Máy thiết bị thanh toán cơ giới

Kiến thức ngành

Kiểm soát căng thẳng chủ động trong Thiết bị thanh toán dây cáp có động cơ : Nó khác với phanh thụ động như thế nào

Sự khác biệt cơ bản giữa hệ thống thanh toán cơ giới và thụ động nằm ở cách tạo ra và duy trì lực căng ngược trong quá trình tháo cuộn. Hệ thống thụ động - phanh bột từ, phanh đĩa ma sát hoặc cơ cấu kéo cơ học - áp dụng một mô-men xoắn điện trở cố định hoặc có thể điều chỉnh bằng tay cho trục ống chỉ, dựa vào lực cản cơ học để tạo ra lực căng trong dây khi nó được kéo theo quá trình xuôi dòng. Cách tiếp cận này hoạt động hiệu quả trong điều kiện trạng thái ổn định nhưng có thể đoán trước được là thất bại ở hai thời điểm quan trọng nhất của bất kỳ hoạt động sản xuất nào: tăng tốc từ trạng thái dừng và giảm tốc đến dừng. Trong quá trình tăng tốc, quán tính của một ống cáp nặng hoàn toàn có nghĩa là mô-men phanh cần thiết để duy trì độ căng mục tiêu cao hơn đáng kể so với khi chạy ở trạng thái ổn định - một bộ phanh thụ động dành cho lực căng ở trạng thái ổn định sẽ cho phép hình thành một vòng chùng trong khi tăng tốc, sau đó bị căng ra khi tốc độ xuôi dòng ổn định và tạo ra một xung lực căng có thể kéo dài dây dẫn tốt hoặc đứt hoàn toàn dây.

Thiết bị thanh toán cáp dây có động cơ giải quyết vấn đề này bằng cách chủ động điều khiển ống cuộn theo hướng thư giãn với mô-men xoắn được kiểm soát để bù lại quán tính của ống cuộn trong các giai đoạn tăng tốc và giảm tốc. Hệ thống truyền động - điển hình là động cơ AC được điều khiển bằng véc tơ hoặc bộ truyền động servo - nhận tham chiếu tốc độ từ đường hạ lưu và áp dụng lệnh mô-men xoắn được tính toán để duy trì con lăn vũ công ở vị trí mục tiêu trong toàn bộ phạm vi tốc độ. Khi đường hạ lưu tăng tốc, bộ truyền động thanh toán bằng động cơ sẽ tăng mô-men xoắn đầu ra để chủ động tháo cáp thay vì chờ vũ công thả xuống và báo hiệu tình trạng thiếu căng. Kết quả là một cấu hình độ căng duy trì trong phạm vi ±5% điểm đặt trên toàn bộ đường bao tăng tốc và giảm tốc — một mức độ kiểm soát mà các hệ thống thụ động không thể đạt được trên các cuộn cáp có đường kính lớn, quán tính cao.

Shanghai Yessjet Precision Machinery Co., Ltd. tích hợp các thuật toán bù quán tính vào cấu hình truyền động của Thiết bị thanh toán cáp dây có động cơ, được hiệu chỉnh theo đường kính ống cuộn thực tế và phạm vi trọng lượng được chỉ định cho mỗi lần lắp đặt. Các thông số bù quán tính được thiết lập trong quá trình vận hành bằng cách sử dụng thử nghiệm tăng tốc có kiểm soát và độ ổn định lực căng đạt được được xác minh so với đường bao mục tiêu trước khi dây chuyền đi vào sản xuất - đảm bảo rằng các đặc tính hiệu suất đáp ứng các yêu cầu quy trình ngay từ lần chạy sản xuất đầu tiên thay vì yêu cầu người vận hành của khách hàng điều chỉnh thử và sai kéo dài.

