местом точки зрения управления являются осциллирующий смеситель и подсистема компенсаци прогиба валков каландра.

В качестве осциллирующего смесителя в России применяются червячные осциллируют» смесители ЧОС, в Европе - смесители фирмы BUSS. Последние, хотя и являются боле сложными, но обеспечивают большую гибкость по отношению к перерабатываемым рецептура за счет ряда конструктивных особенностей, таких как модульность шнека. Главной особенность) BUSS-смесителя является осциллирующее движение шнека, которое, в сочетании с прерывно нарезкой и зубьями, расположенными на корпусе, приводит к повышению смесительног воздействия. Однако из-за утечек через прорези в нарезке и осцилляции, происходит увеличен}: времени пребывания материала в аппарате и, следовательно, его перегреву и деструкцш Поэтому необходимо определение температуры и времени пребывания по модели, так как эт параметры не измеряются. Описанные в литературе модели экструдеров не позволяют учест основные закономерности процесса (неизотермичностъ, аномалия вязкости материала) сочетании со сложной конфигурацией шнека (осцилляция, утечки через радиальный зазор прерывную нарезку шнека, осцилляция, неполное заполнение канала, модульная конфигураци шнека).

Большое значение для обеспечения заданного качества экструдата на выходе у осциллирующего смесителя имеет зона дозирования (транспортировки расплава) смесител: Время пребывания расплава в зоне дозирования должно быть достаточно для его прогрева гомогенизации. Чтобы удовлетворительно описать процесс экструзии, математическая модех расплава в пределах зоны дозирования BUSS-смесигеля должна учитывать основнь особенности процесса: существование аномалии вязкости, взаимное влияние циркуляционного поступательного течений, влияние тепла, выделяющегося в результате вязкого трения теплообмена с окружающей средой на температуру и эффективную вязкость расплава. Kpo.v того, при моделировании необходимо учесть особенности конструкции осциллирующег смесителя.

Существующие теории калавдрования упруговязких материалов позволяют рассчитыват основные энергосиловые параметры процесса и могут быть использованы в составе систем управления каландровой линией, однако не предложены методы определения оптимальных схе обеспечения равнотолщинности каландрового листа,

Анализ литературных данных по системам управления экструдерами и каландрами показа что математические модели этих процессов являются детерминированными и составляются i основе уравнений сохранения массы, импульса, энергии и реологического уравнения.

Повышение информационной мощности процесса каландрования и качества полимерно пленки возможно в рамках создания системы управления, основанной на математически моделях, позволяющих прогнозировать показатели качества продукции, анализироват причинно-следственные связи в объекте управления и выдавать рекомендации оператору г выбору управляющих воздействий при смене задания на управление.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей осциллирующего смесителя на примере ВиЗБ-смеснтеля и каландра.

На основании анализа каландровой линии как объекта управления и изучения показателей качества пленки сформулирована следующая постановка задачи синтеза системы управления:

Рис. 1 Структура системы управления каландровой линией

При переходе на новый тип сырья и изменении характеристик оборудования X (ПВХ-рецептуры, конфигурации модульного осциллирующего смесителя и каландра) найти управление If' (N, Nh, if, Pim, P"), обеспечивающее перенастройку линии на требуемую производительность

Qc->Qc

при заданной по стандарту толщине и равнотолщинности пленки по ее ширине (г)

/гГп < /г, < /г,гаах, h^z)^ const, и наилучших значениях показателей качества пленки У (/¿е!) Wj), определяющих отсутствие деструкционных полос и других дефектов поверхности:

, < т1,шах , г2,тах шш < ш < метах

где (2с~ производительность каландра; ¡2^ - заданная производительность линии; И) - толщиш

Йтю г,шах т

, ] - нижним и верхнии допуск на толщину пленки; толщина пленки; 1 -

индекс деструкции материала; - индекс деструкции для осциллирующего смесителя

« т2 г 2, щах

расчетный и максимальным; - индекс деструкции для каландра расчетный и

максимальный; (¥} - удельное энергопотребление; А7 - частота вращения шнека, М - частота вращения шнека загрузочного устройства; т - номер валка; и - скорость валка; //, Р2 - усилю контризгиба валка;

На рис. 1 представлена структура предлагаемой системы управления. Контур программно-операторного управления активизируется оператором при переходе на новое задание пс производительности, толщине пленки или типу сырья. Используя базу данных полимерны* материалов, оборудования и технологических параметров оператор формирует исходные данные для математических моделей подсистемы формирования управляющих воздействий. Кроме тога он может выбрать модель из библиотеки математических моделей каландрования и критерии управления и оптимизации.

Анализ осциллирующего смесителя как объекта управления позволил сформирован следующую структуру его математической модели:

ММ, 1 = {ММгЛ,Т,,Т0,05СГ,Е^,г °,Те,А05С,Оа,е},

А={аь>а*>М!.(>еР*}> у\ = Ши, Щ), гг,,Ум>'кп>ЕьЕ2,Е2,Е4,Е5,//д.,Щ}, где 1/1 - вектор управляющих воздействий; X; - вектор входных переменных, А; - векто]: параметров модели; У/ - вектор выходных переменных; Ть, Т, - температура корпуса и шнека; Т(

