Régulateur des réhydratants vapeur pour réduire la courbure des bords et améliorer la planéité de la bande grâce à un profil d'humidité transversal

Les problèmes de courbure des bords et de pose à plat sont souvent résolus par des agents réhydratants utilisés dans l'industrie de l'étiquetage et de la transformation. Une stratification irrégulière de l'humidité peut provoquer le rétrécissement ou l'expansion des fibres de cellulose lorsqu'elles s'équilibrent, ce qui entraîne une courbure, en particulier sur les bords de la bande de papier. Les variations d'humidité dans les couches pendant le processus de laminage peuvent également entraîner des problèmes de pose à plat, en particulier lorsque des températures élevées sont utilisées pour les revêtements antiadhésif recouverts de silicone. Le papier frisé est un problème pour les opérations d'impression et d'emballage qui ont besoin d'un produit plat uniforme pour un fonctionnement efficace et une maintenance réduite. Les fabricants d'étiquettes réhydratent souvent le produit après le séchage ou le durcissement pour ramener l'humidité au niveau d'origine et ainsi réduire ou éliminer les boucles. Les méthodes courantes de réhydratation comprennent les systèmes d'application de liquide (LAS), les disques et pulvérisateurs d'eau et les rideaux ou applicateurs de vapeur.

Systèmes d'application de liquides (LAS)

Les systèmes d'applications liquides (LAS) saturent la bande avec de l'eau ou des solutions chimiques à base d'eau grâce à un système d'applicateur et de rouleau doseur. Ces systèmes incorporent parfois un troisième rouleau pour saturer la feuille entière. Le transmetteur d'humidité MCT460 est utilisé pour mesurer l'humidité et émettre un signal analogique de 4 à 20 mA qui est utilisé pour contrôler la vitesse de roulement de l'applicateur et atteindre le point de consigne. La sortie numérique est envoyée à un PC séparé pour l'archivage des rouleaux de produits.

Le LAS est généralement utilisé pour réhydrater le papier afin d'éliminer la courbure des bords ou pour introduire un composant chimique dans le papier, tel qu'un inhibiteur de moisissure (produits alimentaires) ou un agent ignifuge (papiers à cigarettes). L'inhibiteur de moisissure appliqué dans les produits alimentaires peut ensuite être recouvert d'une cire pour sceller le papier.

Il existe généralement trois points de contrôle pour les réhydratants LAS. L'écart, l'inclinaison et la vitesse de roulement de l'applicateur. L'espace limite la quantité de liquide appliquée, l'inclinaison ajuste l'alignement du rouleau et la vitesse de l'applicateur contrôle la quantité de liquide appliquée pour un espace donné. L'écart est défini en fonction des spécifications du fabricant et des essais. L'inclinaison est réglée manuellement par l'opérateur pour obtenir un profil uniforme ou peut être automatique via le PLC. La vitesse du rouleau de l'applicateur doit être ajustée en fonction de l'évolution de la vitesse de la bande. L'intégration d'un transmetteur d'humidité après le LAS améliore considérablement le contrôle qualité, accélère le démarrage et garantit un fonctionnement fluide indépendamment de la vitesse du Web.

Disques à eau

Les disques ou rotors à eau sont alimentés en eau ou en solution et la rotation à grande vitesse produit des gouttelettes microscopiques contrôlées par des ventilateurs de pulvérisation. Les zones ou zones de pulvérisation doivent être homogènes et équilibrées sur l'ensemble de la bande.

Réhydratants à la vapeur

Les réhydratants à la vapeur peuvent être des douches passives ou des systèmes fermés. Les douches passives sont essentiellement des tubes dont les trous sont régulièrement espacés sur la toile. Elles sont sujettes au colmatage et à la condensation, ce qui peut entraîner une application d'humidité inégale et une contamination. Les systèmes fermés incluent l'impact, le streaming et la vapeur simple. Le flux (vapeur émise parallèlement à la bande) et la vapeur simple nécessitent généralement des temps de séjour plus longs et des vitesses de bande plus lentes pour que l'humidité soit transmise au papier. Les pulvérisations sous pression (vapeur dirigée vers la bande) forcent la vapeur saturée à grande vitesse à pénétrer dans les fibres de cellulose, ce qui permet de conférer des niveaux d'humidité plus élevés au papier. La vapeur peut être appliquée sur un côté ou sur les deux côtés de la bande, selon l'application. La vitesse de la bande, la température, la densité de la vapeur et le temps de séjour influent sur la capacité du réhydratant à la vapeur à insuffler de l'humidité dans le papier. Des rouleaux de refroidissement sont parfois utilisés avant la chambre à vapeur pour abaisser la température du papier (125 °F ou moins) afin d'assurer le plus haut niveau de condensation sur la bande.

