Моторизованная машина для расплаты

Знание отрасли

Активный контроль натяжения в Моторизованное оборудование для отдачи проводов : Чем оно отличается от пассивного торможения

Фундаментальное различие между моторизованными и пассивными системами отдачи заключается в том, как создается и поддерживается обратное натяжение во время процесса разматывания. Пассивные системы — магнитно-порошковые тормоза, фрикционные дисковые тормоза или механические тормозные механизмы — прикладывают фиксированный или регулируемый вручную крутящий момент сопротивления к валу катушки, полагаясь на механическое сопротивление, чтобы создать натяжение проволоки, когда она тянется в ходе последующего процесса. Этот подход адекватно работает в установившихся условиях, но предсказуемо терпит неудачу в двух наиболее критических моментах любого производственного цикла: ускорении с места и замедлении до остановки. Во время ускорения инерция полностью тяжелой катушки с кабелем означает, что тормозной момент, необходимый для поддержания заданного натяжения, значительно выше, чем во время установившегося натяжения - пассивный тормоз, установленный для установившегося натяжения, позволит сформировать слабину петли во время ускорения, которая затем натягивается, когда скорость на выходе стабилизируется, и создает всплеск натяжения, который может удлинить тонкие проводники или полностью оборвать провода.

Оборудование для отвода проволочного кабеля с электроприводом решает эту проблему, активно приводя в движение катушку в направлении размотки с контролируемым крутящим моментом, который компенсирует инерцию катушки во время фаз ускорения и замедления. Система привода — обычно двигатель переменного тока с векторным управлением или сервопривод — получает задание скорости от нисходящей линии и подает команду крутящего момента, рассчитанную для удержания опорного ролика в заданном положении во всем диапазоне скоростей. Когда нижестоящая линия ускоряется, моторизованный откупной привод увеличивает свой выходной крутящий момент, чтобы активно разматывать кабель, а не ждать, пока танцор упадет и сигнализирует о недостатке натяжения. В результате получается профиль натяжения, который остается в пределах ±5 % от заданного значения во всем диапазоне ускорения и замедления — уровень контроля, которого пассивные системы не могут достичь на кабельных катушках большого диаметра и с высокой инерцией.

Компания Shanghai Yessjet Precision Machinery Co., Ltd. интегрирует алгоритмы компенсации инерции в конфигурацию привода своего оборудования для отвода проводов с электроприводом, откалиброванного в соответствии с фактическим диаметром катушки и диапазоном веса, указанным для каждой установки. Параметры компенсации инерции устанавливаются во время ввода в эксплуатацию с помощью контролируемого испытания на линейное ускорение, а полученная стабильность натяжения проверяется на соответствие целевому диапазону до того, как линия будет запущена в производство, что гарантирует, что рабочие характеристики соответствуют технологическим требованиям с первого производственного запуска, а не требуют расширенной настройки методом проб и ошибок операторами клиента.

Компенсация диаметра золотника: почему без нее смещается отдающее натяжение

Кабельная катушка, разматываемая на моторизованной отдающей машине кабеля, постоянно меняет свой эффективный диаметр на протяжении всей трассы — начиная с диаметра наружного слоя и уменьшаясь до диаметра жилы по мере израсходования кабеля. Для типичной большой промышленной катушки это изменение диаметра может представлять собой соотношение от 3:1 до 5:1 между полным и пустым состояниями. Если привод отдачи поддерживает постоянную заданную скорость вращения, а не компенсирует это изменение диаметра, скорость линейного выхода кабеля будет уменьшаться пропорционально по мере опорожнения катушки, вынуждая последующие процессы либо принимать переменную скорость подачи, либо полагаться на буфер аккумулятора для поглощения дефицита. На экструзионных линиях, где скорость подачи проводника напрямую влияет на толщину стенки изоляции, некомпенсированное изменение диаметра при отдаче приводит к постепенному увеличению толщины стенки по мере опорожнения катушки — дефект, который развивается достаточно медленно, чтобы пройти первоначальные проверки качества, но не проходит при статистической выборке по всей длине бобины.

