Kuumapuristustelan lämpötilan mittauksen ja säädön kehittäminen

Abstract

Työn toimeksiantaja on Oulun seudun ammattikorkeakoululla tekniikan yksikössä toimiva painettavan älykkyyden kehittämislaboratorio Prinlab. Laboratorion painokoneen kuumapuristusyksikön lämmönsäätö oli puutteellinen luotettavien testiajojen suorittamiseen. Telan pintalämpötilan vakaana pitäminen vaati jatkuvaa säätimen käsikäyttöä, vaikka käytössä oli PID-säädin. Koneen käyttäjän piti mitata telan pintalämpötila käsin erillisellä mittalaitteella, koska säätimelle mittaustiedon antava anturi oli sijoitettu toimilaitteen sisälle.

Työn tavoitteena oli muuttaa lämpötilan mittauspaikkaa siten, ettei käyttäjän enää tarvitsisi tarkistaa telan pintalämpötilaa erillisellä mittalaitteella. Lisäksi haluttiin, että telan pintalämpötila pysyisi vakaana ja lämpötilan muutoksia voitaisiin ohjata nopeasti säätimellä.

Työssä tehtiin prosessikokeita, joilla selvitettiin lämmitysjärjestelmän prosessimalli, tämän pohjalta määritettiin telan pintalämpötilan säätöön tarvittavat parametrit. Lämpötilan mittaus muutettiin mitattavaksi telan pinnasta infrapuna-anturilla. Aineistona käytettiin automaatiotekniikan opintojen aikana tutuksi tulleita lähteitä.

Työn jälkeen koneen käyttäjän ei enää tarvinnut tarkistaa telan pintalämpötilaa erillisellä mittalaitteella, vaan lämpötila luettiin suoraan säätimen näytöltä. Telan pintalämpötila pysyi testiajojen aikana vakaana automaattiohjauksella. Lämpötilan muutokset oli mahdollista tehdä nopeammin ja vakaammin säätimellä.

Telan lämmitystä tulisi vielä kehittää, sillä telan pintalämpötilassa esiintyy lämpötilaeroja, jotka voivat olla seurausta lämmönlähteen sijainnista, telan materiaalisista ominaisuuksista sekä puutteellisesta lämmöneristyksestä.

This thesis was carried out in development laboratory of printed intelligence, Oulu University of Applied Sciences. Hot emboss unit of a printing machine was developed to study mass production capabilities of printed intelligence. Preliminary results of testing showed that heat control of the hot emboss roll was inadequate for reliable testing. The maintenance of steady temperature required continuous manual control of the heat controller although PID – control was available. Surface temperature of the roll was measured by using separate measuring device, because temperature measuring device for the heat control was placed inside of an actuator.

The objective of this thesis was to change the location of temperature measure and thus minimize the use of separate temperature measuring device. Aim was also to improve response speed of the temperature control and maintenance of stable surface temperature.

Execution was done by making process tests which gave information for composing a process model. Based on process model it was possible to calculate tuning parameters needed for controlling surface temperature of the roll. Temperature measurement was done by infrared sensor which measured directly surface temperature of the roll. Theory behind execution was gathered from familiar sources which become known during automation technology studies.

After completion user was no longer obligated to measure surface temperature of the roll with separate measuring device. One could see temperature directly from controllers display. The roll kept stable surface temperature during printing process with automation control and necessary temperature changes were faster and more stable.

There is still some improvement to be done for the heating system. Fluctuation detected in surface temperature of the roll may be resulted from the location of heat source, material quality of the roll and insufficient heat insulation.