Модернизация тракта протяжки пленки на вертикальных упаковочных автоматах

Если рассмотреть весь тракт протяжки пленки, то можно выделить следующие узлы:

• Механизм протяжки пленки по формирующей трубе, состоящий из роликов протяжки, с устройством прижима-отжима вакуумного типа, соединенным с асинхронным мотором-редуктором.
• Тракт заправки пленки с направляющими и корректирующими роликами (количество которых на разных автоматах варьируется).
• Механизм, обеспечивающий пленке постоянное натяжение заданной величины в заданном диапазоне скоростей, состоящий из:
• асинхронного мотора-редуктора с шестеренчатым приводом размотки бобины;
• рычага управления режимом работы мотора-редуктора привода размотки (в режиме старт-стоп) — фрикционного тормоза;
• индуктивных датчиков, фиксирующих крайние положения рабочего сектора рычага и так называемого гравитационного натяжителя в виде свободного ролика для компенсации избыточно размотанной части пленки (рис. 1), что в совокупности и обеспечивает (условно) постоянное натяжение пленки в плоскости ее захода на воротник (для машин воротникового типа).

Рис. 1. Механизм обеспечения натяжения

Появление на рынке электроники сервоприводов нового поколения с достаточно богатым функционалом и возможностью работы в режиме реального времени порождает вопрос: а можно ли избавиться от многих описанных выше механических процессов за счет программной автоматизации этих процессов?

Попробуем рассмотреть один из вариантов реализации програм­мным методом процесса поддержания натяжения пленки при протяжке, равным какому-то значению, величина которого будет зависеть от физико-химических свойств материала пленки и заданной производительности автомата.

При протяжке пленки возможны три состояния натяжения, обусловленные величинами линейных скоростей и :

• нормальное: = ;
• перетянуто: > ;
• недотянуто (провис): < .

Возможность реализации состояния нормального натяжения пленки (= ) попробуем рассмотреть на предлагаемых фирмой Kuhnke изделиях (рис. 2), в частности на сервоприводах и сервомоторах фирмы Kuhnke, в тандеме с промышленными контроллерами этой же компании — например, сервоусилитель BL 4104-С, серво­мотор серии B и контроллер Kuhnke FIO Controller 116 soft motion.

Рис. 2. Изделия Kuhnke

Многочисленные встроенные программные функции превращают сервопривод BL 4104-C в действительно универсальную приводную технологию. Сервоприводы BL 4104-C не только поддерживают большое количество типов двигателей и все распространенные датчики положения, но и очень гибко адаптируются к различным приложениям за счет простой параметризации встроенных технологических функций. Высокоточная обработка внешних сигналов в приводе позволяет максимально сократить время цикла.

Встроенный в библиотеку Softmotion SM3_Basic в контроллерах фирмы Kuhnke программный модуль «Электронный редуктор» с его функциональными блоками, а именно FB MC_GearIn (рис. 3), позволяет легко решить поставленную задачу по поддержанию постоянной величины натяжения пленки.

Рис. 3. Интерфейс «Электронного редуктора»

Программный модуль «Электронный редуктор» при помощи функционального блока FB MC_GearIn разрешает две независимые оси любых приводов соединить в виртуальный редуктор с входным и выходным валами с нужными частотами вращения и с необходимым передаточным числом (I), чье значение можно менять программно в любой момент времени.

Рассмотрим нашу систему (привод узла протяжки и привод узла размотки) как виртуальный редуктор с входным и выходным валами, связанными с переменным передаточным числом (I).

Во время протяжки диаметр бобины меняется (уменьшается). Для обеспечения постоянства линейной скорости в точке схода пленки с бобины необходимо регулировать (увеличивать) частоту вращения привода размотки с какой-то функциональной зависимостью от диаметра бобины.

Для понимания происходящего процесса и определения этой зависимости обратимся к рис. 4, где условно изображен тракт протяжки и размотки пленки.

