Автоматизация по выгодной цене
Машина серийного производства упаковывает до 120 пакетов в минуту
Для реализации была выбрана вертикальная упаковочная машина в рукава/пакеты VPZ 140 фирмы Wolf Verpackungsmaschinen GmbH в городе Лих-Бирклар. Машина предназначена для упаковки закусок, сладостей и продуктов питания, а также химических сухих веществ с оптимальными затратами. Она работает прерывисто и может в зависимости от установленной длины пакета сформировать, наполнить и запечатать до 120 пакетов. Пакеты могут быть длиной от 4 до макс. 22 см, а шириной в зависимости от формовочного выступа до 140 мм.
При этом с помощью пульта управления можно произвольно устанавливать длину пакета и тактовую частоту.
При реализации представленного здесь решения машина серийного производства не претерпела механических изменений, только лишь прежняя автоматизация посредством сервоприводов и дополнительной системы управления была заменена на чистое приводное решение.
Выполнение многообразных задач
Хотя речь идет о так называемой недорогой машине, но задачи, предъявляемые к автоматизации, все равно остаются очень разными.
Для дозирования используется сервоось, которую необходимо позиционировать точно по точкам и по времени. Вторая ось позиционирования передвигает ременный привод для поперeчного печатного устройства. Т.к. над этим движением также одновременно вытягивается пленка, то этот процесс позиционирования должен происходить как можно более плавно, без толчков, даже при высокой тактовой частоте. Движения обеих осей должны быть скоординированы, а срабатывание вентилей пневматической шины для открытия и закрытия печатной траверсы должно происходить синхронно этому.
Следующими функциями являются учет и регулирование температуры для продольного и поперечного печатного устройства, а также срабатывание шнекового дозатора. А еще и типовые задачи управления: цикловое программное управление и контроль над различными состояниями станка, а также коммуникация с устройством управления.
Чтобы справится со всеми этими задачами, раньше приходилось использовать много разных компонентов: приводы, систему управления и HMI — дорогостоящее решение, которое в этом чувствительном к ценам сегменте рынка становилось нарастающей проблемой.
Система привода также берет на себя все задачи управления
Для реализации новой концепции была выбрана система привода SINAMICS S120 с модулем регулирования CU320. Этот модуль особенно высокоэффективный: oн может не только управлять несколькими приводами, но также предлагает обширные функции позиционирования, а также свободные программные блоки, с помощью которых можно реализовать технологические функции и задачи управления. Кроме того, в любое время с помощью интерфейса и так называемых терминальных модулей можно расширить количество входов/выходов сигналов.
На основе этих свойств модуль часто используется в качестве центрального устройства управления для целой группы осей и также предназначен именно для решаемой здесь задачи. Все необходимые функции станка могут быть реализованы с помощью этой системы. Только для обслуживания используется сенсорная панель, которая так же по Profibus осуществляет коммуникацию с CU320. Это устройство берет на себя управление квитированием, ввод заданных значений и индикацию фактических значений и диагностических данных.
Перетащил – оставил – соединил – и готово!
Все технологические функции и задачи управления были реализованы с помощью функций SINAMICS „Drive Control Chart (DCC)“. При этом речь идет о готовых функциональных блоках, таких как логические команды, счетчики, сумматоры, задержки включения/выключения или блоки регулятора.
Эти блоки могут использоваться почти в любом количестве, и включаться друг с другом или с сигналами процесса. Для этого их можно легко и просто выбрать в графическом редакторе, включить и — в зависимости от блока — дополнительно спараметрировать.
Благодаря этому можно напрямую реализовать такие задачи управления, как различные режимы работы, запуск/останов машины, расчет дозировки, компенсацию запаздывания и даже широтно-импульсную модуляцию для запуска нагрева.
Это означает, что комплексное управление машиной, для которого обычно необходима отдельная система управления, теперь может быть реализовано с помощью привода. И что особенно удобно для оператора привода: Реализация функций происходит не через программирование системы управления, а с помощью включения блоков, привычных для приводной техники.
Быстрая реализация, убедительный результат
Представленный здесь проект был выполнен в рамках дипломной работы – что является доказательством того, что такое решение по автоматизации абсолютно возможно без больших инжиниринговых затрат и системных знаний.
А результат не уступает прежнему более дорогому решению с отдельными аппаратными средствами управления: достигается тактовая частота 40 продуктов в минуту, а установленное с помощью свободных блоков регулирование температуры с точностью 0,1 градус находится далеко от предъявляемых требований. С помощью этой системы можно также реализовать дополнительные функции, например, коррекцию следов сдавливания или компенсацию проскальзывания пленки.
Открытость для расширений
Благодаря использованию наращиваемой приводной платформы SINAMICS описываемое решение не ограничивается простыми машинами: количество осей и входов/выходов сигналов может быть расширено в любое время, а для дополнительных и более сложных задач управления можно добавить отдельную систему управления, например, SIMOTION или SIMATIC. Благодаря этому отсутствует системный разрыв между разными комплексными типами машин, а однажды реализованная задача может далее использоваться также и на более крупных или расширяемых станках.
С растущим требованием по сокращению расходов на электрооборудование необходимо найти новые концепции автоматизации, в которых можно было бы сэкономить на компонентах. Именно в простейших упаковочных машинах использование современных сервоприводных систем предлагает для этого элегантное решение: благодаря растущей интеллектуальности и эффективности эти системы могут также взять на себя задачи управления машиной.