- температура в начале зоны дозирования; - энергия активации процесса деструкции; т^ -эталонное эквивалентное время; Те - температура эквивалентного режима; Аох - фазг осцилляции; одна, — коэффициенты теплопередачи корпуса и червяка перерабатываемом) материалу; N¡1 - количество шагов вдоль одной винтовой секции; е/» - точность поиска потокг утечек; Ом - объемная производительность машины; Т(Х), Р(1) - температура и давление вдол! оси смесителя Я; те~ расчетное эквивалентное время; Ум - рабочий объем; /ы - среднее вреш пребывания материала; У - степень заполнения смесителя; /л^ - наибольшая ньютоновски вязкость на выходе из смесителя; Е\, Ег, Ез, Е4, Е5 - компоненты энергетического баланса. Вектор С,сг описывает геометрическую конфигурацию шнека:

С„ = {Ые1,ПР>сг,и1 ,Н1,Н{ ,е} ,81 ¿¥¿,N1,1' где АТе1 - количество винтовых секций; ) ~ номер секции; ТУР&СГ- тип секции -нестандартная, КЕ - смесительная, Е2 - транспортная, 8Р - спиральная, ЭТ - с ограничительных кольцом, БС - обычная винтовая); О - внутренний диаметр корпуса; Но - высота канала в начале

секции; Н[ - высота канала в конце секции; е - толщина стенки канала; 6 - радиальный зазор между корпусом и шнеком; \Уа - ширина прорези в нарезке; Ы, - количество сквозных каналов в нарезке; г - число заходов винтовой линии; В - шаг винтовой линии.

Вектор С}це характеризует конфигурацию формующего инструмента:

СсИе = } >

где Д/ - эффективный диаметр; - эффективная длина.

Параметры перерабатываемого материала описываются вектором Мт!г:

где ТУР та- - тип материала; коэффициент консистенции при температуре Тг\ п - индекс псевдопластичности; Ъ - температурный коэффициент; Тг - температура приведения; р -плотность; к - теплопроводность; а-[ - температуропроводность.

Для математической модели ВШ8-смесителя приняты следующие допущения:

1. Размеры винтового канала меняются медленно, следовательно, компоненты скорости вдоль канала уг и поперек канала V* не зависят от г. Течение в направлении оси у (перпендикулярно дну и корпусу канала) существует только в непосредственной близости к стенкам канала. В остальной части сечения канала течение в направлении у отсутствует. Следовательно, на некотором расстоянии от стенок канала V. и у, не зависят от х (перпендикулярно стенкам канала). Таким образом, уравнение поля скоростей представлено, как:

У=У2(уХ) + Ух(у,1).

2. Инерционные и массовые составляющие малы по сравнению с силами вязкого трения, поэтому не учитываются. Удельное давление не изменяется в направлении глубины канала у

3. Вследствие малой величины отношения высоты канала к радиусу пренебрегаем кривизной канала при его развертке.

4. Температурный градиент в поперечном направлении из-за циркуляционного движения пренебрежимо мал по сравнению с продольным; пренебрегаем теплопроводностью материала в продольном направлении по сравнению с теплопроводностью в направлении высоты канала.

Так как шнек смесителя совершает осциллирующее движение, которое кроме утечек через прорези в нарезке приводит к увеличению диссипации и следовательно термической деструкции материала, необходимо рассмотреть работу машины за один цикл по времени / от 0 до 2 я?й> и определить среднюю температуру за цикл, где м> - частота осцилляции, равная 2М/60.

5. Течение псевдопластичного материала (ПВХ, ПП) в области скоростей деформации, соответствующих процесса его переработке на каландровой линии, хорошо описывается степенным законом:

_ я-1

су су

где ра - эффективная вязкость; р - коэффициент консистенции; ат - фактор сдвига.

С учетом указанных допущений записана следующая система расчетных уравнений для зоны дозирования:

pCv

дТ дТ , .

dt

dz

д2т dy2'

dv. dvx dy dy)

H-l

Я-1

dv. dy)

\l

I Зу

dy

8P _ Sty,

dx

dy

\2 r +

4

dy'

Sr.

dy

dz dy Граничные условия:

Используется условие прилипания материала с учетом осцилляции: Дно канала (у = 0):

v,(0,í)=0, У^(0,Г) = 0. Поверхность корпуса (у — В):

v2 (я,о = иz (0 = TlDN cos р + wSb sin <p cos wt, vx(H,t) = «^(f) = nDNsio. <p - eos pcos w/, где - ход шнека за счет осцилляции относительно центрального положения; uz и их -составляющие скорости движения корпуса относительно шнека; д> - угол подъема винтовой линии, зависящий от геометрии канала.

Для уравнения баланса энергии используем граничные условия третьего рода:

>

дТ

у^Н

У-0 5>\

За начальную температуру в зоне дозирования принята температура плавления материала Тти, давление материала на входе в зону дозирования считаем равным нулю:

7!=о4=о

Неизотермический анализ течения расплава в зоне дозирования основывается на двух положениях, строго доказываемых в литературе по моделированию переработки полимерных смесей в экструдерах:

1. Установившееся двумерное течение может быть представлено как сумма большого числа последовательных коротких участков изотермического двумерного течения при переходе к следующему скачкообразно изменяется по всему сечению.

2. В этом модельном течении все функции, описывающие поля скоростей, остаются неизменными. Зависимость от температуры значений напряжений сдвига и градиентов давлений сводится к учету изменения коэффициента консистенции через фактор сдвига.

Эти предположения позволяют в рамках общей схемы численного решения неизотермической задачи разделить решения гидродинамической группы уравнений и уравнения теплопроводности. Выравниванию температуры по сечению способствует существование

2

+ о^) = ш[тЬг ■ и2 +тьх-их+аь\ть-т)+а$- (Тх - т)]-

диркуляционнош потока, а в случае расчета осциллирующего смесителя и действие зубьев, расположенных на корпусе и осцилляция.

