Модернизация автоматизации продольно-резательного станка: ключевая роль управления ПЛК и настройки параметров

В условиях современного производства, стремящегося к высокой эффективности, качеству и гибкости производства, автоматизация традиционных продольно-резательных станков стала для предприятий единственным способом повышения своей конкурентоспособности. В этом процессе трансформации программируемые логические контроллеры (ПЛК) играют незаменимую ключевую роль в реализации основных функций управления и точной настройке параметров, выступая в роли «мозга» всей системы. Вместе они превращают простое механическое устройство в интеллектуальное, точное и стабильное высокопроизводительное производственное оборудование.

1. Ограничения и требования к модернизации традиционных продольно-резательных машин

Традиционные машины для продольной резки, например, с механическими приводами, релейным управлением или простыми микроконтроллерами, обычно связаны со следующими проблемами:

• Низкая эффективность: скорость смены заказов низкая, а корректировка зависит от опыта мастера, что отнимает много времени и сил.

• Низкая точность: контроль натяжения нестабилен, что приводит к таким проблемам, как провисание, сморщивание и разрыв материала, а выход продукции низок.

• Недостаточная гибкость: сложно адаптироваться к разным материалам, разной ширине и диаметру катушек.

• Низкая степень информатизации: отсутствие функций регистрации производственных данных, диагностики неисправностей, удаленного мониторинга.

• Сложное обслуживание: релейная линия сложна и требует устранения неисправностей.

Основная цель модернизации автоматизации — решить эти проблемы посредством электрической передачи данных и компьютерного управления, а ПЛК являются краеугольным камнем достижения этой цели.

2. Основная роль ПЛК в модернизации автоматизации продольно-резательного станка

ПЛК больше не является просто логическим контроллером, заменяющим реле, он превратился в комплексную платформу, интегрирующую логическое управление, управление движением и управление процессами.

1. Центральный командно-координационный центр

ПЛК является ядром всей системы управления продольно-резательным станком. Он получает команды и сигналы от человеко-машинного интерфейса (ЧМИ) и различных датчиков (таких как корректирующий электронный контроллер, датчик натяжения, энкодер) и выдаёт управляющие команды исполнительным механизмам (например, серводвигателю/двигателю с регулируемой частотой, пневматическим компонентам, электромагнитным клапанам) посредством логических операций и обработки внутренних программ, координируя упорядоченную и синхронную работу различных узлов, таких как размотка, тяга, резка и намотка.

2. Высокоточный контроль натяжения

Регулировка натяжения — это душа машины для продольной резки, напрямую влияющая на качество её работы. Благодаря интеграции передовых алгоритмов ПИД-регулирования, ПЛК обрабатывает сигнал обратной связи датчика натяжения в режиме реального времени, динамически регулирует крутящий момент или скорость серводвигателей размотки и намотки, обеспечивая постоянное или конусное натяжение. Это критически важно для работы с очень тонкими плёнками, эластичными волокнами или плотной бумагой, эффективно предотвращая провисание, провисание и образование складок.

3. Точное синхронное управление движением

Современные машины продольной резки часто используют многосервные системы. ПЛК управляет несколькими сервоприводами по высокоскоростным шинам (например, EtherCAT, Profinet), обеспечивая точную синхронизацию электронных кулачков между осями. Например, вал намотки должен автоматически регулировать скорость по мере увеличения диаметра рулона, чтобы поддерживать постоянную линейную скорость, а вал резака должен быть строго синхронизирован со скоростью подачи материала для обеспечения чистого реза. Всё это точно рассчитывается и выполняется функциональным блоком управления движением внутри ПЛК.

4. Автоматическое изменение заказов и управление рецептами

Это ключ к повышению эффективности. Операторы могут задавать «рецепты» для различных продуктов на панели оператора, включая:

◦ Ширина резки

◦ Длина/количество резки

◦ Заданное значение натяжения

◦ Отводной конус

◦ Параметры скорости

При смене заказа вызовите соответствующий рецепт одним щелчком мыши, и ПЛК автоматически запустит серводвигатель для перемещения держателя инструмента на заданную ширину и установит все рабочие параметры, что значительно сокращает время настройки и зависимость от квалификации оператора, а также реализует гибкость производства.