Bù đường kính ống chỉ: Tại sao căng thẳng lại giảm nếu không có nó

Cuộn cáp được tháo ra trên Máy trả cáp có động cơ sẽ thay đổi đường kính hiệu dụng của nó liên tục trong suốt quá trình chạy - bắt đầu từ đường kính lớp ngoài và giảm dần đến đường kính lõi khi cáp được tiêu thụ. Đối với một ống công nghiệp lớn điển hình, sự thay đổi đường kính này có thể biểu thị tỷ lệ 3:1 đến 5:1 giữa trạng thái đầy và trống. Nếu bộ truyền động thanh toán duy trì điểm đặt tốc độ quay không đổi thay vì bù đắp cho sự thay đổi đường kính này, thì tốc độ đầu ra của cáp tuyến tính sẽ giảm tỷ lệ thuận khi ống trống rỗng, buộc quá trình xuôi dòng phải chấp nhận tốc độ cấp liệu thay đổi hoặc dựa vào bộ đệm tích lũy để hấp thụ phần thiếu hụt. Trên các dây chuyền ép đùn nơi tốc độ cấp dây dẫn ảnh hưởng trực tiếp đến độ dày thành cách nhiệt, sự thay đổi đường kính không được bù trong mức chi trả sẽ chuyển thành độ dày thành tăng dần khi ống trống rỗng - một khiếm khuyết phát triển đủ chậm để vượt qua kiểm tra chất lượng ban đầu nhưng không đạt được việc lấy mẫu thống kê trên chiều dài cuộn.

Phương pháp kỹ thuật chính xác là ước tính đường kính ống cuộn liên tục với hiệu chỉnh tốc độ tự động được áp dụng cho bộ truyền động trả tiền. Việc ước tính đường kính có thể được thực hiện thông qua ba phương pháp, mỗi phương pháp có đặc điểm độ chính xác và yêu cầu phần cứng khác nhau:

• Tích hợp vị trí vũ công: Sự dịch chuyển của con lăn vũ công được tích hợp theo thời gian để ước tính chiều dài cáp tiêu thụ, được kết hợp với hình dạng ống cuộn đã biết để tính toán đường kính cuộn dây hiện tại - hiệu quả đối với hình dạng ống cuộn nhất quán nhưng sẽ tích lũy lỗi nếu vũ công được vận hành gần giới hạn hành trình của nó trong thời gian dài
• Tính tỷ số tốc độ: Tỷ lệ giữa tốc độ bộ mã hóa ống thanh toán và tốc độ bộ mã hóa dòng xuôi dòng được sử dụng để tính toán đường kính tháo cuộn hiệu quả trong thời gian thực - chính xác và tự điều chỉnh nhưng yêu cầu tín hiệu tốc độ đáng tin cậy từ quy trình xuôi dòng được đồng bộ hóa với bộ điều khiển thanh toán
• Đo quang trực tiếp: Cảm biến khoảng cách bằng laser hoặc đầu dò siêu âm đo trực tiếp đường kính ngoài của ống cuộn hiện tại — phương pháp có độ chính xác cao nhất, không phụ thuộc vào lỗi tính toán tích lũy, nhưng làm tăng thêm chi phí phần cứng cảm biến và yêu cầu bảo vệ khỏi bụi cáp và ô nhiễm chất bôi trơn trong trường đo

Trong thực tế, phương pháp tính toán tỷ lệ tốc độ mang lại sự cân bằng tốt nhất về độ chính xác và tính đơn giản khi thực hiện cho hầu hết các trường hợp. Máy thanh toán dây cáp tự động cài đặt. Tốc độ cập nhật bù phải đủ để theo dõi sự thay đổi đường kính giữa các lớp cuộn dây riêng lẻ — đối với cáp thông thường có đường kính cách điện 1,5mm trên ống có chiều rộng ngang 400mm, mỗi lớp thể hiện sự thay đổi đường kính khoảng 0,003mm, yêu cầu tốc độ cập nhật ít nhất một phép tính cho mỗi vòng quay của ống để duy trì độ chính xác bù trong khoảng 0,5% đường kính thực tế.

Tải và căn chỉnh ống chỉ: Các yếu tố cơ học quyết định tính đồng nhất của lực căng

Độ căng không đồng đều trong Thiết bị thanh toán cáp dây có động cơ thường được cho là do các vấn đề về hệ thống điều khiển khi nguyên nhân cốt lõi thực sự là do sai lệch cơ học tại điểm lắp ống chỉ. Một ống cuộn được gắn với trục quay không vuông góc với hướng phân phối - thậm chí từ 1 đến 2 độ - tạo ra sự thay đổi lực căng hình sin ở tần số cuộn dây khi cáp kéo luân phiên về phía trước và ra khỏi mặt bích trong quá trình tháo cuộn. Gợn sóng căng thẳng này xuất hiện trên con lăn vũ công dưới dạng dao động nhịp nhàng mà vòng điều khiển độ căng không thể triệt tiêu vì tần số nhiễu phù hợp hoặc vượt quá băng thông của vòng điều khiển. Sự thay đổi độ căng dẫn đến thường là 8–15% từ đỉnh đến đỉnh ở tần số cuộn dây và không đáp ứng với các điều chỉnh điều chỉnh PID, khiến người vận hành kết luận không chính xác rằng hệ thống điều khiển là nguồn gốc của sự cố.

