آلة معدات الدفع الآلية

المعرفة الصناعية

التحكم النشط في التوتر معدات دفع الكابلات السلكية الآلية : كيف يختلف عن الكبح السلبي

يكمن الاختلاف الأساسي بين أنظمة الدفع الآلية والسلبية في كيفية توليد التوتر الخلفي والحفاظ عليه أثناء عملية الفك. تطبق الأنظمة السلبية - فرامل المسحوق المغناطيسي، أو فرامل قرص الاحتكاك، أو آليات السحب الميكانيكية - عزم دوران مقاومة ثابت أو قابل للتعديل يدويًا على عمود البكرة، بالاعتماد على السحب الميكانيكي لخلق توتر في السلك أثناء سحبه من خلال العملية النهائية. يعمل هذا النهج بشكل مناسب في ظروف الحالة المستقرة ولكنه يفشل بشكل متوقع في اللحظتين الأكثر أهمية في أي عملية إنتاج: التسارع من حالة التوقف التام والتباطؤ إلى التوقف. أثناء التسارع، يعني القصور الذاتي لبكرة الكابل الثقيلة أن عزم الفرامل المطلوب للحفاظ على التوتر المستهدف أعلى بكثير مما هو عليه أثناء التشغيل في حالة الاستقرار - مجموعة الفرامل السلبية لتوتر الحالة المستقرة ستسمح بتكوين حلقة مرتخية أثناء التسارع، والتي تنقطع بعد ذلك مشدودة مع استقرار سرعة التيار ويخلق ارتفاعًا في التوتر يمكنه إطالة الموصلات الدقيقة أو كسر الأسلاك بالكامل.

تعمل معدات دفع الكابلات السلكية الآلية على حل هذه المشكلة من خلال قيادة البكرة بشكل فعال في اتجاه الاسترخاء مع عزم دوران متحكم يعوض القصور الذاتي للبكرة أثناء مرحلتي التسارع والتباطؤ. يتلقى نظام القيادة - عادةً محرك تيار متردد يتم التحكم فيه عن طريق ناقل الحركة أو محرك مؤازر - مرجعًا للسرعة من الخط السفلي ويطبق أمر عزم الدوران المحسوب للحفاظ على الأسطوانة الراقصة في موضعها المستهدف طوال نطاق السرعة الكامل. عندما يتسارع الخط السفلي، يعمل محرك الدفع الآلي على زيادة عزم الدوران الناتج لفك الكابل بشكل استباقي بدلاً من انتظار سقوط الراقص والإشارة إلى نقص التوتر. والنتيجة هي ملف تعريف التوتر الذي يظل ضمن ± 5% من نقطة الضبط عبر غلاف التسارع والتباطؤ بأكمله - وهو مستوى من التحكم لا يمكن للأنظمة السلبية تحقيقه على بكرات الكابلات ذات القطر الكبير وعالية القصور الذاتي.

تقوم شركة Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. بدمج خوارزميات تعويض القصور الذاتي في تكوين محرك الأقراص الخاص بمعدات دفع الكابلات السلكية الآلية، والتي تمت معايرتها وفقًا لقطر البكرة الفعلي ونطاق الوزن المحدد لكل عملية تثبيت. يتم تعيين معلمات تعويض القصور الذاتي أثناء التشغيل باستخدام اختبار منحدر التسارع الذي يتم التحكم فيه، ويتم التحقق من استقرار التوتر الناتج مقابل الغلاف المستهدف قبل دخول الخط إلى الإنتاج - مما يضمن أن خصائص الأداء تلبي متطلبات العملية من أول تشغيل للإنتاج بدلاً من الحاجة إلى ضبط التجربة والخطأ الممتد من قبل مشغلي العميل.