Расчет температуры вдоль оси смесителя производится интегрированием по продольной юординате уравнения энергии с использованием результатов расчета касательных напряжений и градиентов давления, полученных из совместного решения уравнений гидродинамики и принятой реологической модели с помощью теории плоских потоков и метода моделирующих тотоков. При этом вводится модифицированное уравнение производительности винтового канала

а-'-Жъ-сШ.'-.р*

2 \2-ца и дг

где с - поправочный коэффициент на аномалию вязкости, определяемый в ходе расчета по методу плоских потоков, IV- ширина винтового канала, Га, 1'Р - коэффициенты формы.

После интегрирования уравнения энергии по высоте и ширине канала:

52 '

где Г (г,средняя температура в данном сечении; г^, цх - напряжения на корпусе.

После интегрирования последнего уравнения по времени за один цикл:

'(г&с ^ -f )1- (е |г)

где Т{2) - средняя температура в данном сечении за один цикл, причем:

Таким образом, на каждом шаге по времени решается уравнение баланса:

а • р • Су ^ = Ж • [тЬг ■ иг + Ть ■ их + • (Гь - Т)+а, • (г, - Т)] - <2 ^.

02 С2

Наличие радиального зазора между стенкой корпуса и гребнем винтового канала приводит с уменьшению объемной производительности, вызванному уменьшением фактической глубины санала и появлением напорного потока утечек вследствие существования перепада давлений.

В качестве допущения принято, что эффективная вязкость материала в радиальном зазоре тостоянна в связи с преобладанием в этом узком пространстве составляющей чисто сдвигового теретирания материала в направлении окружной скорости вращения червяка и. Поток утечек в тределах полного витка нарезки принимает вид:

чЛ-1

со

дР иг5

и

\2-i- 11д%ххмр-{е-<х>%<р + д) 5г 2

Задача расчета утечек через прорези в гребнях нарезки, выстроенных в направлении оси гервяка в пределах его отдельной секции решена модификацией методики расчета утечек через )адиальные зазоры с сохранением единой для обоих случаев итеративной схемы. Для построения л его дики расчета видоизменено уравнение баланса объемных расходов путем включения в него

составляющей (расхода через прерывистый осевой канал прямоугольного сечения) для представления дополнительного потока утечек:

<2

Очередное приближение для объемного расхода через последовательные прорези в нарезке червяка рассчитывается по следующей формуле, учитывающей сопротивление потоку за счет эффектов входа и выхода при небольшом пути через отдельный прорезанный гребень нарезки:

дР в -нт-гУ«ч"-1

12ца êz i-sm<p-(e+ Н) \Н

— 1

<eps, Q<i-Q<2Qm3X, Q^Fd-Qs-

В каждом очередном цикле итерационного процесса задается новое приближение для объемного расхода через канал, пока не выполнится условие сходимости:

i-Q-Qs-Qa Qm

За начальное приближение для / • О выбирается объемный расход через машину. Таким образом, первая итерация соответствует отсутствию утечек. Алгоритм расчета модульногс осциллирующего смесителя представлен на рис. 2.

Так как процессы деструкции необратимы, предлагается ввести их описание через отображение зависимости степени деструкции от времени при произвольном температурно-временном режиме на зависимость, полученную экспериментально при изотермических условиях. При этом используются расчетные формулы:

re = leR-T-T- dt, 7^ = -f-100%

О те

где Edes - энергия активации процесса деструкции, подлежащая экспериментальном) определению, Дж/моль; - индекс деструкции, %; те - расчетное эквивалентное время; Л -заданное время эквивалентного режима.

Анализ каландра как объекта управления позволил сформировать следующую структур) его математической модели:

ММг ={U2,X2,A2,Y2}, U2 = {uaJf,P2m}, Х2 = {ТтМЖьХЛсМт1г}, A2={hra,hrb,Eps}t Г2 = {QCiP{xf,Prp,qrX,c{z)m,M{z)m,llsAX},

где U2 - вектор управляющих воздействий; - вектор входных переменных, Лг - векто{ параметров модели; Уг - вектор выходных переменных; Г - температура переработки; г - номе} рабочего зазора; L - ширина пленки; Нь- запас материала в зазоре; ho - зазор между валками; А„ Ъь - границы поиска относительного калибра пленки; Eps - точность поиска калибра пленки; Ос -производительность каландра; Р(х) - давление материала вдоль зоны деформации; Рр - pacnopHoi усилие; q - интенсивность распределенной нагрузки; а(г) - прогиб валка; М(г) - момент изгиба х., X] - координаты входа и выхода материала из области деформации.

Рис. 2 Алгоритм расчета модульного осциллирующего смесителя

Векгор Ос описывает конфигурацию каландра:

ое={К-, ,™>с, щ л },

где Мог - количество валков; ТУРС - тип конфигурации каландра; Ьъ - ширина валка; <1!% <4 а С], С2 - геометрические характеристики схемы нагрузки валка; К„., /4, Яь - радиусы шейк! сквозного отверстия и бочки валка.

Для математической модели каландра приняты следующие допущения: движет материала в области деформации установившееся; плотность расплава полимера постоянна; пр течении высоковязкой жидкости инерционные и массовые силы малы по сравнению с силам вязкого трения; температура валков каландра и расплава полимера в процессе переработки у изменяется; течение материала в зазоре плоскопараллельное. Кроме того, действуют гипотез теории смазочной аппроксимации: величина зазора изменяется медленно в направлен» движения материала; кривизна поверхности невелика; течение в зазоре-ламинарное.