Правильный инженерный подход – непрерывное определение диаметра катушки с автоматической коррекцией скорости привода откатного механизма. Оценка диаметра может быть реализована тремя методами, каждый из которых имеет разные характеристики точности и требования к оборудованию:

• Интеграция позиции танцора: Смещение направляющего ролика интегрируется с течением времени для оценки потребляемой длины кабеля, что в сочетании с известной геометрией катушки позволяет вычислить текущий диаметр намотки — эффективно для стабильной геометрии катушки, но накапливает ошибку, если танцулька работает вблизи пределов своего хода в течение длительных периодов времени.
• Расчет передаточного числа: Соотношение между скоростью энкодера разматывающей катушки и скоростью энкодера последующей линии используется для расчета эффективного диаметра размотки в реальном времени — точно и самокорректируемо, но требует надежного сигнала скорости от технологического процесса на выходе, который синхронизируется с контроллером отдачи.
• Прямое оптическое измерение: Лазерный датчик расстояния или ультразвуковой преобразователь напрямую измеряет внешний диаметр катушки тока — метод высочайшей точности, не зависящий от накопленной ошибки расчета, но увеличивает стоимость аппаратного обеспечения датчика и требует защиты от кабельной пыли и загрязнения смазкой в области измерения.

На практике метод расчета передаточного числа обеспечивает наилучший баланс точности и простоты реализации для большинства задач. Автоматическая машина для отдачи кабеля установки. Скорость обновления компенсации должна быть достаточной для отслеживания изменений диаметра между отдельными слоями намотки — для типичного кабеля с изолированным диаметром 1,5 мм на катушке с шириной поперечного сечения 400 мм каждый слой представляет изменение диаметра примерно на 0,003 мм, поэтому для поддержания точности компенсации в пределах 0,5% от фактического диаметра требуется скорость обновления, по крайней мере, один расчет на оборот катушки.

Загрузка и выравнивание золотника: механические факторы, определяющие равномерность натяжения

Неравномерность натяжения в оборудовании для отвода проводов с электроприводом часто объясняется проблемами системы управления, когда фактической основной причиной является механическое смещение в точке крепления катушки. Катушка, установленная так, что ее ось вращения не перпендикулярна направлению отдачи (даже на 1–2 градуса), создает синусоидальное изменение натяжения на частоте намотки, поскольку кабель поочередно тянется то к поверхности фланца, то от нее во время размотки. Эта пульсация натяжения проявляется на опорном ролике в виде ритмических колебаний, которые контур регулирования натяжения не может подавить, поскольку частота возмущений соответствует или превышает полосу пропускания контура регулирования. Результирующее изменение напряжения обычно составляет 8–15% от пика до пика на частоте обмотки и не реагирует на настройки ПИД-регулятора, что приводит операторов к неправильному выводу, что источником проблемы является система управления.

Правильное выравнивание золотника требует как осевой перпендикулярности, так и бокового центрирования золотника относительно направления отдачи. Осевая перпендикулярность определяется геометрией раздаточной рамы и выравниванием блока подшипников вала золотника, что проверяется с помощью циферблатного индикатора, перемещаемого вдоль поверхности фланца золотника при вращении вала вручную. Боковое центрирование гарантирует, что кабель выходит из катушки под правильным углом для первой направляющей проушины, сводя к минимуму угол отклонения — угол между точкой выхода кабеля на катушке и центральной линией первой направляющей — который должен поддерживаться ниже 1,5 градусов, чтобы предотвратить износ фланцев и истирание кромок на крайних слоях кабеля.