تعويض قطر البكرة: لماذا ينجرف التوتر الناتج بدونه

إن بكرة الكابل التي يتم فكها على آلة دفع الكابلات الآلية تغير قطرها الفعال بشكل مستمر طوال فترة التشغيل - بدءًا من قطر الطبقة الخارجية وتتناقص إلى القطر الأساسي مع استهلاك الكابل. بالنسبة للبكرة الصناعية الكبيرة النموذجية، يمكن أن يمثل تغيير القطر هذا نسبة 3:1 إلى 5:1 بين الحالة الممتلئة والحالة الفارغة. إذا حافظ محرك الدفع على نقطة ضبط ثابتة لسرعة الدوران بدلاً من تعويض هذا التغيير في القطر، فسوف تنخفض سرعة إخراج الكبل الخطي بشكل متناسب مع إفراغ التخزين المؤقت، مما يجبر العملية النهائية إما على قبول سرعة تغذية متغيرة أو الاعتماد على المخزن المؤقت للمراكم لامتصاص العجز. في خطوط البثق حيث تؤثر سرعة تغذية الموصل بشكل مباشر على سمك الجدار العازل، فإن تغير القطر غير المعوض في الدفع يترجم إلى زيادة تدريجية في سمك الجدار مع إفراغ البكرة - وهو عيب يتطور ببطء بما يكفي لاجتياز اختبارات الجودة الأولية ولكنه يفشل في أخذ العينات الإحصائية عبر طول البكرة.

يتمثل النهج الهندسي الصحيح في التقدير المستمر لقطر البكرة مع تطبيق التصحيح التلقائي للسرعة على محرك الدفع. يمكن تنفيذ تقدير القطر من خلال ثلاث طرق، لكل منها خصائص دقة مختلفة ومتطلبات الأجهزة:

• تكامل وضعية الراقص: يتم دمج إزاحة الأسطوانة الراقصة مع مرور الوقت لتقدير طول الكابل المستهلك، والذي يتم دمجه مع هندسة البكرة المعروفة لحساب قطر اللف الحالي - وهو فعال بالنسبة لأشكال هندسية متسقة للبكرة ولكنه يتراكم الخطأ إذا تم تشغيل الراقصة بالقرب من حدود سفرها لفترات طويلة
• حساب نسبة السرعة: يتم استخدام النسبة بين سرعة تشفير بكرة الدفع وسرعة تشفير خط المصب لحساب قطر الفك الفعال في الوقت الحقيقي - دقيقة وذاتية التصحيح ولكنها تتطلب إشارة سرعة موثوقة من العملية النهائية التي تتم مزامنتها مع وحدة التحكم في الدفع
• القياس البصري المباشر: يقوم مستشعر مسافة الليزر أو محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية بقياس القطر الخارجي الحالي للبكرة مباشرةً - وهي الطريقة الأعلى دقة، بغض النظر عن خطأ الحساب المتراكم، ولكنها تضيف تكلفة أجهزة الاستشعار وتتطلب الحماية من غبار الكابلات وتلوث مواد التشحيم في مجال القياس

من الناحية العملية، توفر طريقة حساب نسبة السرعة أفضل توازن بين الدقة وبساطة التنفيذ بالنسبة لمعظم الناس آلة سداد كابلات الأسلاك الأوتوماتيكية المنشآت. يجب أن يكون معدل تحديث التعويض كافيًا لتتبع تغيرات القطر بين طبقات اللف الفردية - بالنسبة للكابل النموذجي بقطر معزول 1.5 مم على بكرة عرض عرضي 400 مم، تمثل كل طبقة حوالي 0.003 مم من تغيير القطر، مما يتطلب معدل تحديث لعملية حسابية واحدة على الأقل لكل دورة بكرة للحفاظ على دقة التعويض في حدود 0.5% من القطر الفعلي.

تحميل التخزين المؤقت والمحاذاة: العوامل الميكانيكية التي تحدد توحيد التوتر

يُعزى عدم انتظام التوتر في معدات دفع الكابلات السلكية الآلية في كثير من الأحيان إلى مشكلات نظام التحكم عندما يكون السبب الجذري الفعلي هو اختلال المحاذاة الميكانيكية عند نقطة تثبيت التخزين المؤقت. إن البكرة المثبتة بمحور دوران غير عمودي على اتجاه الدفع - حتى بمقدار 1 إلى 2 درجة - تخلق تباينًا في التوتر الجيبي عند تردد اللف حيث يسحب الكابل بالتناوب نحو وبعيدًا عن وجه الحافة أثناء الفك. يظهر تموج التوتر هذا على الأسطوانة الراقصة كتذبذب إيقاعي لا تستطيع حلقة التحكم في التوتر قمعه لأن تردد الاضطراب يطابق أو يتجاوز عرض النطاق الترددي لحلقة التحكم. عادةً ما يكون تباين التوتر الناتج 8-15% من الذروة إلى الذروة عند تردد اللف ولا يستجيب لتعديلات ضبط PID، مما يؤدي بالمشغلين إلى الاستنتاج بشكل غير صحيح أن نظام التحكم هو مصدر المشكلة.