La chambre à vapeur se compose d'une série de vannes à vapeur et de plaques de diffusion régulièrement espacées dans une enceinte étanche pour empêcher les émissions fugitives de s'échapper, de se condenser et de s'égoutter sur la nappe. Il doit également comprendre une chambre à vide ou une chambre d'aspiration pour empêcher la collecte de liquide dans la chambre à vapeur. La vanne à vapeur est actionnée par un signal de commande de pression généralement compris entre 0 et 30 psig. L'humidité relative, la température et les changements de rouleau peuvent tous avoir un impact sur la densité de vapeur requise pour atteindre le point de consigne d'humidité. Les vannes à vapeur peuvent également s'user ou se boucher au fil du temps, ce qui a un impact sur les performances. Un profil d'humidité de la bande transversale permet de contrôler automatiquement la pression de la vanne de vapeur pour garantir le point de réglage de l'humidité.

Transmetteurs d'humidité

Les transmetteurs dans le proche infrarouge (NIR) sont généralement utilisés pour mesurer l'humidité du papier. Idéalement, deux émetteurs NIR sont utilisés pour permettre le contrôle par anticipation. Un transmetteur d'humidité est installé devant le réhydratant, près de la sortie du séchoir ou de la station de séchage, et un autre à la sortie du réhydratant. Souvent, un seul transmetteur d'humidité est monté à la sortie uniquement pour le contrôle du feedback. Le transmetteur d'humidité de sortie doit être installé suffisamment en aval pour permettre à toutes les vapeurs d'eau du papier présentes immédiatement après l'applicateur de vapeur de se dissiper. Elle se trouve généralement à 10 à 20 pieds de la chambre en fonction de la vitesse de la bande. Un thermomètre infrarouge peu coûteux est souvent intégré au transmetteur d'humidité NIR ou monté à côté de celui-ci pour surveiller la température de la bande.

Le transmetteur d'humidité aura des sorties analogiques et numériques proportionnelles, ainsi qu'un affichage numérique du pourcentage d'humidité. Le transmetteur d'humidité est monté entre 6 et 16 pouces de la bande de papier et incliné de 15 à 20° par rapport à la normale si la surface est brillante pour éviter la réflexion spéculaire. Les transmetteurs d'humidité NIR mesurent l'absorption d'eau à 1,94 microns et la comparent à une ou deux longueurs d'onde non absorbantes telles que 1,82 ou 2,05 (pic de cellulose) microns pour fournir une mesure de l'humidité en pourcentage entier. La précision de ces transmetteurs dépasse généralement celle du laboratoire en raison des problèmes de manipulation des échantillons liés au transport des échantillons de papier vers le laboratoire, mais elle est de l'ordre de 0,1 % ou mieux. Les normes d'étalonnage sont utilisées pour confirmer les performances d'étalonnage tous les trois mois.

Profil Web transversal de l'humidité

Avec le Système de profilage Web Guardian HD, le transmetteur d'humidité NIR est monté sur un châssis de numérisation automatique avec encodeur de position pour permettre de cartographier le profil transversal de la bande d'humidité du papier sur un PC industriel. L'écran de l'opérateur local présentera les moyennes de zone sur le Web qui illustreront graphiquement le profil. Ces zones permettent à l'opérateur de visualiser rapidement le profil et comprennent des alarmes de couleur, généralement vert-bon (dans les limites des spécifications), alerte jaune et alarme rouge. Le profil est une moyenne mobile du nombre de scans sélectionnés par l'opérateur (généralement 2 scans) avec le plan de la mise à jour précédente en arrière-plan afin que l'opérateur puisse voir les résultats de toute modification manuelle des conditions de fonctionnement. Le transmetteur d'humidité et le codeur de position alimentent la carte contrôleur du cadre de numérisation qui transmet les informations au PC industriel via Ethernet.

L'ordinateur transmet les données brutes, y compris les mesures d'humidité et de température, la position de la bande, le statut en mouvement/stationnement et l'état du mode manuel ou automatique, à un contrôleur logique programmable (PLC) ou à une interface homme-machine (HMI). Une application serveur OPC (Open Process Control) fait office d'interface entre la couche matérielle et la couche applicative pour faciliter la communication avec l'IHM. Il est important de disposer de drapeaux d'état indiquant la position en mouvement ou en position garée afin que le contrôleur de processus confirme que le transmetteur scanne et n'exerce aucun contrôle sur le Web sur la base d'une mesure ponctuelle si le transmetteur a été placé en position fixe ou stationnée sur le Web en mode manuel.

