Giải thích chi tiết về nguyên lý làm việc của chức năng thay đổi cuộn tự động của máy cuộn

Là thiết bị cốt lõi của ngành sản xuất giấy và chế biến màng, máy cán đảm nhiệm nhiệm vụ chính là cắt, cuốn và tái chế giấy thô hoặc cuộn màng. Chức năng cốt lõi của nó là đạt được sản phẩm con lăn hoàn thiện chất lượng cao bằng cách kiểm soát chính xác độ căng cuộn, tốc độ và độ chính xác khi cắt. Tuy nhiên, máy cuộn truyền thống cần có sự can thiệp thủ công vào quá trình quấn lại, điều này không chỉ dẫn đến gián đoạn sản xuất, kém hiệu quả mà còn gây lãng phí nguyên liệu hoặc trục trặc thiết bị do vận hành không đúng cách. Ví dụ: độ căng và đứt của vật liệu do tốc độ không khớp trong quá trình tua lại thủ công hoặc cạnh không đều của thành phẩm do định vị không chính xác, có thể làm giảm chất lượng sản phẩm.

Việc triển khai tính năng thay đổi âm lượng-tự động đã thay đổi hoàn toàn điều đó. Bằng cách tích hợp các cảm biến, hệ thống điều khiển PLC và bộ truyền động, máy tua lại có thể tự động chuyển đổi giữa cuộn cũ và cuộn mới khi chúng đạt đến ngưỡng đặt trước hoặc khi phát hiện ra khiếm khuyết về chất lượng. Tính năng này không chỉ rút ngắn thời gian tua lại, từ vài phút xuống còn vài giây, cải thiện đáng kể năng suất, giảm thiểu thao tác thủ công, giảm thiểu lỗi của con người và rủi ro về an toàn. Ví dụ: trong-dây chuyền sản xuất phim tốc độ cao, tính năng tua lại tự động có thể tránh được thời gian ngừng hoạt động do tua lại thủ công và cải thiện hơn 30% hiệu suất tổng thể của thiết bị, trở thành một nâng cấp thông minh không thể thiếu trong sản xuất công nghiệp hiện đại.

(I) Hệ thống hiệu chỉnh và cảm biến quang điện

Độ chính xác của việc định vị vật liệu cuộn là nền tảng của việc thay đổi cuộn tự động. Cảm biến quang điện, thường được gọi là "mắt quang điện tử", phát và nhận ánh sáng hồng ngoại, phát hiện vị trí cạnh của vật liệu cuộn trong thời gian thực, chuyển đổi tín hiệu thành số lượng kỹ thuật số và truyền đến PLC. PLC đưa ra các phán đoán logic dựa trên các thông số định trước (ví dụ: độ lệch cạnh) và cơ chế hiệu chỉnh truyền động (ví dụ: con lăn dẫn hướng) để điều chỉnh chuyển vị hoặc góc.

• Điều chỉnh dịch chuyển: Điều này liên quan đến việc di chuyển toàn bộ con lăn dẫn hướng, thích hợp cho việc thay thế con lăn-tốc độ cao. Nó di chuyển rất nhiều, nhưng phản ứng nhanh chóng. Ví dụ, trong xử lý màng mỏng, khi chiều dài của vật liệu cuộn lớn hơn 0,5 mm, con lăn dẫn hướng có thể di chuyển 10 mm trong phạm vi 5 mm để hoàn thành việc điều chỉnh thô.
• Điều chỉnh góc: Điều này liên quan đến việc xoay các con lăn dẫn hướng để đạt được sự tinh chỉnh. Nó có chuyển động có biên độ nhỏ và phù hợp hơn cho việc hiệu chỉnh trung gian hoặc yêu cầu độ chính xác rất cao. Ví dụ, trong sản xuất màng quang học, việc điều chỉnh góc có thể đạt độ chính xác ± 0,01 độ để đảm bảo vật liệu cuộn luôn ở tâm.

Nghiên cứu điển hình: Trong xử lý phim, cảm biến quang điện có thể phát hiện độ lệch cạnh 0,1 mm và mô tơ servo điều khiển các con lăn dẫn hướng trong 10 mili giây. Quá trình này đạt được bằng cách điều khiển vòng-đóng với phản hồi liên tục từ các cảm biến và PLC PLC điều chỉnh tín hiệu vị trí của con lăn dẫn hướng để đảm bảo độ lệch cạnh của vật liệu cuộn luôn nhỏ hơn 0,1mm.