تتطلب المحاذاة الصحيحة للتخزين المؤقت كلاً من العمودية المحورية والتوسيط الجانبي للتخزين المؤقت بالنسبة لاتجاه الدفع. يتم ضبط التعامد المحوري من خلال هندسة إطار الدفع ومحاذاة كتلة محمل عمود البكرة - يتم التحقق منها باستخدام مؤشر الاتصال الذي يتم اجتيازه على طول وجه شفة البكرة أثناء تدوير العمود يدويًا. يضمن التمركز الجانبي أن يخرج الكابل من التخزين المؤقت بالزاوية الصحيحة لثقب الدليل الأول، مما يقلل من زاوية الأسطول - الزاوية بين نقطة خروج الكابل في التخزين المؤقت والخط الأوسط للدليل الأول - والتي يجب أن تظل أقل من 1.5 درجة لمنع تآكل الحافة وتآكل الحافة في طبقات الكابل الخارجية.

أخطاء تركيب التخزين المؤقت الشائعة وتأثيرات التوتر الخاصة بها

تصميم تسلسل تغيير البكرة: تقليل وقت التوقف عن العمل دون المساس بالتحكم في التوتر

يعد حدث تغيير البكرة — الانتقال من بكرة مستنفدة إلى بكرة كاملة جديدة على ماكينة دفع كبل الأسلاك الأوتوماتيكية — اللحظة الأكثر خطورة في دورة تشغيل نظام الدفع من كل من استمرارية الإنتاج ومنظور التحكم في التوتر. في الخطوط التي لا تحتوي على مراكم تغيير البكرة المخصص، يجب أن تتوقف العملية النهائية تمامًا طوال مدة تسلسل التغيير، والذي يستغرق عادةً في النظام المحمل يدويًا من 3 إلى 8 دقائق اعتمادًا على وزن البكرة وتوافر معدات المناولة. بالنسبة لخط البثق الذي يعمل بشكل مستمر، يتطلب التوقف لمدة 3 دقائق فترة تطهير واستقرار لبدء التشغيل قبل أن تعود جودة المنتج إلى المواصفات - مما يجعل إجمالي خسارة الإنتاج لكل بكرة يتغير بشكل فعال من 8 إلى 15 دقيقة من الإنتاج القابل للاستخدام.

تعمل أنظمة الوصلات الطائرة - التي تربط ذيل البكرة المستنزفة مع مقدمة البكرة الجديدة بينما يكون كلاهما في حالة حركة - على التخلص من خسارة الإنتاج هذه ولكنها تتطلب تنسيقًا دقيقًا للتوقيت بين مشغل الوصلة، ومحرك الدفع، ونظام المجمع. يجب أن يحدث الوصل أثناء قيام المركم بتحرير طول الكابل المخزن الخاص به للحفاظ على سرعة خط المصب أثناء التوقف اللحظي للتخزين المؤقت المستنفد. إذا كانت سعة المجمع غير كافية لتغطية كامل وقت تسلسل الوصلة، فإن العملية النهائية سوف تواجه تسربًا للتوتر مما يتسبب في أن يشهد رأس البثق المتقاطع انخفاضًا مؤقتًا في التوتر - مما قد يسمح للموصل بالتجول خارج المركز داخل القالب وإنتاج طول من العزل اللامركزي الذي يجب إلغاؤه.