Les données doivent être analysées en fonction de la largeur de la bande et de l'emplacement de la vanne à vapeur. Bien que l'opérateur puisse sélectionner le nombre de zones et la largeur de zone pour l'affichage du profil Web, ces zones peuvent ne pas correspondre aux zones Steam individuelles pour différentes largeurs de bande. Par exemple, un convertisseur peut avoir une largeur maximale de 96 pouces mais également produire des produits de 64 et 48 pouces pour différents produits ou clients. Les chambres à vapeur devraient couvrir la totalité des 96 pouces et si les vannes à vapeur étaient espacées de 6 pouces, elles auraient un total de 16 vannes. Lorsqu'un produit est remplacé par une bande de 64 pouces, les zones extérieures des deux côtés sont fermées et seules 10 à 12 zones sont activées en fonction du positionnement de la bande et du tissage. Pour modifier la largeur de la bande à 48 pouces, il faudrait activer au moins 8 zones.

Si l'opérateur sélectionnait des segments de zone de 2 pouces pour l'affichage du profil Web, il aurait 48 zones affichées pour la largeur de bande de 96 pouces, mais seulement 24 zones pour la largeur de bande de 48 pouces. En collectant les données brutes indépendamment du profil Web affiché, les données peuvent être analysées pour correspondre aux zones de vapeur activées pour chaque largeur de bande, tout en permettant à l'opérateur de voir une représentation visuelle en segments plus petits. Cela permet au PLC de contrôler chaque actionneur de vanne de vapeur individuel avec un signal pneumatique pour augmenter ou diminuer la densité de vapeur et donc l'humidité du papier dans chaque zone. La détection automatique des arêtes est une option privilégiée pour tenir compte du tissage de la toile qui se produit parfois lors de changements de rouleau ou à la suite d'un mauvais contrôle de la tension.

L'interfaçage du système de profil Web du transmetteur d'humidité et du PLC avec l'IHM présente l'avantage de simplifier les opérations. Au lieu d'avoir à saisir séparément un changement de produit dans l'IHM, l'automate de réhydratation à la vapeur et les systèmes de profil Web transversal (CD), l'opérateur peut saisir le changement de produit dans l'IHM qui communiquera le nouveau produit au profileur Web CD et à l'API directement via l'application serveur OPC. Différents produits peuvent avoir des cibles d'humidité, des revêtements et des largeurs de bande différents et l'utilisation de l'IHM simplifie la procédure pour les opérateurs, réduisant ainsi le risque d'erreur de l'opérateur.

Les réhydratants à la vapeur sont de plus en plus utilisés pour réduire la courbure des bords et consistent en une série de chambres à vapeur réparties sur le Web. Ces chambres mesurent généralement de quatre à huit pouces de largeur et peuvent être simples ou doubles selon l'application. La mise à niveau de votre film ou boîte à vapeur en mode automatique accélère le démarrage, réduit les rebuts et améliore le contrôle qualité. Lorsque vous envisagez une mise à niveau, quelques points doivent être pris en compte pour maximiser la valeur.

Les meilleures données à utiliser à partir du profil Web sont les données brutes plutôt que les moyennes des zones des profils d'humidité, car elles peuvent ne pas correspondre à celles des chambres de la zone de réhydratation à la vapeur lorsque la largeur de la bande change. Les données brutes doivent être analysées pour correspondre aux zones de la chambre, ce qui signifie que le profileur doit reconnaître les différentes largeurs de bande via une recette. Les données analysées sont ensuite envoyées à un contrôleur logique programmable (PLC) pour contrôler la vanne d'actionnement individuelle de chaque zone de vapeur.

Au lieu de demander aux opérateurs de saisir manuellement ces données de recette individuellement dans le profileur lorsque la largeur du produit change, il est préférable que le poste opérateur HMI (interface homme-machine) communique avec le profileur via une interface graphique telle que Wonderware, Genesis, Interlution, SCADA ou autre via Ethernet, Modbus, Profinet ou un autre protocole approprié. Cela réduit le nombre de tâches de l'opérateur et accélère le changement de produit. Les données du profil d'humidité doivent également être stockées séparément pour l'archivage des données, généralement via une liaison Ethernet.

Résumé

Les systèmes d'application liquide, les disques d'eau et les réhydratants à la vapeur qui réduisent la courbure des bords et améliorent la planéité bénéficient de l'incorporation de Transmetteurs d'humidité NIR dans le schéma de contrôle.