Поведение расплава полимера в области деформации для диапазона скоростей сдвиг наблюдаемого при каландровании, хорошо описывается степенным законом:

Ма = Ро' ехр(* • (Тг - Т)).

ду

С учетом этих предположений записана следующая система расчетных уравнений:

дР _ дт^у

чп-1

Ос

ду Ь

дх ду

Граничные условия: используем условие прилипания материала к поверхностям валков:

\х{х,Н) = щ, \х(х-К) = «2 • где 2 • И - зазор между валками; щ и щ- линейные скорости валков.

Давление материала на входе в область деформации и на выходе из нее равно нулю

Р(хд = Р(х,) = О,

где х, и ^ - соответственно координаты входа и выхода материала из области деформаци Методом последовательных приближений рассчитываются профиль давления, распорные усили распределенная нагрузка, толщина пленки и координаты области деформации.

Для обеспечения заданного размерного качества готового продукта, модель расче: энергосиловых параметров процесса каландрования дополнена расчетной схемой нагруз! валков каландра.

В третьей главе проводится проверка адекватности разработанных математичесю моделей объекта управления, уточнение параметров моделей, а также исследование процесс« пластикации полимерной композиции в осциллирующем смесителе и формования на каландре.

Проверка адекватности модели ВШв-смесителя осуществлялась для полимернь композиций на основе полипропилена и поливинилхлорида для различных конфигурациях шне] и скоростях вращения шнека, представляющих комбинацию основных типовых элементе (транспортных, смесительных и сужающих). Результаты представлены в таблице.

Примеры моделирования BUSS-смеситедя и каландра

Таблица

Задача моделирования

Результаты моделирования

Расчет профиля температуры вдоль 46 мм BUSS-смесигеля

Материал - ПП; р= 900; ц = 1550; Ъ = 0.0146; и = 0.395; к = 0.15; ат = 7-Ю'8; Ть = 180; Ts = 150; аь = 400; as = 200; QÍÍ= 16.6; N= 100, 150,250

B1 162 243 324 405 486

Длина зоиы дозирования, мм

p»-MM(N=100)-ММ(Ы=150) -а-ММ (N=250) ♦ N=100 ■ N¿150 «

Построение профиля давления при разных фазах осцилляции

Макс. - максимальный выход материала (максимальная скорость шнека вперед); мин. - минимальный выход материала (максимальная скорость шнека назад); нейтр. -«мертвые точки» хода шнека (смена направления движения)

54 108 162 216 270 324 378 <32

Дта хмм доэчжмния, м*

Расчет профиля температуры вдоль 200 мм BUSS-смесителя

Материал - ПВХ; р= 1380; 10000 b = 0.04; п = 0.3; к = 0.22; ат = 6.9-10"8 Ть = 150; Ts = 120; аь = 400; а, = 200 Ом = 1000; N= 100, 140, 200.

lili—ГТ-

480 960 1440 1920

Длина зоны дозирования

Построение профиля давления в межвалковом зазоре каландра

радиусы валков: Л = 0.3 м; величина зазора ко - 0.4 мм; скорости валков г//, из = 0.15 м/с; отношение запаса к минимальному зазору Нь'Ъо = 50; коэффициент консистенции: ц = 104 Пасп; индекс псевдопластичности п -1; 0.7; 0.5.

-7© -65 -55 -45 -35 -25 -20 -15 -10 -5 X, мм

0

Нейтр

Среднеквадратичное отклонение экспериментальных и рассчитанных по модели BUSS смесителя данных не превышает 5%. Рассчитанные профили давления подтверждают^ экспертными оценками. По модели исследовано влияние осцилляции на параметры процесса Проверена работоспособность модели при различных -птах напорной характеристики шнека < переменной геометрией канала.

В работе приведена методика определения энергии активации процесса десгруквдп полимерных композиций на основе фарбометрических испытаний образцов пленки.

Полученные по модели каландра распределения давления в межвалковом зазоре npi различных величинах запасах материала и индексах псевдопластичности соответствую' литературным данным.

Таким образом, разработанные математические модели могут быть использованы в систем! управления каландровой линией.

Четвертая глава посвящена разработке алгоритма управления каландровой линией который позволяет оперативно выбирать значения управляющих воздействий при переходах hi новое задание при обеспечении заданных показателей качества пленки.

Для обеспечения однородности материала на выходе из осциллирующего смесител: необходимо подвести определенное количество энергии к материалу и обеспечить достаточно! время пребывания для гомогенизации смеси.

В качестве критерия управления выбрана величина удельного энергопотребления Wf.

t.=YK..«f. ¡у = Ei - £' Qm 1 Qu-^ы Vu-v'

г mill sur ^TI/ПШ

Варьированием U, обеспечить ^(Т/, ) : <WX< W^ при ограничениях

r2,m 'des

T-mitt ^rpNel s п-imax ri ^ jl,max . r2,шах h SIl 'ides-Ides +1à

Оценить запас работоспособности: AW^ = ÎFj — W™1".

При обеспечении заданной толщины и равнотолщинносги пленки возможны следующ» постановки задач оптимального управления: Найти управление Uï такое, что:

min Ф1 = min ¡aCzJ^W'); min Ф2 = min \<j(zm)-a(zs)\ = 02(Uf)-,

varU2 \aiU2 var 6', var U2

min Ф3 = min \3(zj\ = Ф3(Ц°/) ; min Ф4 = min \d(zm)~ 9(zs)\ = ФА(Ц?)

vaiU2 var V2 vart/2 var U2 при ограничениях

т2 - rl,max . т2,тах loi 1d l*- pn>ax

1 des des des ' \п\>П\-Г >

где a - прогиб валка, & - кривизна валка (величина, обратная радиусу кривизны Rc), zm и z, ■

соответственно координаты середины и кромки полимерного листа; Р"™ - максимальна

нагрузка на подшипники.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Анализ систем управления современными каландровыми линиями.