(II) Phát hiện đường kính cuộn và bù động.

Sự thay đổi đường kính cuộn là hiện tượng thường gặp trong quá trình cuộn. Cảm biến siêu âm hoặc bộ mã hóa theo dõi đường kính cuộn trong thời gian thực và đưa dữ liệu trở lại PLC. PLC tự động điều chỉnh tốc độ tua lại theo sự thay đổi của đường kính cuộn, đảm bảo rằng tốc độ tuyến tính vẫn giữ nguyên (tức là độ dài của vật liệu đi qua trên một đơn vị thời gian vẫn giữ nguyên), đồng thời bù đắp linh hoạt cho các dao động lực căng.

• Khi đường kính cuộn dây tăng lên, PLC sẽ giảm tốc độ của con lăn cuộn dây để tránh vật liệu bị kéo căng hoặc đứt do tốc độ đường dây quá cao. Ví dụ, trong ngành giấy, PLC có thể giảm tốc độ cuộn giấy từ 500m/phút xuống 167m/phút khi đường kính cuộn dây tăng từ 500mm ban đầu lên 1500mm.
• Bù lực căng: bằng cách điều chỉnh áp suất của các con lăn áp lực hoặc mô-men xoắn của động cơ servo, tác dụng của việc tăng đường kính của con lăn đối với lực căng có thể được bù đắp và có thể duy trì dòng vật liệu ổn định. Ví dụ, trong xử lý màng mỏng, khi đường kính cuộn tăng lên, PLC có thể tăng áp suất của con lăn áp lực từ 2 bar lên 5 bar, đồng thời điều chỉnh mô-men xoắn của động cơ servo để duy trì độ căng không đổi.

Nghiên cứu điển hình: Trong ngành giấy, khi đường kính cuộn tăng từ 500 mm lên 1500 mm, PLC sử dụng điều khiển vòng kín thông qua cảm biến tín hiệu lực căng để đảm bảo dao động lực căng không vượt quá ±5 N..

(I) Điều kiện kích hoạt để tua lại tự động.

Tự động thay đổi cuộn nếu đáp ứng một trong các điều kiện sau:

• Ngưỡng đặt trước: Chiều dài hoặc đường kính cuộn hiện tại đạt đến giới hạn trên do PLC đặt (ví dụ: chiều dài. 10.000m hoặc đường kính 1.500mm).
• Khẩn cấp: Các cảm biến phát hiện đầu bị đứt, nếp nhăn hoặc khiếm khuyết về chất lượng và ngay lập tức kích hoạt cuộn thay thế khẩn cấp để tránh sản phẩm bị lỗi. Ví dụ, trong quá trình xử lý màng, nếu phát hiện thấy lỗ hoặc vết xước trên bề mặt vật liệu, PLC sẽ ngay lập tức dừng cuộn dây hiện tại và bắt đầu quá trình thay đổi cuộn.

(II) Chuyển đổi vật liệu cán cũ và mới

• Dỡ cuộn cũ: Một thiết bị khí nén hoặc thủy lực để đẩy nhả mâm cặp, hoàn tất việc dỡ cuộn và chuyển nó qua băng chuyền đến khu vực thành phẩm. Ví dụ, trong ngành công nghiệp giấy, thời gian nhả mâm cặp trong quá trình dỡ các con lăn cũ có thể được kiểm soát xuống dưới 0,5 giây để đảm bảo quá trình lăn trơn tru.
• Cơ chế nạp giấy mới: Cơ cấu đỉnh hình nón không trục tự động định vị lõi giấy mới để phù hợp với các đường kính khác nhau (ví dụ: 76mm, 152mm) và được khóa bằng khí nén hoặc cơ học. Ví dụ, trong xử lý màng mỏng, cơ cấu đỉnh hình nón không trục có thể được điều chỉnh phù hợp với lõi giấy có đường kính khác nhau bằng cách điều chỉnh áp suất khí nén, với lực khóa lên tới 500 N.