5. Интегрированные средства безопасности

ПЛК может интегрировать модули безопасности (или подключать реле безопасности через шины безопасности) для обработки сигналов от оборудования безопасности, такого как кнопки аварийной остановки, световые завесы безопасности и датчики зоны, а также реализовывать функции безопасного отключения, соответствующие уровням безопасности (таким как SIL2/PLd) для обеспечения безопасности персонала и оборудования.

6. Сбор данных и сетевое взаимодействие

В качестве информационного узла ПЛК может собирать и регистрировать рабочее состояние оборудования, выходные данные, сигналы о неисправностях и другие данные в режиме реального времени, а также загружать эти данные в систему SCADA или MES (систему управления производством) через промышленный Ethernet для реализации визуализации данных и управления производством на уровне завода, закладывая основу для цифровых заводов.

3. Настройка параметров: преобразование функций ПЛК в мост для реальной производительности

Независимо от мощности ПЛК, для его управления необходимы правильные параметры. Настройка параметров — это процесс «перевода» требований процесса в исполняемые машиной команды, и степень детализации напрямую определяет конечный результат производства.

Ключевые категории параметров включают в себя:

• Механические параметры: такие как передаточное отношение, диаметр ролика, номер линии энкодера и т. д., являются основой для ПЛК для выполнения точных расчетов положения и скорости.

• Параметры натяжения:

◦ Начальная уставка натяжения: устанавливается в соответствии с различными свойствами материала (например, ПП, ПЭТ, алюминиевая фольга).

◦ Параметры ПИД-регулятора (масштаб, интеграл, дифференциация): настройка этих трёх параметров напрямую определяет скорость отклика, стабильность и помехоустойчивость системы управления натяжением. Инженеру по наладке необходимо выполнить тонкую настройку в соответствии с условиями на объекте.

◦ Коэффициент конусности: контролирует кривую уменьшения натяжения с увеличением диаметра катушки во время намотки, чтобы предотвратить смятие сердечника или соскальзывание внешнего материала.

• Параметры скорости: включая время ускорения и замедления (S-образная кривая), максимальную скорость движения и т. д., плавное ускорение и замедление способствуют снижению воздействия на материал и обеспечивают плавный пуск и остановку.

• Параметры коррекции наведения (EPC): контролируют чувствительность и скорость отклика направляющего датчика и привода, гарантируя, что край или центральная линия материала всегда будут совмещены.

• Параметры оси: для продольной резки дисковым ножом необходимо задать величину перекрытия резаков, глубину реза и т. д.; для продольной и поперечной резки ножом необходимо точно рассчитать фазовую синхронизацию между летучим и нижним ножами.

Значение настройки параметров: отличная настройка параметров может полностью раскрыть возможности производительности оборудования, найти оптимальный баланс между скоростью, точностью и стабильностью и является «секретом» достижения высококачественного и эффективного производства.

4. Резюме

Модернизация системы автоматизации продольно-резательного станка по сути превращает его из устройства с механическим приводом в интеллектуальное устройство с программным управлением. В ходе этого перехода:

• ПЛК обеспечивает аппаратную основу и платформу возможностей для комплексного управления, высокоточного движения и интеллектуального принятия решений.

• Настройка параметров — это «душа» и «знания», заложенные в платформу, которые несут в себе конкретный производственный процесс и опыт эксплуатации.

Эти два подхода дополняют друг друга и являются незаменимыми. Только инвестируя в мощную и открытую систему ПЛК, подкрепленную глубокой и тщательной оптимизацией параметров и исследованиями технологических процессов, предприятия могут по-настоящему раскрыть весь потенциал продольно-резательного станка и в конечном итоге добиться значительных преимуществ в плане качества, эффективности и контроля затрат, а также получить рыночные преимущества.