• تحجيم المجمع للصق الطيران: يجب أن يخزن طول شوط المجمع ما لا يقل عن 1.5 مرة من خرج الكابل خلال الحد الأقصى المتوقع لوقت تسلسل الوصلة، مع حساب الهامش الإضافي بنسبة 50% للاختلاف في وقت استجابة المشغل ووقت دورة رأس الوصلة في ظل ظروف الإنتاج
• موثوقية الكشف النهائي: يجب أن تقوم المستشعرات الضوئية أو الحثية التي تكتشف حالة التخزين المؤقت شبه الفارغة بتشغيل إشارة بدء الوصلة مع إشعار مسبق كافٍ — عادةً عندما تبقى طبقتان إلى ثلاث طبقات من الكبل على التخزين المؤقت — للسماح للمراكم ببناء سعته التخزينية الكاملة قبل بدء حدث الوصلة
• التسارع المسبق الجديد للتخزين المؤقت: يجب أن يقوم محرك التخزين المؤقت الجديد بتسريع البكرة الجديدة لتتناسب مع سرعة سطح الخط الحالي قبل تعشيق مشبك الوصلة - يؤدي الربط إلى بكرة ثابتة أو بطيئة الحركة إلى إنشاء دفعة شد عندما تنتقل نقطة الوصلة من البكرة القديمة إلى البكرة الجديدة، مما قد يؤدي إلى كسر وصلة الوصلة على سلك ذي قياس دقيق
• إعادة استقرار التوتر بعد اللصق: بعد الوصل، تتطلب حلقة التحكم في شد الدفع فترة إعادة استقرار أثناء انتقالها من التشغيل على خصائص القصور الذاتي للبكرة القديمة إلى التخزين المؤقت الكامل الجديد - يجب أن يطبق نظام التحكم انتقالًا سلسًا في معلمات تعويض القصور الذاتي بدلاً من تغيير فوري في الخطوة لمنع التجاوز

دمج آلة دفع الكابلات الآلية مع أنظمة التحكم في خط البثق

تعمل آلة دفع الكابلات الآلية التي تعمل كوحدة مستقلة - مع نقطة ضبط التوتر المستقلة الخاصة بها وحلقة التحكم الراقصة - على تقديم تعارض متأصل مع نظام التحكم في سرعة السحب لخط البثق. يحاول كلا النظامين تنظيم شد الكابل عند نقاط كل منهما: يحافظ الدفع على التوتر المنبع عند مدخل الموصل، ويحافظ السحب على التوتر المتدفق عند مخرج الكابل المعزول. إذا لم يتم تنسيق حلقتي التحكم هاتين من خلال رابط اتصال مشترك، فمن الممكن أن تدخلا في تذبذب متضارب حيث يؤدي الدفع إلى زيادة التوتر استجابة لسقوط راقص بينما يقلل السحب في الوقت نفسه من السرعة استجابة لزيادة التوتر - مما يخلق تفاعلًا مستدامًا ذهابًا وإيابًا لا يمكن لأي من الحلقتين حله بشكل مستقل.

إن نهج التكامل الصحيح هو بنية تحكم هرمية حيث يوفر PLC الرئيسي لخط البثق مرجعًا للسرعة إلى محرك معدات الدفع لكابلات الأسلاك الآلية كإشارة تغذية للأمام، مع حلقة التحكم في موضع راقص الدفع التي تعمل كضبط القطع أعلى مرجع السرعة الرئيسية بدلاً من أن تكون وحدة تحكم مستقلة في السرعة. في هذا التكوين، يتبع محرك الدفع سرعة الخط بشكل استباقي من خلال إشارة التغذية الأمامية، وتحتاج الحلقة الراقصة فقط إلى تصحيح عدم تطابق السرعة المتبقية - مما يقلل من متطلبات عرض النطاق الترددي للتحكم ويزيل إمكانية تفاعل الحلقة. يجب أن يستخدم رابط الاتصال بين PLC الرئيسي للخط ومحرك الدفع بروتوكول ناقل المجال الحتمي - PROFIBUS أو EtherNet/IP أو PROFINET - مع زمن دورة أقل من 10 مللي ثانية لضمان تسليم إشارة التغذية الأمامية في توقيت كافٍ لتكون فعالة أثناء منحدرات تسريع الخط.