Căn chỉnh ống cuộn thích hợp đòi hỏi cả độ vuông góc theo trục và định tâm ngang của ống cuộn so với hướng hoàn trả. Độ vuông góc của trục được thiết lập bằng hình dạng khung thanh toán và căn chỉnh khối ổ trục trục ống chỉ - được xác minh bằng cách sử dụng chỉ báo quay số đi dọc theo mặt bích ống cuộn trong khi trục được quay bằng tay. Định tâm theo chiều ngang đảm bảo rằng cáp thoát ra khỏi ống cuộn ở góc chính xác cho lỗ dẫn hướng đầu tiên, giảm thiểu góc nhóm — góc giữa điểm thoát cáp ở ống cuộn và đường tâm của thanh dẫn hướng đầu tiên — góc này phải được giữ dưới 1,5 độ để tránh mài mòn mặt bích và mài mòn cạnh trên các lớp cáp ngoài cùng.

Các lỗi gắn ống chỉ thường gặp và ảnh hưởng của lực căng của chúng

Thiết kế trình tự thay đổi cuộn: Giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động mà không ảnh hưởng đến việc kiểm soát căng thẳng

Sự kiện thay đổi cuộn dây - chuyển từ một cuộn dây đã cạn kiệt sang một cuộn dây hoàn chỉnh mới trên Máy thanh toán cáp dây tự động - là thời điểm có rủi ro cao nhất trong chu kỳ vận hành của hệ thống thanh toán từ cả khía cạnh liên tục sản xuất lẫn quan điểm kiểm soát độ căng. Trên các dây chuyền không có bộ tích lũy thay đổi cuộn chuyên dụng, quy trình xuôi dòng phải dừng hoàn toàn trong suốt thời gian của chuỗi thay đổi, quá trình này trên hệ thống được tải thủ công thường mất từ ​​3 đến 8 phút tùy thuộc vào trọng lượng cuộn chỉ và tính khả dụng của thiết bị xử lý. Đối với một dây chuyền ép đùn chạy liên tục, ngay cả khi dừng 3 phút cũng cần có thời gian khởi động và ổn định trước khi chất lượng sản phẩm trở lại thông số kỹ thuật - làm cho tổng tổn thất sản xuất trên mỗi cuộn thay đổi từ 8 đến 15 phút đầu ra có thể sử dụng.

Hệ thống mối nối bay - nối phần đuôi của ống cuộn đã cạn kiệt với đầu ống cuộn mới trong khi cả hai đều đang chuyển động - loại bỏ tổn thất sản xuất này nhưng yêu cầu phối hợp thời gian chính xác giữa bộ truyền động mối nối, bộ truyền động thanh toán và hệ thống tích lũy. Việc ghép nối phải xảy ra trong khi bộ tích lũy đang giải phóng chiều dài cáp được lưu trữ của nó để duy trì tốc độ đường truyền xuôi dòng trong thời gian dừng tạm thời của ống cuộn đã cạn kiệt. Nếu công suất bộ tích lũy không đủ để đáp ứng toàn bộ thời gian của chuỗi mối nối, quá trình xuôi dòng sẽ trải qua tình trạng mất độ căng khiến cho đầu trượt đùn thấy độ căng giảm tạm thời — có khả năng cho phép dây dẫn đi lệch tâm trong khuôn và tạo ra một chiều dài cách điện lệch tâm cần phải được loại bỏ.