Рис. 4. Тракт протяжки и размотки пленки

На рис. 4 показаны все необходимые элементы и величины, участвующие в рассматриваемом процессе.

Поясним все обозначения на рис. 4:

• D1 — совокупный диаметр ролика протяжки (диаметр ведущего шкива + толщина ремня), величина постоянная для конкретной конструкции;
• D2 — начальный диаметр бобины;
• D3 — текущий диаметр бобины (величина переменная), уменьшается по мере размотки;
• W1 — угловая скорость ролика протяжки, начальная величина зависит от заданной производительности автомата;
• W2 — угловая скорость бобины. Рассчитывается программно автоматически при помощи блока (MC GearIn (FB) из библиотеки softmonion — электронный редуктор (находится в базовой библиотеке SM3_Basic);
• V1, V2, V3, V4 — линейная скорость, соответственно, в точках A, B, B1, B2 они всегда равны! Это обусловлено заданными условиями: величина натяжения пленки должна быть постоянной во время всего процесса;
• L1 — длина протяжки пленки за один такт;
• L2 — расстояние до окружности бобины;
• L3 — текущее расстояние до окруж­ности бобины, измеренное датчиком. Величина переменная — меняется во время процесса и измеряется датчиком расстояния Q1. Можно использовать датчики фирмы Baumer серии OADM 12I6460/S35A, с разрешением 0,002–0,005 мм или аналогичные другого производителя;
• M1 — сервомотор механизма протяжки;
• M2 — сервомотор механизма размотки бобины;

Для предотвращения провиса или излишнего натяжения пленки необходимо соблюдать условие:

V1 = V2

где V1 — линейная скорость пленки в точке A; V2 — линейная скорость пленки в точке B (рис. 4).

Линейные скорости в указанных точках связаны с соответствующими угловыми скоростями соотношениями:

выражая через частоту вращения соответствующих валов, можно написать:

где F1 — частота вращения вала привода ролика протяжки (об/мин);

где F2 — частота вращения вала привода размотки бобины (об/мин);

F1D1 = F2D2

или

в начальный момент процесса.

Соотношение

эквивалентно передаточному числу редукции для рассматриваемой системы. Обозначим через I и запишем:

в начальный момент процесса.

В текущий момент процесса передаточное число I будет рассчитываться по формуле:

где D3 = D2 – L3 + L2 (текущий диаметр бобины), получим:

Параметр I — величина переменная и программно доступная через функциональный блок FB MC_GearIn библиотеки Softmotion SM3_Basic.

Параметры D1, D2, L2 — величины постоянные для каждой конкретной конструкции и типа используемой бобины. Задаются через панель оператора (как уставки).

Величина параметра L3 рассчитывается датчиком расстояния Q1 и обрабатывается в программе автоматически:

.

Мы получили требуемую зависимость передаточного числа редуктора от диаметра бобины. Вычисляя в коде программы значение этой переменной (I) в любой момент времени согласно заданному алгоритму, мы получим необходимые значения линейных скоростей в нужных точках механизма. Напомним, что начальное значение натяжения регулируется доступными программно параметрами разгона и торможения обоих приводов (Acc, Dec).

Обратим внимание и на следующее: в режиме синхронизации по моменту на валах точность поддержания значения необходимого натяжения пленки выше за счет автоматической коррекции соотношения заданного момента и скорости протяжки. Это позволит использовать в процессе более тонкие материалы, которые подвержены растяжению при недопустимых физических нагрузках.

В заключение отметим, что подобный подход к решению данной задачи позволит исключить из устоявшихся конструкций определенное количество узлов и агрегатов, что в свою очередь уменьшит массогабаритные размеры, существенно повысит совокупную надежность и производительность комплекса оборудования, сократит время наладки, повысит качество формируемого пакета.

ООО «Сервостар»
Москва, Семеновская набережная, д. 2/1, стр. 1
Тел.: +7 (495) 144-53-46
E-mail: info@servostar.ru
www.servostar.ru