تأسست شركة Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. في شنغهاي في عام 2002 وتوسعت من خلال شركة Jiangsu Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. في ييشينغ في عام 2017، وهي تصمم معدات دفع الكابلات السلكية الآلية مع إمكانية التكامل الأصلي لمنصات التحكم في خط البثق الأكثر استخدامًا في تصنيع الكابلات - بما في ذلك سلسلة Siemens S7 وسلسلة Mitsubishi Q وiQ-R وAllen-Bradley ControlLogix. تم تكوين واجهة محرك الدفع مسبقًا لقبول مرجع السرعة الرئيسية عبر بروتوكول ناقل المجال المناسب، مع ضبط معلمات حلقة القطع الراقصة في المصنع على تكوين بدء مستقر يمكن للمشغلين ضبطه بدقة في الموقع دون الحاجة إلى خبرة في برمجة محرك الأقراص. يقلل نهج التكامل هذا من وقت التشغيل لتركيبات الخطوط الجديدة ويزيل مشاكل تفاعل التحكم الشائعة عند إضافة معدات الدفع من موردين مختلفين إلى خط البثق الحالي دون التنسيق الهندسي لبنية التحكم.

اختيار نقطة ضبط التوتر لمواد الموصلات وأجهزة القياس المختلفة

إن تحديد نقطة ضبط الشد الصحيحة على آلة سداد كبل الأسلاك الأوتوماتيكية لا يعني اختيار قيمة متوسطة مريحة ضمن نطاق تشغيل الماكينة - بل هو حساب خاص بالمواد يوازن بين ثلاثة متطلبات متنافسة: توتر كافٍ للحفاظ على استقامة الموصل ومنع تشابك البكرة، وتوتر منخفض بدرجة كافية لتجنب استطالة الموصل إلى ما بعد الحد المرن، وتوتر ثابت بدرجة كافية لمنع تجول الموصل داخل قالب البثق. يفرض كل من هذه المتطلبات قيدًا مختلفًا على نافذة التوتر المقبولة، ويحدد تقاطع القيود الثلاثة نطاق التشغيل الصحيح لمواصفات موصل معينة.

استطالة الموصل هي القيد الأكثر أهمية للموصلات ذات المقاييس الدقيقة وعالية النقاء. عندما يتجاوز توتر الدفع الحد النسبي للموصل — مستوى الإجهاد الذي يكون التشوه تحته مرنًا تمامًا — يحدث استطالة دائمة، مما يقلل مساحة المقطع العرضي للموصل ويزيد مقاومته لكل وحدة طول. بالنسبة للموصلات النحاسية الخالية من الأكسجين (OFC)، يكون الحد النسبي أقل من النحاس القياسي ذي الدرجة الصلبة الإلكتروليتية (ETP)، مما يعني أن نقاط ضبط التوتر المقبولة للسلك القياسي قد تسبب استطالة قابلة للقياس على موصلات OFC من نفس المقياس. يمكن حساب حد التوتر بالنيوتن لموصل معين من حد الإجهاد النسبي (عادةً 30-40% من قوة الخضوع لهامش تشغيل متحفظ) مضروبًا في مساحة المقطع العرضي للموصل - وهي عملية حسابية يجب إجراؤها لكل مواصفات الموصل بدلاً من افتراض مقياسها خطيًا مع وزن الموصل.

تعمل هذه القيم كنقاط بداية هندسية ويجب التحقق منها مقابل بيانات الخصائص الميكانيكية لمورد الموصل المحدد لمجموعة الإنتاج الفعلية. تختلف الخواص الميكانيكية للموصل بين الموردين وبين دفعات الإنتاج من نفس المورد - خاصة بالنسبة للموصلات المجدولة حيث تؤثر معلمات سحب الأسلاك الفردية على قوة إنتاج الجديلة النهائية. إن إنشاء بروتوكول التحقق من صحة التوتر - بما في ذلك تشغيل اختبار قصير عند نقطة التحديد المقترحة متبوعًا بقياس المقاومة لكل متر على طول العينة - يوفر تأكيدًا على أن شد التشغيل يقع ضمن النطاق المرن للمادة الفعلية التي تتم معالجتها، بدلاً من الاعتماد فقط على مواصفات المواد الاسمية.