• Kích thước tích lũy cho mối nối bay: Độ dài hành trình tích lũy phải lưu trữ ít nhất 1,5 lần đầu ra cáp trong thời gian chuỗi nối dự kiến tối đa, với biên độ bổ sung 50% chiếm sự thay đổi về thời gian phản hồi của người vận hành và thời gian chu kỳ đầu nối trong điều kiện sản xuất
• Độ tin cậy phát hiện đuôi: Cảm biến quang học hoặc cảm ứng phát hiện tình trạng ống cuộn gần trống phải kích hoạt tín hiệu khởi tạo mối nối với thông báo trước đầy đủ - thường là khi vẫn còn 2 đến 3 lớp cáp trên ống cuộn - để cho phép bộ tích lũy xây dựng toàn bộ dung lượng lưu trữ trước khi sự kiện nối bắt đầu
• Tăng tốc trước ống chỉ mới: Bộ truyền động ống cuộn mới sẽ tăng tốc ống cuộn mới để phù hợp với tốc độ bề mặt đường hiện tại trước khi kẹp mối nối hoạt động - việc nối với ống cuộn cố định hoặc chuyển động chậm sẽ tạo ra xung lực căng khi điểm nối chuyển từ ống cuộn cũ sang ống mới, có khả năng làm đứt mối nối trên dây có kích thước nhỏ
• Ổn định lại lực căng sau mối nối: Sau mối nối, vòng điều khiển độ căng hoàn trả cần có một khoảng thời gian ổn định lại khi nó chuyển từ hoạt động trên các đặc tính quán tính của ống cuộn cũ sang cuộn chỉ hoàn chỉnh mới - hệ thống điều khiển nên áp dụng chuyển đổi mềm trong các tham số bù quán tính thay vì thay đổi bước ngay lập tức để tránh vượt quá mức

Tích hợp máy thanh toán cáp cơ giới với hệ thống điều khiển dây chuyền ép đùn

Máy thanh toán cáp có động cơ hoạt động như một thiết bị độc lập - với điểm đặt lực căng độc lập và vòng điều khiển vũ công - gây ra xung đột cố hữu với hệ thống kiểm soát tốc độ kéo ra của dây chuyền ép đùn. Cả hai hệ thống đều cố gắng điều chỉnh độ căng của cáp tại các điểm tương ứng của chúng: phần trả ra duy trì lực căng ngược dòng ở đầu vào dây dẫn và phần kéo ra duy trì lực căng xuôi dòng ở đầu ra cáp cách điện. Nếu hai vòng điều khiển này không được phối hợp thông qua một liên kết giao tiếp được chia sẻ, chúng có thể tạo ra một dao động xung đột trong đó phần thưởng làm tăng độ căng khi người nhảy rơi xuống trong khi phần kéo ra đồng thời giảm tốc độ để phản ứng với việc tăng độ căng - tạo ra tương tác qua lại bền vững mà không vòng lặp nào có thể giải quyết một cách độc lập.

Cách tiếp cận tích hợp chính xác là kiến ​​trúc điều khiển phân cấp trong đó PLC chính của dây chuyền ép đùn cung cấp tham chiếu tốc độ cho bộ điều khiển Thiết bị thanh toán cáp dây động cơ dưới dạng tín hiệu tiếp liệu, với vòng điều khiển vị trí vũ công thanh toán hoạt động như một điều chỉnh cắt trên đầu tham chiếu tốc độ chính chứ không phải là bộ điều khiển tốc độ độc lập. Trong cấu hình này, bộ điều khiển thanh toán chủ động tuân theo tốc độ đường truyền thông qua tín hiệu tiếp liệu và vòng lặp vũ công chỉ cần sửa những điểm không khớp về tốc độ còn lại — giảm yêu cầu băng thông điều khiển và loại bỏ khả năng tương tác vòng lặp. Liên kết giao tiếp giữa PLC chính của đường dây và bộ điều khiển thanh toán phải sử dụng giao thức fieldbus xác định — PROFIBUS, EtherNet/IP hoặc PROFINET — với thời gian chu kỳ dưới 10 mili giây để đảm bảo tín hiệu tiếp liệu được phân phối đủ kịp thời để có hiệu quả trong quá trình tăng tốc đường dây.

