Digitalisierung des Temperiergerätes

Modellbasierte thermische Industriesysteme: Die Tool Temp AG und drei Institute der Ingenieurwissenschaften an der FHNW realisierten ein innovatives regelungstechnisches Konzept.

Messdaten über den Zyklusverlauf werden in eine mathematischen Modellarchitektur eingebaut, um eine modellprädiktive Regelung zu entwickeln.

• Prädiktive Prozesssteuerung
• Zustandsvariablen
• Spritzguss- und Moldflow-Simulation

Die Tool Temp AG aus Sulgen (TG) stellt Temperiergeräte für die Kunststoff-, Chemie- und Pharmaindustrie her. Diese Geräte besitzen eine robuste und einfache analoge Steuerungstechnik, die jedoch im Hinblick auf eine Entwicklung und Umsetzung von Industrie 4.0 und einer digitalisierten Prozesskette Verbesserungspotenzial aufweist. Die Realisierung einer intelligenten Prozesssteuerung bei der Temperierung von Spritzgusswerkzeugen soll der Tool Temp AG dabei helfen, dem Kunden energieeffiziente Systeme mit der Möglichkeit einer Online-Diagnose, -Überwachung und -Steuerung anzubieten.

Ziel des Projektes war es, den Temperierungsprozesses beim Spritzgiessen in Bezug auf einen energieeffizienteren Einsatz mit Hilfe eines einfachen digitalen Regelkreises zu optimieren. Unter Verwendung der Erkenntnisse aus Füll- und Temperaturfeldsimulationen sollten die jeweiligen Abhängigkeiten der einzelnen prozessabhängigen und dynamischen Zustandsvariablen in einem prädiktiven Regelmodell abgebildet und so der Prozess optimal gesteuert werden. Ein weiteres Ziel war es, alle wesentlichen Parameter in Bezug auf die kundenspezifischen Wünsche und Bedürfnisse aufzunehmen, um eine kontinuierliche Überwachung des Spritzgussprozesses zu ermöglichen.

Es konnten erfolgreich alle wesentlichen Zustandsvariablen in einem mathematischen Modell aufgenommen und mit Hilfe eines so genannten "prädiktiven Regelkreises" beschrieben werden. Dabei erfolgt die modellbasierte Prädiktion des Systemverhaltens und die Formulierung einer zu lösenden Optimierungsaufgabe für einen konkreten Zeitpunkt und gilt fortführend auf Basis der Erkenntnisse aus einer Vielzahl von Simulationen und Messungen über diesen hinaus. So lässt sich auf relativ kostengünstige Weise eine Prozessregelung umsetzen, ohne dabei wesentlich in die bewährte Technik der analogen Temperierungssteuerung einzugreifen.