Распространенные ошибки при установке катушки и их последствия от натяжения

Разработка последовательности смены мотовила: минимизация времени простоя без ущерба для контроля натяжения

Событие смены катушки — переход от разряженной катушки к новой полной катушке на автоматической машине отмотки проволочного кабеля — представляет собой момент наивысшего риска в рабочем цикле системы отдачи как с точки зрения непрерывности производства, так и с точки зрения контроля натяжения. На линиях без специального аккумулятора смены бобин последующий процесс должен быть полностью остановлен на время последовательности замены, которая в системе с ручной загрузкой обычно занимает от 3 до 8 минут в зависимости от веса катушки и наличия погрузочно-разгрузочного оборудования. Для непрерывной работы экструзионной линии даже трехминутная остановка требует пусковой продувки и периода стабилизации, прежде чем качество продукции вернется к заданному значению, что фактически приводит к тому, что общие производственные потери на смену рулона составляют от 8 до 15 минут полезной производительности.

Системы «летучего» сращивания, которые соединяют хвостовую часть изношенной катушки с передней частью новой катушки, пока обе находятся в движении, устраняют эти производственные потери, но требуют точной координации времени между приводом сращивания, приводом отдачи и аккумуляторной системой. Сращивание должно происходить в то время, когда аккумулятор освобождает сохраненную длину кабеля, чтобы поддерживать скорость линии на выходе во время мгновенной остановки разряженной катушки. Если емкости аккумулятора недостаточно для покрытия всего времени последовательности сварки, в дальнейшем процессе произойдет падение напряжения, что приводит к тому, что экструзионная траверса испытывает мгновенное снижение напряжения, что потенциально позволяет проводнику смещаться от центра внутри матрицы и создавать отрезок эксцентричной изоляции, который необходимо удалить.

• Размер аккумулятора для летающего соединения: Длина хода аккумулятора должна сохранять как минимум в 1,5 раза большую выходную мощность кабеля в течение максимального ожидаемого времени последовательности сварки, при этом дополнительный запас в 50 % учитывает изменение времени реакции оператора и времени цикла сращивающей головки в производственных условиях.
• Надежность обнаружения хвостового конца: Оптические или индуктивные датчики, обнаруживающие почти пустую катушку, должны инициировать сигнал начала сварки с заблаговременным уведомлением (обычно, когда на катушке остается 2–3 слоя кабеля), чтобы аккумулятор мог полностью накопить свою емкость до начала процесса сварки.
• Новое предварительное ускорение золотника: Новый привод катушки должен ускорять новую катушку, чтобы она соответствовала текущей скорости поверхности лески, прежде чем сработает зажим для сращивания - соединение с неподвижной или медленно движущейся катушкой создает импульс натяжения при переходе точки сращивания со старой катушки на новую, что может привести к разрыву соединения на проволоке тонкого калибра.
• Рестабилизация натяжения после сращивания: После соединения контур управления компенсационным натяжением требует периода рестабилизации, поскольку он переходит от работы со старыми характеристиками инерции золотника к новым полным золотникам — система управления должна применять мягкий переход в параметрах компенсации инерции, а не немедленное пошаговое изменение, чтобы предотвратить перерегулирование.

Интеграция моторизованной машины для отдачи кабеля с системами управления экструзионной линией

Моторизованная машина для отдачи кабеля, работающая как автономный блок — с собственной независимой заданной точкой натяжения и контуром управления танцором — приводит к внутреннему конфликту с системой управления скоростью отвода экструзионной линии. Обе системы пытаются регулировать натяжение кабеля в своих соответствующих точках: отводящая линия поддерживает натяжение вверх по направлению на входе проводника, а тяговая система поддерживает натяжение ниже по потоку на изолированном выходе кабеля. Если эти два контура управления не скоординированы через общую линию связи, они могут войти в противоречивое колебание, при котором отдача увеличивает напряжение в ответ на падение танцора, в то время как отрыв одновременно снижает скорость в ответ на увеличение напряжения, создавая устойчивое возвратно-поступательное взаимодействие, которое ни один из контуров не может разрешить независимо.

