SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Модернизация участка линии продольной резки вафельного полотна на фабрике "Дирол-Кедберри"

Рассматривается модернизация привода толкателя линии резки вафельного полотна. Приводится описание системы управления.

ООО “НПФ “Ракурс”, г. Санкт-Петербург

Rakurs_site.gif

Компания “Ракурс” завершила модернизацию участка линии продольной резки вафельного полотна на фабрике “Дирол-Кедберри” (г. Чудово). Модернизация была произведена с целью улучшения качества выпускаемой продукции, увеличения производительности линии, снижения затрат на обслуживание. 


Описание конструкции участка линии продольной резки

Модернизация коснулась привода толкателя (рис.1) линии резки. 

На стол с толкателем, находящимся в ноль-позиции, подаются полосы вафельного полотна. Толкатель с предустановленной скоростью осуществляет сдвиг полотна на лезвия для продольного распила на расстояние, равное длине будущего батончика. Затем происходит некоторая задержка, для организации интервала между рядами. Количество сдвигов определяется количеством рядов вафельного полотна. Толкатель максимально быстро возвращается обратно и точно позиционируется в исходном положении (в ноль-позиции), чтобы принять новые ряды вафельного полотна.

1.jpg
Рис.1. Модернизированный механизм толкателя
1-ременная передача, 2-перегрузочная муфта безопасности,3- сервомотор, 
4-концевой выключатель перегрузочной муфты безопасности, 5-датчик "О-позиции",
 6-шарово-винтовая пара (ШВП), 7- толкатель

Система должна обеспечивать распил 35 рядов в минуту для батончиков стандартного размера и 25 рядов в минуту - для батончиков большого размера.
Поступательное движение толкателя осуществляется за счет передачи движения от двигателя, сначала через ременную передачу, оснащенную муфтой безопасности, затем через шарово-винтовую пару (ШВП) с коэффициентом передачи 20.

Датчик ноль-позиции служит для позиционирования толкателя при запуске линии и сигнализирует о готовности участка к приему вафельного полотна и выполнению дальнейших операций.

При механическом упоре толкателя вследствие нарушения технологического процесса или возникновении аварийных ситуаций, для защиты от обрыва ремня и прочих повреждений, служит муфта безопасности с концевым выключателем, сигнал от которого служит запретом на вращение вала мотора.


Модернизация

До модернизации механизм приводил в движение асинхронный двигатель, подключенный непосредственно к силовой сети, через редуктор. Пуск и реверс обеспечивали пускатели, управляемые контроллером верхнего уровня. Останов двигателя обеспечивал тормоз, так же управляемый контроллером. 

Недостатками данного решения являлась невысокая точность позиционирования толкателя, ударные нагрузки на механизмы редуктора и тормоза при старте/останове, приводящие к  их быстрому износу.

В ходе модернизации, асинхронный двигатель привода толкателя был заменен на сервомотор 95UMC300CACAA (номинальный ток 3,7А)  фирмы “CT Dynamics”, управляемый преобразователем частоты Unidrive SP1404 (рис. 2) мощностью 3 кВт фирмы “Control Techniques”. 

Использование приводов такого типа позволяет отказаться от редуктора, поскольку сервосистемы обеспечивают достаточно высокий момент даже на нулевой скорости (в данном случае 5,4 Нм), сервомоторы при этом не требуют принудительного охлаждения.

2small.jpg

Рис. 2. Преобразователь частоты Unidrive SP производства Control Techniques


Система управления движением

Схема подключения Unidrive SP и контроллера верхнего уровня представлена на рис. 3.

Алгоритм системы управления участка линии резки (рис.4) реализован на встраиваемом в преобразователь частоты контроллере SM-Application, представляющем собой опционный модуль. Данный контроллер имеет свои дискретные входы и выходы, обладает доступом ко всем параметрам преобразователя. 

Использование такого контроллера значительно упрощает организацию системы управления, поскольку вся информация о положении, скорости толкателя обрабатывается непосредственно в преобразователе частоты. Значения переменных заносятся с помощью панели управления преобразователя частоты через специальные параметры - регистры.

3.jpg
Рис. 3. Схема подключения цепей управления

Программирование SM-Application осуществляется с помощью программного обеспечения SyptPro. Это ПО поддерживает различные способы написания программ - это язык лестничных диаграмм, функциональные блоки и язык “DPL” (приближен к BASIC). Контроллер поддерживает стандарт программного обеспечения PLC-Open, что значительно упрощает написание программы для управления движением.

В алгоритме используются следующие термины:
- сигнал “Старт” - служит для инициализации системы;
- “предустановленное расстояние реза” - абсолютное перемещение толкателя, выраженное в миллиметрах, количество установок не менее семи (расстояние задается оператором посредством панели управления преобразователя частоты), выбор установок - двоичный код по трем дискретным сигналам из контроллера верхнего уровня автоматики;
- “максимальная скорость” - номинальные обороты двигателя, используется для возврата толкателя в “ноль-позицию”;
- сигнал “толкатель в положении “ноль-позиции” служит для активации дополнительного устройства, счищающего с рабочей поверхности остатки продукта и подачу продукта в зону толкателя;
- внешний дискретный сигнал “работа разрешена” транслируется контроллером верхнего уровня автоматики, разрешает прямое движение толкателя;
- “расстояние холостого хода” - перемещение толкателя от “ноль-позиции” до продукта (задается оператором посредством панели управления преобразователя частоты);
- “предустановленная скорость реза” - скорость смещения вафельного полотна на ножи (задается аналоговым сигналом 4-20 мА).

4.jpg
Рис. 4. Алгоритм системы управления


Выводы

Модернизированный привод толкателя позволил повысить точность реза вафельного полотна до +/- 0,1 мм (ранее +/- 1,5 мм),  обеспечить требуемую производительность линии резки (35 рядов в минуту для батончиков стандартного размера и 25 рядов в минуту - для батончиков большого размера). Возможность задания режима работы толкателя через панель управления преобразователя частоты, значительно упростила работу оператора и сократила время на перенастройку линии под разные типы продукции. Замена асинхронного двигателя с прямым пуском на сервомотор позволила значительно повысить надежность системы в целом, так как режим постоянного старт/стопа для сервомоторов является нормальным, да и останов двигателя в нужной позиции производится без использования тормоза за счет способности сервомотора удерживать многократную перегрузку по моменту на валу даже при нулевой скорости.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 1(13)_2007
П.А. Зайцев,
ООО “НПФ “Ракурс”, г. Санкт-Петербург,
E-mail: service@rakurs.com