Được thành lập tại Thượng Hải vào năm 2002 và mở rộng thông qua Công ty TNHH Máy móc chính xác Giang Tô Yessjet tại Yixing vào năm 2017, Công ty TNHH Máy móc chính xác Yessjet Thượng Hải thiết kế Thiết bị thanh toán cáp dây cơ giới với khả năng tích hợp tự nhiên cho các nền tảng điều khiển dây chuyền ép đùn được sử dụng phổ biến nhất trong sản xuất cáp - bao gồm dòng Siemens S7, dòng Mitsubishi Q và iQ-R và Allen-Bradley ControlLogix. Giao diện truyền động thanh toán được cấu hình sẵn để chấp nhận tham chiếu tốc độ chính thông qua giao thức bus trường thích hợp, với các tham số vòng lặp Dance Trim được cài đặt tại nhà máy thành cấu hình khởi động ổn định mà người vận hành có thể tinh chỉnh tại chỗ mà không cần chuyên môn về lập trình truyền động. Phương pháp tích hợp này giúp giảm thời gian vận hành khi lắp đặt dây chuyền mới và loại bỏ các vấn đề tương tác điều khiển thường gặp khi thiết bị thanh toán từ các nhà cung cấp khác nhau được thêm vào dây chuyền ép đùn hiện có mà không có sự phối hợp kỹ thuật của kiến ​​trúc điều khiển.

Lựa chọn điểm đặt lực căng cho các vật liệu và đồng hồ đo dây dẫn khác nhau

Việc chọn điểm đặt độ căng chính xác trên Máy thanh toán cáp dây tự động không phải là vấn đề chọn giá trị trung bình thoải mái trong phạm vi hoạt động của máy — đó là phép tính dành riêng cho vật liệu cân bằng ba yêu cầu cạnh tranh: độ căng đủ để duy trì độ thẳng của dây dẫn và ngăn chặn tiếng gầm gừ của ống cuộn, độ căng đủ thấp để tránh độ giãn dài của dây dẫn vượt quá giới hạn đàn hồi và độ căng đủ ổn định để ngăn dây dẫn đi lang thang trong khuôn ép đùn. Mỗi yêu cầu này đặt ra một ràng buộc khác nhau đối với cửa sổ độ căng có thể chấp nhận được và giao điểm của cả ba ràng buộc này sẽ xác định phạm vi hoạt động chính xác cho thông số kỹ thuật của dây dẫn nhất định.

Độ giãn dài của dây dẫn là hạn chế quan trọng nhất đối với dây dẫn có kích thước nhỏ và độ tinh khiết cao. Khi lực căng hoàn trả vượt quá giới hạn tỷ lệ của dây dẫn - mức ứng suất dưới đó biến dạng hoàn toàn đàn hồi - độ giãn dài vĩnh viễn xảy ra, làm giảm diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn và tăng điện trở của nó trên một đơn vị chiều dài. Đối với dây dẫn bằng đồng không có oxy (OFC), giới hạn tỷ lệ thấp hơn so với đồng có bước điện phân cứng (ETP) tiêu chuẩn, nghĩa là điểm đặt độ căng được chấp nhận đối với dây tiêu chuẩn có thể gây ra độ giãn dài có thể đo được trên dây dẫn OFC của cùng một máy đo. Giới hạn độ căng tính bằng Newton đối với một dây dẫn nhất định có thể được tính từ giới hạn ứng suất tỷ lệ (thường là 30–40% cường độ chảy đối với giới hạn vận hành bảo toàn) nhân với diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn - một phép tính nên được thực hiện cho mọi thông số kỹ thuật của dây dẫn thay vì giả định tỷ lệ tuyến tính với trọng lượng dây dẫn.

Các giá trị này đóng vai trò là điểm khởi đầu về mặt kỹ thuật và phải được xác minh dựa trên dữ liệu đặc tính cơ học của nhà cung cấp dây dẫn cụ thể cho lô sản xuất thực tế. Đặc tính cơ học của dây dẫn khác nhau giữa các nhà cung cấp và giữa các lô sản xuất từ ​​cùng một nhà cung cấp - đặc biệt đối với dây dẫn bị bện trong đó các thông số vẽ dây riêng lẻ ảnh hưởng đến cường độ năng suất của sợi cuối cùng. Thiết lập một giao thức xác nhận độ căng - bao gồm chạy thử nghiệm ngắn tại điểm đặt được đề xuất, sau đó đo điện trở trên mỗi mét trên chiều dài mẫu - cung cấp xác nhận rằng độ căng vận hành nằm trong phạm vi đàn hồi đối với vật liệu thực tế đang được xử lý, thay vì chỉ dựa vào thông số kỹ thuật danh nghĩa của vật liệu.