Головна » Рішення » Галузеві рішення » Харчова промисловість » Регульовний електропривод механізмів подачі пакувального обладнання
При сучасному підвищенні вимог до якості роботи пакувального обладнання все більше значення має вибір привода механізму подачі рулонного пакувального матеріалу. Розглянемо докладніше приводи цих механізмів, оскільки саме механізм подачі, або, як його часто називають, "живильник", визначає основну характеристику пакувальної лінії — продуктивність за заданої точності позиціонування. При цьому продуктивність визначається в кількості циклів за хвилину, де цикл включає розгін, переміщення із заданою швидкістю і гальмування з позиціонуванням у певній точці.
На продуктивність пакувальної лінії впливає безліч факторів, що залежать від режиму роботи, обслуговчого персоналу, можливостей застосовуваних приводів та ін. Перевагою таких режимів є можливість реалізації на обладнанні порівняно невисокої вартості і компактних розмірів. Тим не менш, ця перевага далеко не завжди перекривається низькою продуктивністю та недоліками, зумовленими людським фактором.
На підприємствах, де продуктивність перевищує 25 циклів за хвилину, використовується режим автоматичного регулювання подачі матеріалу. У цьому випадку використовуються регульовні приводи змінного струму з асинхронними двигунами. Формат подач пакувального матеріалу змінюється механічно шляхом регулювання рухом зворотно-поступальних кареток. Найбільш складне завдання у таких лініях — синхронізація роботи механізму пакування з наступними технологічними вузлами. Спроби вирішувати питання синхронізації за рахунок застосування механічних зв'язків призводять до невиправданого ускладнення конструкції.
В даний час все більшого поширення набувають перетворювачі частоти зі зворотним зв'язком за швидкістю, застосування яких дає можливість суттєво спростити механічні вузли подачі. Формування команд для керування двигуном у режимі позиціонування з урахуванням зміни формату упаковки здійснюється зовнішнім обчислювальним пристроєм. У базовому варіанті формат рулонного матеріалу, що подається, вимірюється за допомогою імпульсного датчика — енкодера, сигнал з якого подається на програмовний лічильник. Кількість імпульсів пропорційна лінійному розміру матеріалу, що подається, тож при досягненні заданого формату матеріалу формується сигнал про закінчення циклу подачі. В якості лічильника можна в найпростішому випадку використовувати лічильник імпульсів, зокрема СИ-8 виробництва «Акутек» або програмовний логічний контролер VIPA з лічильним входом. Такий підхід є досить простим у реалізації, і в разі низької необхідної точності позиціонування є оптимальним. Утримання матеріалу в точці зупинки проводиться за рахунок застосування електромеханічних гальм та електромагнітних муфт. Недоліком такого підходу є значний перегрів елементів механізму, який завжди виникає при гальмуванні за допомогою механічного впливу, що також не дає можливості суттєво підвищити продуктивність.
Для механізмів, де необхідна найвища точність позиціонування, точна зупинка механізму подачі пакувального матеріалу досягається ступінчастим або плавним зменшенням швидкості безпосередньо перед закінченням робочого циклу. Слід зазначити, що складне завдання точного регулювання швидкості асинхронного двигуна вирішується просто за допомогою сервопривода з векторним керуванням Lenze 9300 Servo. Цей привод дає можливість отримати високу якість динамічних характеристик, таких як точність позиціонування, час перехідного процесу тощо. Суттєвим обмеженням для підвищення продуктивності пакувальних ліній є важкий режим роботи асинхронного двигуна.
Використання сервопривода 9300 Servo дає змогу досягти продуктивності понад 140 циклів на хвилину. Така висока швидкодія обумовлена наявністю у вищезгаданого сервопривода інтегрованих контурів зворотного зв'язку не тільки за швидкістю обертання валу двигуна, але і за його положенням. Маючи високий рівень автоматизації на базі швидкісних мікропроцесорів та сучасного програмного забезпечення систем керування, такі сервоприводи, як 9300 Servo, визначають концепцію розвитку пакувальних ліній:
Сервопривод складається з двох основних елементів: сервоперетворювача та високомоментного серводвигуна з вбудованим імпульсним датчиком зворотного зв'язку. При цьому, в більшості випадків, вибір сервопривода змінного струму визначається типом двигуна, що підключається до нього, а саме, синхронного двигуна з збудженням від постійних магнітів або асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Відмінною здатністю 9300 Servo є те, що вказаний вище сервопривод здатний працювати як з асинхронними, так і з синхронними двигунами.