3. Liên kết vật liệu:

• Liên kết nóng chảy: thích hợp cho màng nhựa, thông qua bề mặt vật liệu nóng chảy và nóng chảy để đạt được kết nối liền mạch. Ví dụ, trong sản xuất màng polyetylen, nhiệt độ liên kết của nóng chảy có thể được kiểm soát trong khoảng từ 150 đến 200 độ C và độ bền liên kết có thể đạt trên 90% vật liệu gốc.
• Liên kết siêu âm: Rung tần số cao được sử dụng để tạo ra nhiệt thông qua ma sát giữa các phân tử vật liệu, phù hợp với vật liệu composite nhiều lớp. Ví dụ: trong quá trình sản xuất màng tổng hợp nhựa nhôm, liên kết siêu âm cho phép bám dính giữa các lớp không có bọt khí trong tối đa 0,1 giây.
• Liên kết băng: băng dính cường độ cao kết dính nhanh, thích hợp cho giấy và các vật liệu dễ vỡ khác. Ví dụ: trong sản xuất giấy in báo, băng dính có thể rộng tới 50mm và độ bền của chất kết dính có thể đáp ứng yêu cầu tua lại tốc độ-cao.

4. Chuyển tiếp lực căng: PLC điều khiển tốc độ cán giảm dần, đồng thời tốc độ cán mới được tăng tốc. Sự đứt gãy vật liệu do thay đổi tốc độ đột ngột có thể được ngăn chặn bằng cách điều chỉnh vòng kín của cảm biến căng thẳng. Ví dụ, trong xử lý màng mỏng, thời gian chuyển tiếp lực căng có thể được kiểm soát xuống dưới một giây để đảm bảo quá trình chuyển đổi vật liệu suôn sẻ.

(III) Logic điều khiển phân lớp.

• Điều khiển phía dưới: PLC xử lý các tín hiệu cảm biến (chẳng hạn như cảm biến quang điện và bộ mã hóa đường kính) trong thời gian thực, điều khiển động cơ servo, xi lanh và các bộ truyền động khác đến từng mili giây phản hồi. Ví dụ: PLC có thể hoàn tất quá trình xử lý tín hiệu và điều khiển mô tơ servo điều chỉnh vị trí của con lăn dẫn hướng trong vòng 1ms trong quá trình hiệu chỉnh web.
• Định cấu hình phối hợp Lớp giữa: Giao diện HMI đặt các tham số (chẳng hạn như ngưỡng tốc độ, độ căng và đường kính cuộn) và theo dõi trạng thái thiết bị (chẳng hạn như nhiệt độ và áp suất) để hỗ trợ can thiệp thủ công. Ví dụ, người vận hành có thể điều chỉnh tốc độ cuộn hoặc điểm đặt độ căng trong thời gian thực thông qua giao diện HMI để phù hợp với các nhu cầu sản xuất hoặc vật liệu khác nhau.
• Tối ưu hóa lớp trên: Ghi lại dữ liệu sản xuất (ví dụ: tần suất thay đổi cuộn và tỷ lệ lỗi) thông qua nền tảng đám mây hoặc Ethernet công nghiệp. Các thuật toán trí tuệ nhân tạo được sử dụng để tối ưu hóa logic thay đổi cuộn và giảm thời gian ngừng hoạt động. Ví dụ, bằng cách phân tích dữ liệu lịch sử, thuật toán trí tuệ nhân tạo có thể dự đoán nguy cơ gãy cuộn và điều chỉnh trước các thông số thay thế cuộn, tăng hiệu suất tổng thể của thiết bị lên hơn 95%.

(I) Hệ thống truyền động

Bộ cuộn dây sử dụng bộ truyền động động cơ độc lập, chẳng hạn như con lăn không cuộn, bộ thoát y, cuộn dưới, v.v. Công nghệ điều khiển tốc độ tần số thay đổi, chẳng hạn như biến tần SINAMIC S120, cung cấp sự kết hợp chính xác giữa tốc độ và mô-men xoắn. Ví dụ:

· Động cơ cuộn cuộn: Cần rất nhiều mô-men xoắn để vượt qua quán tính của vật liệu cuộn. Ví dụ, trong ngành sản xuất giấy, mô-men xoắn của động cơ cuộn có thể đạt tới 1000 Nm để đáp ứng yêu cầu cuộn của con lăn có đường kính lớn.

Lựa chọn và phân phối Slitter Motor: yêu cầu tốc độ cắt nhanh, đảm bảo độ chính xác khi cắt. Ví dụ, trong xử lý màng mỏng, dao cắt có thể quay với tốc độ 5000 vòng/phút với sai số chiều rộng cắt nhỏ hơn 0,05 mm.

