Controllo preciso della grammatura della carta: Valvola a settore sferico con comando di posizionamento preciso - 8192 passi oltre i 90°
L’azienda Grünewald con sede a Kirchhundem-Hofolpe, nella parte meridionale della regione del Sauerland, ha modernizzato il proprio controllo di processo. Grazie a un nuovo sistema di controllo del processo e a una nuova valvola di controllo della grammatura, l’azienda ha migliorato ulteriormente la produzione e la qualità, ottenendo un controllo preciso della grammatura della carta. Attraverso l’introduzione di una valvola a settore sferico altamente precisa con un trasduttore angolare montato internamente e un motore passo-passo, è stato possibile ottenere una significativa stabilizzazione del processo e un miglioramento della qualità con una produttività nettamente superiore.
La produzione di carta con grammature che vanno da soli 18 g/mÇ fino a un massimo di 60 g/mÇ richiede un controllo di processo molto accurato. Grünewald, con una capacità annua di circa 50.000 tonnellate, fornisce soprattutto carta in rotoli idonea al contatto con gli alimenti: buste per alimenti, carta cerata, carta velina e tovaglie di carta.
Il sistema obsoleto preesistente è stato sostituito da un moderno sistema di controllo del processo per stabilizzare i pesi della carta e consentire un aumento della produzione. Ciò ha richiesto l’incremento delle dimensioni della valvola di controllo da 100 mm a 150 mm, incorporando una valvola a settore sferico Schubert & Salzer DN150 (Fig.1). Il problema principale era che il vecchio motore passo-passo con una risoluzione di 10.000 passi, utilizzato per la valvola DN100, non era più disponibile per la DN150. La valvola precedente, dotata di un motore passo-passo con una risoluzione di 5800 passi, si è rivelata incapace di mantenere una tolleranza accurata del peso della carta.
“Con una valvola più grande, ogni passo di posizionamento errato causava più problemi che con una valvola più piccola”, ha dichiarato Reinhard Christes, responsabile dell’ingegneria elettrica, di misura e di controllo di Grünewald Paper. “Il cambio di dimensione della valvola portava a un tasso di inaccuratezza del tutto inadeguato e le conseguenze erano fluttuazioni non accettabili nel peso della grammatura della carta”.
Per questo motivo il motore passo-passo è stato sostituito con un servomotore di precisione di nuova generazione di Schubert & Salzer.
Flussi volumetrici precisi richiedono misure specifiche
Il servomotore può essere configurato in fabbrica in base alle esigenze del cliente con un segnale di comando tramite un segnale di posizionamento analogico (da 4 a 20 mA) o tramite un comando passo-passo/direzionale con un livello di segnale di 24 V e una frequenza di ingresso massima di 400 Hz. L’attivazione del posizionatore avviene tramite CAN-Bus o Profibus (Fig. 2).
Il controllo dell’azionamento tramite comando passo-passo/direzionale viene eseguito, a seconda dei requisiti di processo e/o di precisione, in modo tale da ottenere il movimento di rotazione di 90° in un intervallo compreso tra 1.000 e 8.192 passi.
L’eliminazione del gioco avviene grazie all’utilizzo di un azionamento planetario compatto. In questo modo il numero di passi impostato corrisponde esattamente al numero effettivo di passi di posizionamento trasmessi al settore sferico e non al numero di passi del motore.
Il feedback vitale per un’accuratezza di controllo senza compromessi è fornito da un trasduttore angolare a 15 bit ad alta precisione e rotazione assoluta, fissato senza carico al tronco inferiore, che registra la posizione corrente della sfera e la invia come segnale digitale al sistema di controllo. Questo circuito di controllo, che monitora internamente il movimento della valvola, garantisce il massimo livello di precisione tra il segnale di posizionamento e la posizione effettiva della valvola.
Attivato tramite un segnale di posizionamento analogico, il tempo di posizionamento di questa valvola su una rotazione di 90° può essere impostato in un intervallo compreso tra 1 e 300 secondi.
Il sistema di controllo è racchiuso in una custodia compatta. Inoltre, fornisce un segnale analogico di ritorno che può essere validato dai controlli dell’apparecchiatura.
“Con questo nuovo sistema di azionamento di precisione tutti i nostri problemi sono stati risolti in un colpo solo. La risoluzione di 8.000 passi ha certamente fornito la base per la soluzione, ma il segnale di posizionamento interno della valvola diretto all’azionamento è la caratteristica principale di questo sistema”, ha dichiarato Christes.
Massima precisione di controllo senza isteresi
L’isteresi è un problema spesso sottovalutato nelle valvole di regolazione. Per ottenere elevati livelli di precisione nei controlli è necessario che la trasmissione dell’azionamento all’unità funzionale della valvola sia priva di gioco. Solo così il segnale di posizionamento è correlato all’angolo di apertura parametrato della valvola e alla corrispondente portata volumetrica. Con la combinazione di un azionamento molto accurato e di una valvola a sfera, Schubert & Salzer Control Systems è riuscita a produrre una valvola di precisione anche per le portate volumetriche più elevate.
Determinante per garantire un’elevata precisione è il sensore angolare assoluto installato internamente, che valuta in tempo reale la posizione effettiva della valvola e trasmette un segnale di ritorno con un valore di posizionamento al dispositivo di regolazione. Inoltre, la risoluzione di oltre 8.000 passi per guidare la valvola a 90° riduce l’isteresi al di sotto dello 0,02%.
In questo modo le portate volumetriche, come nel caso della produzione della carta, possono essere regolate in modo estremamente preciso. “Ora possiamo associare con esattezza la posizione della valvola di regolazione della grammatura della carta a una specifica portata volumetrica del materiale; la valvola adotta esattamente questo posizionamento grazie al nuovo servomotore
della valvola di regolazione della grammatura di Schubert & Salzer”, ha dichiarato Christes. Con l’elettronica interna del segnale di ritorno, possiamo gestire i nostri pesi di grammatura in modo più preciso che mai (Fig. 3). Oggi la produzione è caratterizzata da fluttuazioni di peso longitudinali notevolmente ridotte. Più accurata è la gestione, meglio è per l’intera linea.
L’azionamento della valvola di precisione ha un impatto anche sul dosaggio degli additivi. Poiché non ci sono più fluttuazioni nel sistema, anche il dosaggio risulta molto più stabile.
Le variazioni di peso della grammatura vengono oggi effettuate in modo decisamente più efficiente. Se diamo alla valvola un nuovo posizionamento, essa funziona esattamente in base a questo e rimane stabile.
È semplicemente straordinario! La ripetibilità della posizione è precisa e veloce una volta impostati i parametri di controllo.”
