Застосування перетворювачів частоти Lenze в системах позиціонування автоматичних пакувальних установок

Останнім часом все більше зростають вимоги до продуктивності автоматичних пакувальних ліній та установок. При цьому в значній мірі продуктивність системи в цілому визначається швидкодією двох електроприводів: так званих «живильника», працюючого в режимі позиціювання для подачі пакувальної плівки системи, і «зварювача», працюючого в режимі перемикання швидкостей обертання. Визначення раціональної структури і елементів систем електропривода, що забезпечують високу продуктивність без значного збільшення вартості обладнання в цілому, є актуальною задачею.

 

Особливістю українського ринку пакувальних механізмів є значна присутність на ньому західноєвропейських постачальників, пропонують споживачеві установки, які випускають до 70 упаковок в хвилину. В таких умовах нашому виробнику, щоб конкурувати з іноземними постачальниками необхідно пропонувати аналогічні установки за значно нижчими цінами, в той же час не поступаються їм за якістю. Одним з підходів до зниження вартості пакувальних автоматів є реалізація багатьох функцій, виконуваних програмованим контролером або зовнішньої мікропроцесорною системою, за допомогою перетворювача частоти. При цьому звільняються обчислювальні ресурси контролера для виконання інших функцій, таких як візуалізація, обробка високошвидкісного датчика мітки і т. д. Іншим підходом до зниження вартості пакувальних автоматів є заміна сервопреобразователей з синхронними двигунами, що забезпечують точне позиціонування плівки і її утримання, перетворювачами частоти з асинхронними двигунами, обладнаними фотоимпульсными датчиками зворотного зв'язку.

Можливим рішенням реалізації замкнутої системи керування позиціонуванням плівки є застосування перетворювачів частоти нової серії 8400 Vector Highline німецької компанії Lenze. Відмінною особливістю такого електроприводу є вбудована функція табличного позиціонування, тобто можливість реалізації профілів переміщення з заданими швидкістю і прискоренням. У перетворювачі можна призначити до 13 фіксованих переміщень по положенню, а також забезпечити управління перетворювачем в режимі регулювання швидкості, поштовхову режимі, режимі пошуку опорної «нульової» точки. При цьому зовнішній контролер формує лише дискретні сигнали на включення відповідних профілів переміщення та режимів роботи, що істотно дозволяє зменшити обчислювальну завантаження. При цьому загальний вигляд вікна налаштувань відпрацьовується профілю переміщення має вигляд:

 

Для конфігурування перетворювачів частоти серії 8400 Vector Highline використовується програмне забезпечення L-force Engineer Highlevel. Воно дозволяє здійснювати налаштування вбудованого контролера не тільки шляхом зміни значень параметрів, але і зміни логічних зв'язків між функціональними блоками перетворювача частоти. При цьому в даному програмному забезпеченні задіяні конфігурації для типових налаштувань перетворювачів частоти, що працюють в режимі регулювання положення. Основними з них є: режим регулювання швидкості, режим табличного позиціонування за заданим профілем і режим позиціонування з застосуванням кінцевих вимикачів. Зазначимо, що для електроприводу живильника використовується режим табличного позиціонування за заданим профілем, при якому забезпечується автоматичне конфігурування параметрів профілю переміщення, а також логіка спрацьовування дискретних датчиків мітки. Підключення перетворювача до персонального комп'ютера здійснюється або за допомогою спеціального модуля діагностики E94AZCUS, або з допомогою послідовного інтерфейсу зв'язку CAN.

При програмуванні профілю користувач має можливість завдання типу переміщення – абсолютне або відносне, максимальної швидкості руху, часу прискорення і уповільнення, а також швидкості при закінченні руху за профілем. Для реалізації профілю переміщення з абсолютним позиціонуванням необхідно провести процедуру пошуку опорну точку для прив'язки механізму до початкового положення. При цьому можливі декілька алгоритмів пошуку початкового положення, як за кінцевим вимикачів, так і по досягненню максимального значення струму електродвигуна (у разі пакувальних механізмів використовується пошук по фронту дискретного датчика положення).

По закінченню відпрацювання заданого профілю переміщення перетворювач переходить у режим очікування до надходження сигналу завдання на виконання наступного переміщення або виконує профіль, номер якого визначається значенням параметра Sequence profile.

Важливою особливістю перетворювача частоти Lenze 8400 Vector Highline є триконтурна система управління електроприводом з ПІ-регуляторами струму і швидкості та зовнішнім П-регулятором контуру положення. У цьому випадку при наявності датчика зворотного зв'язку по швидкості (енкодера) забезпечується утримання валу асинхронного електродвигуна в заданому положенні при наявності нульового сигналу завдання по положенню. Оскільки електропривод «живильника» не піддається дії резкопеременних навантажень і, в основному, працює при стаціонарних прискорення/уповільнення в процесі роботи, при гарній настроювання параметрів ПІ-регулятора швидкості, П-регулятора положення виявляється цілком достатньо для забезпечення високої точності стабілізації становища плівки. Ще однією перевагою перетворювача частоти 8400 Vector Highline є наявність швидкодіючого і більш повільного частотних каналів, що дозволяє підключити одночасно два енкодера. До быстродействующему частотного каналу підключається фотоимпульсный датчик кутової швидкості, встановлений на валу асинхронного двигуна, в той час як до більш повільного частотного каналу підключається фотоимпульсный датчик лінійного переміщення, що встановлюється безпосередньо на пакувальну плівку.

Також важливою особливістю перетворювача частоти, що працює в пакувальних системах, є наявність дискретного входу для підключення датчика мітки, так званого Touch Probe. Справа в тому, що у зв'язку з прослизанням плівки можливе накопичення помилки позиціонування і зсуву малюнка пакувального пакета щодо місця запаювання. Для виключення такого ефекту використовується кольорова мітка, що наноситься на боковій поверхні плівки для визначення точного положення пакету. При цьому наявність мітки визначається за допомогою швидкодіючого фотоелектричного дискретного датчика, що подає сигнал на перетворювач частоти про досягнення заданої точки позиціонування. Вікно налаштувань параметрів роботи такого датчика, що підключається до перетворювача частоти, має вигляд:

 

Основними параметрами, визначальними роботу системи позиціонування, є тип фронту спрацьовування датчика Touch Probe, затримка спрацьовування датчика, зона спрацювання датчика.

При спрацьовуванні датчика всередині зони очікування, яка визначається параметрами Window start і Window End, профіль позиціювання змінюється і точка кінцевого положення зміщується щодо первісної. При цьому перетворювач частоти забезпечує відпрацювання профілю, номер якого визначається значенням параметра TP profile.

Таким чином, збільшення конкурентоспроможності пакувального обладнання українських виробників можливо за рахунок зниження вартості використовуваних складових систем електроприводу. Зокрема у разі застосування перетворювачів частоти 8400 Vector Highline компанії Lenze, що забезпечують роботу асинхронних двигунів в режимі позиціювання, стає недоцільним використання синхронних серводвигунів з відповідними системами управління.

Використання вищевказаних перетворювачів частоти також дозволяє зменшити обчислювальну завантаження програмованого логічного контролера, що використовується для керування автоматикою. Подальше збільшення продуктивності пакувальних механізмів можливо за рахунок синхронізації по швидкості і положення взаємопов'язаних систем електроприводу. Так, зокрема, можливий обмін даними між перетворювачами частоти «живильника» і «зварювача» із застосуванням частотних каналів передачі даних або вбудованого послідовного інтерфейсу CAN.