(II) Thiết bị truyền động

• Thiết bị khí nén/thủy lực: được sử dụng để điều chỉnh áp suất của cuộn áp suất (ví dụ: áp suất không khí 0-10 bar), hành động cắt (ví dụ: định vị mức độ . 0.1 mm) và kẹp cuộn (ví dụ: lực kẹp 5000 N). Ví dụ, ngành công nghiệp sản xuất giấy, con lăn áp lực có thể có phạm vi điều chỉnh áp suất từ ​​0-10 bar để đáp ứng yêu cầu cuộn lại các vật liệu có độ dày khác nhau.
• Động cơ servo: Con lăn dẫn hướng được dẫn động có hiệu chỉnh web, độ chính xác định vị ± 0,1 mm, tần số đáp ứng động lên tới 1 kHz. Ví dụ, trong xử lý màng mỏng, mô tơ servo có thể phản hồi các lệnh PLC để điều chỉnh vị trí của con lăn dẫn hướng trong một phần nghìn giây.

Cài đặt cảm biến Độ căng: Cung cấp phản hồi theo thời gian thực-về độ căng của vật liệu (ví dụ: phạm vi 0-500N), hỗ trợ điều khiển vòng kín và đảm bảo rằng dao động độ căng không vượt quá ±1%. Ví dụ, trong sản xuất phim quang học, cảm biến độ căng có thể có độ chính xác ± 0,1 N, đảm bảo vật liệu vận hành trơn tru.

(III) Thiết bị bảo vệ an toàn

• Nút dừng khẩn cấp: Trong trường hợp khẩn cấp, ngay lập tức cắt nguồn điện và dừng tất cả các bộ phận chuyển động. Ví dụ: khi thiết bị gặp trục trặc hoặc nhân sự gặp nguy hiểm, người vận hành có thể nhấn nút dừng khẩn cấp để đảm bảo thiết bị ngừng hoạt động trong 0,1 giây.
• Vỏ bảo vệ bịt kín: ngăn người vận hành chạm vào các bộ phận quay và tránh hư hỏng cơ học. Ví dụ, có thể lắp đặt một lớp vỏ bảo vệ trong suốt trên bộ phận chính của cuộn dây để quan sát trạng thái hoạt động của thiết bị đồng thời ngăn mọi người chạm vào các bộ phận quay.
• Bảo vệ quang điện: rèm đèn an ninh phát hiện người hoặc chướng ngại vật đi vào khu vực nguy hiểm và tự động kích hoạt dừng khẩn cấp. Ví dụ, một tấm màn sáng an toàn sẽ được lắp đặt xung quanh máy cuộn, giúp phát hiện tín hiệu và kích hoạt dừng khẩn cấp khi có người hoặc chướng ngại vật đi vào khu vực nguy hiểm, đảm bảo an toàn.

Được thúc đẩy bởi Công nghiệp 4.0 và Sản xuất thông minh, việc cuộn dây tự động đang tiến tới nhanh hơn, chính xác hơn và thông minh hơn:

• Chọn tốc độ cao: trên 2000m/phút, được hỗ trợ bởi bộ truyền động và bộ truyền động được tối ưu hóa. Ví dụ: trên-dây chuyền sản xuất phim tốc độ cao, tốc độ tua lại tự động có thể đạt 2.000 m/phút, đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt.
• Trí thông minh động: Thuật toán AI có thể dự đoán nguy cơ gãy cuộn, tự động điều chỉnh các thông số thay thế con lăn và cải thiện hiệu suất tổng thể của thiết bị lên hơn 95%. Ví dụ, bằng cách phân tích dữ liệu lịch sử, thuật toán trí tuệ nhân tạo có thể dự đoán khi nào một cuộn sẽ bị đứt và điều chỉnh trước tốc độ cuộn lại hoặc các thông số độ căng của cuộn để ngăn nó bị đứt.
• ·Thiết kế mô-đun: các cuộn, máy cắt và mô-đun kết nối có thể thay thế nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt nhỏ, đa dạng. Ví dụ, với thiết kế mô-đun, cuộn có thể được thay thế bằng cuộn hoặc máy cắt có kích thước khác trong thời gian chưa đầy 10 phút.