1.1 Каландровая линия.

1.2 Система управления ВХ188-смесителем.

1.3 Математические модели для управления экструдерами.

1.4 Математическое описание процессов смешения.

1.5 Система управления каландром.

1.6 Математические модели для управления каландрами.

1.7 Выводы.

Глава 2. Математические модели для системы управления каландровой линией.

2.1 Постановка задачи синтеза системы управления.

2.2 Уравнения баланса

2.3 Реологическое уравнение . Гг.: .>. ¿у;.

2.4 Математическая модель ВШ^-смесителя.

2.4.1 Постановка задачи

2.4.2 Расчет кинематики потоков.

2.4.3 Анализ теплового баланса.

2.4.4 Расчет потока утечек материала через радиальные зазоры

2.4.5 Расчет утечек через прорези в гребнях нарезки шнека.

2.4.6 Построение рабочей точки ВШБ-смесителя.

2.4.7 Расчет термической деструкции.

2.4.8 Алгоритм расчета модульного ВШБ-смесителя.

2.5 Математическая модель каландра.

2.5.1 Постановка задачи.

2.5.2 Расчет энергосиловых параметров процесса.

2.5.3 Определение равнотолщинности пленки.

2.5.4 Алгоритм расчета математической модели каландра.

2.6 Выводы.

Глава 3. Определение параметров моделей и проверка их адекватности.

3.1 Построение профиля температуры и давления материала в BUSS-смесителе.

3.2 Определение энергии активации процесса деструкции.

3.3 Исследование напорной характеристики шнека экструдера при переменной геометрии канала.

3.4 Построение профиля давления в межвалковом зазоре каландра.

3.5 Выводы.

Глава 4. Система управления качеством готового продукта.

4.1 Управление энергопотреблением материала в смесителе.

4.2 Управление толщиной и равнотолщинностью листа.

4.3 Алгоритм управления каландровой линией.

4.4 Выводы.

ВЫВОДЫ.

Интенсивное развитие производства композиционных материалов на основе полимеров, обусловленное повышением спроса на них, привело к возрастанию роли экструзионно-каландровых процессов и уровня их автоматизации в промышленности. Основной тенденцией развития каландровых производств на современном этапе являются их интенсификация и повышение требований к качеству готовой продукции. При этом техническое совершенство каландровых линий уже достигло уровня, позволяющего осуществлять непрерывную переработку полимерных материалов при высоких показателях производительности. Дальнейшее улучшение показателей процесса связано в первую очередь с улучшением качества продукции, сокращением производственных затрат (материальных и энергетических) и повышением гибкости производства для реагирования на изменения потребительского спроса на тот или иной вид продукции. В настоящее время, благодаря ряду преимуществ (экологичность, прочность, водостойкость, другие физико-механические характеристики), наибольшее распространение получили пленки на основе жесткого поливинилхлорида (ПВХ).

Для технологического процесса каландрования характерны многотоннажность и частые переходы на новые типы продукции в соответствии с желаниями заказчика. На этих производствах применяются локальные системы управления, осуществляющие мониторинг основных показателей процесса. Однако недостаточность информации о процессе и невозможность измерения и контроля ряда показателей приводят к ситуации, когда, при изменении задания, операторы вынуждены принимать решения, основываясь на своем опыте. Вследствие этого управление является «субъективным» и часто осуществляется с «запасом», который гарантировал бы отсутствие аварийных ситуаций. Это, с одной стороны, повышает экономические затраты на энергию и материалы, а с другой увеличивает время перенастройки системы управления при переходах на новый тип продукции и производительность, в течение которого линия производит брак. Решение вышеназванных задач возможно при совершенствовании существующих систем управления таким образом, чтобы на базе математической модели процесса осуществлялось прогнозирование качества продукта и запаса работоспособности объекта управления, а также перенастройка на новое задание. Это делает актуальной и экономически обоснованной разработку алгоритмов и математических моделей для целей управления подобными производствами и приводит к повышению уровня автоматизации всей каландровой линии.

С учетом вышеизложенного целью диссертационной работы является повышение качества управления процессом каландрования путем использования системы управления, позволяющей, на основе математических моделей осциллирующего смесителя и каландра, определять показатели процесса, характеризующие качество готового продукта, и выбирать управляющие воздействия при переходе на новый тип продукции, производительность и толщину пленки.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

• провести исследование технологического процесса каландрования как объекта управления; определить спектр показателей, определяющих качество готового продукта и выделить факторы, влияющие на него;

• разработать математические модели осциллирующего смесителя и каландра, с помощью которых по исходным данным (конфигурации смесителя, каландра, свойства сырья, частота вращения шнека смесителя и воронки, температуры корпуса и шнека смесителя; скорости вращения валков каландра, зазоры между валками каландра, усилия контризгиба) можно прогнозировать основные показатели качества продукта (толщина, равнотолщинность, степень термической деструкции);

• на базе математических моделей осциллирующего смесителя и каландра разработать систему управления, позволяющую повысить качество готового продукта, получаемого на каландровой линии;

• разработать алгоритмическое и программное обеспечение для системы управления каландровой линией, настраиваемое на характеристики оборудования, свойства перерабатываемого материала и технологические параметры.