Правильным подходом к интеграции является иерархическая архитектура управления, в которой главный ПЛК экструзионной линии предоставляет задание скорости приводу оборудования для отдачи кабеля с электроприводом в качестве сигнала прямой связи, при этом контур управления положением отводящего танцора действует как регулировка трима поверх основного задания скорости, а не как независимый регулятор скорости. В этой конфигурации привод отдачи активно следует за скоростью линии посредством сигнала прямой связи, а тангенциальному контуру необходимо корректировать только остаточные несоответствия скорости, что снижает требования к полосе пропускания управления и устраняет возможность взаимодействия контуров. Канал связи между главным ПЛК линии и откатным приводом должен использовать детерминированный протокол полевой шины — PROFIBUS, EtherNet/IP или PROFINET — со временем цикла менее 10 миллисекунд, чтобы гарантировать, что сигнал прямой связи доставляется с достаточной своевременностью, чтобы быть эффективным во время линейного ускорения линии.

Основанная в Шанхае в 2002 году и расширенная через компанию Jiangsu Yessjet Precision Machinery Co., Ltd. в Исине в 2017 году, компания Shanghai Yessjet Precision Machinery Co., Ltd. разрабатывает оборудование для отдачи проводов с электроприводом с возможностью интеграции с платформами управления экструзионной линией, наиболее часто используемыми в производстве кабеля, включая серии Siemens S7, серии Mitsubishi Q и iQ-R, а также Allen-Bradley ControlLogix. Интерфейс привода отдачи предварительно сконфигурирован для приема основного задания скорости через соответствующий протокол промышленной шины, при этом параметры контура подстройки балансира установлены на заводе на стабильную стартовую конфигурацию, которую операторы могут точно настроить на месте, не требуя знаний в области программирования привода. Такой подход к интеграции сокращает время ввода в эксплуатацию новых линий и устраняет проблемы взаимодействия систем управления, которые часто возникают, когда к существующей экструзионной линии добавляется распределительное оборудование от разных поставщиков без инженерного согласования архитектуры управления.

Выбор заданного значения натяжения для различных материалов и сечений проводников

Выбор правильного заданного значения натяжения на автомате для отдачи проводов — это не вопрос выбора комфортного среднего значения в рабочем диапазоне машины — это расчет с учетом конкретного материала, который уравновешивает три конкурирующих требования: достаточное натяжение для поддержания прямолинейности проводника и предотвращения перекручивания катушки, достаточно низкое натяжение, чтобы избежать удлинения проводника сверх предела упругости, и достаточно стабильное натяжение, чтобы предотвратить смещение проводника внутри экструзионной головки. Каждое из этих требований накладывает различные ограничения на допустимый диапазон натяжения, а пересечение всех трех ограничений определяет правильный рабочий диапазон для данной спецификации проводника.

Удлинение проводника является наиболее важным ограничением для проводников тонкого сечения и высокой чистоты. Когда компенсационное натяжение превышает предел пропорциональности проводника — уровень напряжения, ниже которого деформация становится полностью эластичной — происходит необратимое удлинение, уменьшающее площадь поперечного сечения проводника и увеличивающее его сопротивление на единицу длины. Для проводников из бескислородной меди (OFC) пропорциональный предел ниже, чем для стандартной меди с электролитическим жестким шагом (ETP), а это означает, что заданные значения натяжения, приемлемые для стандартного провода, могут вызвать измеримое удлинение проводников из OFC того же сечения. Предел натяжения в Ньютонах для данного проводника может быть рассчитан из пропорционального предела напряжения (обычно 30–40% предела текучести для консервативного рабочего запаса), умноженного на площадь поперечного сечения проводника - расчет, который следует выполнять для каждой спецификации проводника, а не предполагать, что он линейно масштабируется в зависимости от веса проводника.

Эти значения служат отправной точкой при проектировании и должны быть сверены с данными о механических свойствах конкретного поставщика проводников для реальной производственной партии. Механические свойства проводников различаются у разных поставщиков и между производственными партиями одного и того же поставщика — особенно для многожильных проводников, где индивидуальные параметры волочения проволоки влияют на окончательный предел текучести пряди. Установление протокола проверки натяжения, включающего короткий испытательный запуск при предложенной заданной температуре с последующим измерением сопротивления на метр длины образца, обеспечивает подтверждение того, что рабочее натяжение находится в пределах диапазона упругости для фактического обрабатываемого материала, а не полагается исключительно на номинальные характеристики материала.