Крім того, за рахунок спеціальної конструкції асинхронного серводвигуна забезпечується малий момент інерції, невисокі втрати у статорі та роторі, а також мала величина ковзання. При використанні 9300 Servo керування двигуном здійснюється за певним алгоритмом таким чином, щоб забезпечити постійну величину потоку в роторі, а також перпендикулярність електромагнітних потоків ротора та статора. Це дозволяє отримати лінійні залежності моменту від швидкості обертання в досить широкому діапазоні частот. Таким чином, з 9300 Servo асинхронний серводвигун забезпечує номінальний момент при зміні частоти обертання ротора від 0 до 4000 оборотів та високі показники якості динаміки розгону — гальмування.
Оскільки для упаковок, які суттєво відрізняються за форматом, необхідно вирішувати різні завдання позиціонування, необхідно мати можливість реконфігурування сервоперетворювача. Це завдання також легко вирішується за допомогою 9300 Servo і технологічного програмного забезпечення Global Drive Control (GDC), що додається до нього. За допомогою GDC можливе зчитування, зміна та введення параметрів перетворювача, а також спостереження характеристик перехідних процесів у реальному часі. Зазначимо, що для роботи з цим програмним забезпеченням користувачу не обов'язково мати навички програмування.
Однією з різновидів 9300 Servo є сервопривод Servo Positioner, призначений для вирішення завдання позиціонування виконавчого механізму в заданій точці за певний час. При його використанні в механізмах подачі зменшується час, необхідний позиціонування, що дозволяє істотно підвищити продуктивність обладнання в цілому. При використанні вищезазначеного програмного забезпечення GDC в он-лайн режимі необхідно лише ввести необхідні дані для керування Servo Positioner, такі як параметри ПІ-регуляторів струму та швидкості, а також П-регулятора положення. Крім того, за допомогою GDC можлива зміна параметрів, що визначають обмеження на сигнал завдання та на виходах регуляторів, що дозволяє запобігти значним навантаженням двигуна, що мають місце в процесі експлуатації.
У режимі позиціонування може працювати інший різновид 9300 Servo, а саме, Servo PLC — сервопривод із вільно програмовним контролером. При цьому використовується програмний пакет Drive PLC Developer Studio та його доповнення Positioner. Останній є опцією для конфігурування переміщення механізму з однієї точки в іншу. При цьому Positioner містить велику бібліотеку шаблонів та прикладів, що дозволяє швидко налаштувати Servo PLC для вирішення необхідного завдання.
Завдяки інтегрованому мікропроцесору обробляються всі необхідні параметри механізму подачі пакувального матеріалу, а саме:
Така децентралізація системи керування рухом подачі дозволяє скоротити обсяг даних у комунікаційній системі «привод–зовнішній ПЛК». Це, у свою чергу, призводить до збільшення швидкодії системи керування, покращує точність та продуктивність системи подачі пакувального матеріалу. Наприклад, точність позиціонування при застосуванні в якості датчика зворотного зв'язку синус/косинусного енкодера — до 0,8 кутової хвилини ротора серводвигуна.
Очевидно, що, маючи вищезгадані характеристики та функціональні можливості, а також завдяки широкій лінійці потужностей, а саме від 0,37 до 75 кВт, сервоперетворювач 9300 Servo підходить не тільки для приводів механізмів подачі рулонного матеріалу пакувального обладнання. 9300 Servo — оптимальний вибір сервопривода для більшості галузей виробництва, де до системи пред'являються такі вимоги як надійність, швидкодія, точність позиціонування та стабілізація швидкості. Крім того, при застосуванні 9300 Servo з асинхронними серводвигунами забезпечується мінімальне енергоспоживання привода, зумовленого застосуванням векторного керування.
Д.А. Абдураманов, О.В.Торопов, СВ АЛЬТЕРА, м. Київ