Результаты работы изложены в четырех главах.

В первой главе проведено исследование каландровой линии как объекта управления и тенденций развития каландровых производств, представлен обзор существующих математических моделей экструзионной и каландровой техники.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей осциллирующего смесителя на примере Ви88-смесителя и каландра на 9 основе гидродинамического подхода к моделированию процессов переработки полимерных материалов.

В третьей главе проводится проверка адекватности разработанных математических моделей объекта управления, уточнение параметров моделей, а также исследование процессов пластификации полимерной композиции в осциллирующем смесителе и формования на каландре.

Четвертая глава посвящена разработке алгоритма управления каландровой линией, который позволяет оперативно выбирать значения управляющих воздействий при переходе на новое задание при обеспечении заданных показателей качества готового продукта.

При выполнении работы использовались методы теории управления, методы математического моделирования процессов переработки полимеров на экструзионном и каландровом оборудовании, включая реологию полимеров и теорию гидродинамики расплавов полимеров, основы химической технологии, средства разработки программных комплексов для современных систем автоматизированного управления.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Структура системы управления каландровой линией, которая, на базе перенастраиваемых математических моделей осциллирующего смесителя и каландра, позволяет повысить качество полимерной пленки.

• Математическая модель ВШЗ-смесителя, учитывающая переменную модульную конфигурацию шнека, осцилляцию, утечки через радиальный зазор и прорези в гребнях, неполное заполнение каналов смесителя. При этом предлагаемая модель является неньютоновской и неизотермической, что соответствует свойствам перерабатываемых материалов и условиям их переработки. Модель адаптируется на различные типы сырья и позволяет рассчитывать основные параметры процесса (профиль давления, профиль температуры, вязкость материала) и показатели качества пленки (индекс деструкции, удельное энергопотребление).

• Математическая модель каландра, настраиваемая на разные геометрические характеристики оборудования, параметры перерабатываемого материала, позволяющая рассчитывать толщину и равнотолщинность пленки и адаптируемая на различные постановки задачи оптимального управления.

• Программный комплекс, включающий подсистемы моделирования ВШ8-смесителя и каландра, адаптивный по отношению к характеристикам ю сырья и оборудования, применение которого в системе управления каландровой линией позволит повысить уровень автоматизации за счет советов оператору по выбору управляющих воздействий при переходе на новую производительность, тип сырья и толщину пленки.

Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на X Международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии», Новомосковск, 1997, на Международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии», 1998, Владимир, на ХП Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях», г. Великий Новгород, 1999, на П научно-технической конференции памяти М. М. Сычева, Санкт-Петербург, 1999.

По материалам диссертационной работы опубликовано восемь работ.

Эффективность проведенных исследований подтверждается актом о рекомендации к внедрению результатов работы в учебный процесс Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). Работоспособность разработанной математической модели и программного обеспечения подтверждена фирмой KLOCKNER PENTAPLAST (Германия) и фирмой BUSS AG (Швейцария), производящей осциллирующие смесители для каландровых линий.

1. Анализ систем управления современными каландровыми линиями

1.1 Каландровая линия

Новейшая каландровая установка охватывает весь производственный процесс - от подготовки сырья до получения готового продукта (полимерной плёнки) - и предусматривает высокую степень автоматизации на всех стадиях процесса. В такие каландровые установки включают оборудование для предварительного смешения и подготовки смеси, питающей каландр, устройства для проведения отделочных операций, охлаждающую систему, приборы для непрерывного измерения толщины плёнки и автоматического регулирования зазора между валками каландра, намоточные станции и другие устройства /90/.

В промышленности плёночные материалы на основе ПВХ изготовляют обычно каландровым или экструзионным способами /4, 8, 9, 12, 56/. Целесообразность того или иного способа производства диктуется областью применения плёнки, наличием и стоимостью определённых сортов ПВХ, пластификаторов и других ингредиентов полимерной композиции. Экструзия ПВХ и его производных сопряжена со значительными трудностями (недостаточная стабильность размеров и большая жёсткость плёнки, малая производительность, сложность изготовления экструдеров), поэтому, несмотря на ряд преимуществ экструзионного метода, получение плёнок каландровым методом играет ведущую роль в промышленности.

Технологический процесс получения плёнок каландровым методом -сложный многостадийный процесс. Технологическая схема каландровой линии включает следующие стадии /3, 50/:

• Подготовка сырья в соответствии с рецептурой.

• Смешение композиции в горячем и холодном смесителях.

• Пластификация в экструзионно-смесительном оборудовании.

• Каландрование.

• Вытяжка и охлаждение пленки.

Существуют различные варианты реализации технологической схемы процесса каландрования, один из возможных представлен на рис. 1.1. Схема автоматизации каландровой линии показана на рис. 1.2.

Рис. 1.1 Схема каландровой линии

10

-ф

VI Т

-О:

1 2 3456789

10 11 я й 2

Обозначения:

1 - осциллирующий смеситель; 2 - 5 - валки каландра; 6 - вытяжные валки; 7 - охлаждающие валки; 8 - закаточное устройство. Двигатели валков не показаны.

Для волков 1, 3, 4, а также вытяжных и охлаждающих валков не показаны контуры регулирования, аналогичны^ контурам 13 -15. 8

20

Г12 13 14 15

Г> 8

17 18 20

21 22 23

24 а» 5 « С а

§ а. я

3 8 я £ а,

5щ в © I

215 « I ш

НА НЬЗ

Рис. 1.2 Сх^ца автоматизации каландровой линии

Процесс получения пленки из композиции на основе ПВХ начинается с подготовки сырья и ингредиентов смеси, взвешивания компонентов и их смешения. Рецептура жесткого ПВХ состоит из множества различных компонентов /23/. К важнейшим составляющим рецептуры жесткого ПВХ относятся: ПВХ, внутренние и наружные средства скольжения, термостабилизатор, стабилизаторы для устойчивости при действии УФ, добавки для повышения ударной прочности, красители. Смесь подготавливается автоматически, путем введения в обслуживающую компьютерную сеть кода рецептуры. На производствах создаются склады, оборудованные средствами автоматики для контроля расхода жидких сырьевых компонентов и автоматической подачи в производство. Сыпучие сырьевые компоненты после подаются системой пневмотранспорта в резервуары. ПВХ, полипропилен (1111), модификатор и наполнитель просеивают и с помощью пневмонасосов подают в расходные бункера 1-4 соответственно. Пластификаторы и другие жидкие добавки со склада транспортируют по трубопроводам в расходные емкости 5-8.

После взвешивания смесь поступает в двухстадийный роторный смеситель 12 (в зависимости от конкретно выбранной схемы тип и число смесителей могут быть различными). Двухстадийный вихревой смеситель 12 состоит из двух отдельных каскадно установленных аппаратов, отличающихся принципом перемешивания. В верхнем скоростном «горячем» смесителе композиция интенсивно перемешивается и нагревается за счёт сил трения и за счёт теплоты стенок смесителя, обогреваемых горячим маслом. Температура смеси в «горячем» смесителе колеблется в пределах 80 - 120 °С. «Горячий» смеситель имеет значительное число оборотов с целью увеличения скорости смешения и, соответственно, уменьшения времени пребывания смеси при высокой температуре. После этого, смесь подается в «холодный» смеситель с меньшим числом оборотов ротора и температурой 60 - 80°С. «Холодный» смеситель необходим для уменьшения вероятности проявления термической деструкции и спекания материала. В «холодном» смесителе композиция перемешивается и охлаждается за счёт контакта со стенками смесителя. Оба смесителя снабжены быстровращающимися смесительными роторами, которые обеспечивают эффективное вихреобразное перемешивание компонентов. Перемешивание продолжается 16-20 мин, после чего отбирается лабораторная проба для определения качества смешения. Оба смесительных агрегата имеют свои преимущества и

15 недостатки. Недостатком горячего и холодного смесителя является их размер. Минимальная партия заправки содержит около 300 кг. Поэтому выполнение небольших заказов связано с трудностями. При переходе на другой цвет необходима чистка смесителей. Преимуществом смесителей является возможность варьирования степени гомогенизации в широких пределах. Помехи в смесителях не должны отражаться на ходе процесса, поэтому смесители представляют также и амортизационные накопители.

Полученная композиция подаётся в промежуточный бункер (буферный бак) 13.

Из буферного бака ПВХ-композиция направляется шнеком в загрузочную воронку 14 кнетера 15. Воронка снабжена мешалкой и подающим шнеком, которые равномерно подают массу в корпус кнетера. Кроме основной смеси в кнетер через воронку подаются для переработки раздробленные обрезки кромок готовой плёнки 25. Задача пластификации состоит в том, чтобы гомогенную порошкообразную рецептуру ПВХ расплавить при помощи подвода энергии, т. е. пластифицировать. Подводимая энергия должна распространяться в смеси равномерно. Полученный материал должен отвечать требованиям, необходимым для дальнейшей переработки на каландре. Пластификация является промежуточным звеном между смесителем и каландром. В качестве пластификатора в производстве пленок из жесткого ПВХ чаще всего применяют ВШ8-смесители (кнетеры). Кнетер представляет собой шнековый осциллирующий смеситель-пластификатор. За счет специальной конструкции шнек имеет возможность как вращения вокруг своей оси, так и продольного движения. При небольшом среднем времени пребывания материала в рабочем цилиндре В118 Б-смесителе достигается высокая степень гомогенизации. Благодаря своим конструктивным особенностям он более приемлем, чем обычный экструдер, кроме того, он может быть использован для переработки различных материалов.

В кнетере происходит дальнейшая гомогенизация композиции и превращение её в расплав. Используемый в данной технологической схеме кнетер предназначен для переработки очень вязких материалов, к числу которых, в частности, относится ПВХ. Такие машины применяются для подготовки термопластичных полимерных композиций. Корпус машины охватывает обогревающая рубашка, которая по длине разделена на отдельные зоны, что позволяет по участкам независимо задавать и поддерживать различные температуры. Обычно на корпусе машины имеется несколько зон обогрева, каждая из которых регулируется индивидуально. Для нагрева обычно используют жидкие теплоносители или используется система электрического обогрева. Для удаления летучих веществ из многокомпонентной полимерной смеси в кнетере предусмотрена зона дегазации. Скорости вращения основного шнека и шнека загрузочного устройства Ви88-смесителя подбираются оператором по субъективной оценке качества экструдата на выходе. Контролируются сила тока привода шнека смесителя и шнека загрузочной воронки.

Переработанная композиция при выходе из кнетера разрезается отрезным устройством 17 на отдельные «шайбы» заданных размеров и проходит проверку на наличие металлических включений 18. В качестве отрезного устройства используется фильера (формующая решётка с множеством отверстий) круглого сечения с пневматически управляемым режущим ножом. Если в транспортируемом материале будут обнаружены металлические частицы, превышающие допустимые размеры (порядка 50-10"6 м), транспортер будет остановлен. Прошедшие проверку «шайбы» попадают на ленточный транспортёр 19.

С транспортёра 19 с помощью качающегося транспортера 20, который может быть снабжен системой инфракрасных излучателей для компенсации охлаждения, расплав подаётся питающий зазор 4-х валкового Ь-образного каландра 21. Следует заметить, что питание первого зазора происходит неравномерно по рабочей длине валка. Так, проходя от левого края рабочей поверхности валка каландра до правого (в среднем 10 с), качающийся транспортер, изменяющий свое направление за счет концевых выключателей, замедляет ход, не доходя до заданного края приблизительно 6 - 8 см и задерживается в конечной фазе колебательного движения при переключении направления движения, тем самым увеличивая количество подаваемого материала в «крайних» областях. Пленка не отвечает требуемой ширине на 4-м валке каландра и поэтому срезается дисковыми ножами по краям, после чего лентой подается соответственно на левый и правый края питающего зазора. Данная часть материала имеет наибольшее время пребывания и наиболее опасна с точки зрения химической деструкции. Однако эта часть попадает на края пленки, которые после обрезаются. Количество запаса материала в питающем зазоре, при установившемся режиме каландрования, регулируется заданием числа оборотов кнетера.

Формование поливинилхлоридной массы в полотно в виде плёнки происходит при последовательном прохождении расплава в зазоре между вращающимися нагретыми валками каландра. Измеряются и контролируются температура, скорость вращения и мощность привода каждого валка. Пластикат, проходя зазор между вторым (снизу) и третьим валками каландра развальцовывается до требуемой ширины и толщины, которая обуславливается зазором между валками. Каждый валок имеет индивидуальный привод от электродвигателя постоянного тока. Частоты вращения отдельных валков связаны друг с другом таким образом, чтобы соотношение скоростей отдельных пар валков оставалось постоянным.

На 1-м и 2-м валке каландра установлены ножи, которые, вступая в контакт с поверхностным слоем материала, надрезают его и, тем самым, уменьшают количество пузырьков воздуха в пленке.

Горячая плёнка снимается с последнего валка каландра. Съём материала происходит за счёт того, что окружная скорость первого и второго съёмных валков многовалкового устройства для съёма 26 больше, чем окружная скорость четвёртого верхнего валка каландра. Эта скорость зависит от толщины плёнки. Пленка, пройдя вытяжные валки, поступает на охлаждающие барабаны. При помощи регулирования скорости вытяжных роликов можно, не меняя зазоров каландра, изменять толщину получаемой пленки, если, конечно, эти изменения не велики. Растягивающее устройство смонтировано на 4-х вытяжных валках. Пленка, пройдя вытяжные валки, поступает на охлаждающие валки (барабаны) 27, число которых может достигать пятнадцати (в данной схеме их одиннадцать, они разделены на три группы: с первого по четвёртый, с пятого по девятый и десятый с одиннадцатым; валки, принадлежащие к одной группе, вращаются с одинаковой скоростью). Затем охлаждённая плёнка проходит измерительную станцию, где измеряется её толщина (например, с помощью применения радиационного толщиномера). Текущий профиль толщины отображается на экране компьютера. Для визуального контроля качества (соблюдение требований к цвету плёнки, и наличие на ней чёрных точек) установлена видеокамера.

После прохождения охлаждающих валков с помощью круглых ножей производится обрезка кромок горячего материала до заданной ширины. Обрезанная кромка плёнки 24 поступает в дробилку 23 для грануляции; гранулированные отходы (раздробленная кромка, крошка) 25 пневмотранспортом подают в загрузочную воронку 14 кнетера 15 для переработки.

После этого плёнка подводится к компенсатору, который обеспечивает смену рулонов плёнки без остановки каландра. Затем плёнка попадает на намоточную станцию 22 с автоматическим узлом для отрезания готовой плёнки. Намоточная станция обеспечивает безнатяжное равномерное сматывание материалов в рулоны требуемого метража. При превышении массы рулона с пленкой установленной величины происходит срабатывание световой и звуковой сигнализации.

Из приведённого выше описания можно видеть, что плёнка, сходящая с последнего валка каландра, до окончательной обрезки и сматывания в рулоны проходит ряд устройств и агрегатов, которые оказывают существенное влияние на ее качество. При этом на всём пути технологического цикла (от съёма с валка каландра до намотки) плёнка подвергается действию продольного растягивающего усилия, за счёт которого может происходить сокращение плёнки по ширине. В современных вариантах каландровых линиях для снижения влияния продольного растягивающего усилия на свойства плёнки её пропускают через устанавливаемое за каландром устройство с большим набором валков малого диаметра, которое позволяет использовать валки для приёмки, растяжения и ориентации плёнки, даёт возможность регулировать температуру охлаждаемой плёнки по всей поверхности валков, в наибольшей степени способствует релаксации внутренних напряжений и исключает поперечное сморщивание.

Каландровожатый обязан следить за количеством запаса материала в первом зазоре, за текущим профилем толщины пленки и ее качеством /30/. Каландр работает с резервом материала по первому зазору, чтобы обеспечить отсутствие аварийной ситуации (соударение валков). При этом материал находится во вращающемся запасе до 5 минут, что требует дополнительных расходов на стабилизатор. При незначительном изменении толщины пленки можно использовать вытяжные ролики, но при этом соответственно должна измениться температура валков каландра. Кроме того, используется пространственный перекос валков. Также существует возможность изменения положения в вертикальном направлении одной стороны валка.