Sterowanie ruchem, sieci i automatyczny proces belowania

Zastosowanie serwomechanizmów, silników bezkomutatorowych i sterowników PLC zapewnia oszczędności, wzrost efektywności i wyższą unifikację w maszynerii o 13 osiach ruchu.

Dla większości ludzi – aszczególnie dla tych pracujących w przemyśle „ciężkim”, takim jak np.: motoryzacyjny – wyrażenie „automatyzacja produkcji” nie kojarzy się ze zbieraniem bawełny, belowaniem i składowaniem.

Nie mniej jednak przemysł bawełniany musi stawić czoła takim samym naciskom na redukcję kosztów i zwiększenie wydajności, jak inne gałęzie przemysłu.

Mając to na względzie, jedna z amerykańskich firm opracowała unikalny system belowania bawełny, w celu zredukowania czasu i kosztów procesu oraz udoskonalenia jakości produktów.

System Ultra-Twist, opracowany przez firmę Factory Solutions, należącą do koncernu Interstate Electrical Supply, pozwala odziarniarkom bawełny na formowanie beli o regularnych kształtach w taki sposób, że uzyskiwana wydajność przewyższa wszystkie inne dostępne rozwiązania. Firma reklamuje Ultra-Twist, jako system pozwalający na pełną automatyzację procesu belowania. System został wyposażony w sterowanie ruchem, które jest oparte na zintegrowanych komponentach firmy Schneider Electric, takich jak: regulatory ruchu, sieci oraz programowalne sterowniki PLC.

Opracowany dla Fiber Packaging – należącej do dostawcy odziarniarek do bawełny firmy – Leggett & Platt, system Ultra-Twist pracuje w ok. 15 odziarniarkach w Teksasie i Georgii. – Po zakończonym ostatnio trzyletnim okresie testowania system Ultra- -Twist jest gotowy do pełnego wdrożenia – mówi Steve Phillips, wiceprezes Interstate Electric.

Fot. Ta sześciogłowicowa maszyna wykorzystuje 13 serwosilników w mechanizmie belowania oraz 13 wzmacniaczy (po 1 na oś) w panelu sterowania 13 osiami w procesie belowania

Złożona funkcjonalność

Do nawinięcia beli konieczne jest wykonanie skomplikowanych ruchów. Po pierwsze, mechanizm transportujący, w którym znajduje się 3 lub 6 głowic tamujących, jest przesuwany na właściwą pozycję. Drut, podawany ze szpuli, przesuwa się przez prowadnicę i owija dookoła beli, wracając następnie do głowicy, gdzie zatrzymuje się na ustawionej na początku pozycji. Drut jest chwytany, odcinany od szpuli i zawijany w węzeł Ultra-Twist, składający się z określonej ilości skrętów. Tolerancje są mierzone z dokładnością do tysięcznych cala (setne milimetra) dla zapewnienia mocnego spakowania bawełny, ale tak, żeby drut nie odcisnął na bawełnie śladów.

System sterowania ruchem jest zoptymalizowany tak, żeby pozwalał uzyskać maksymalną funkcjonalność. Jest to ważne, ponieważ rozwiązanie wymaga niezależnego sterowania w 13 różnych osiach (co odpowiada 13 stopniom swobody ruchu).

Przetwarzanie bawełny rozpoczyna się jeszcze, zanim sprzęt zbierający bawełnę wyruszy w pola. Zaraz po zebraniu – maszyny, nazywane modularkami – ściskają bawełnę w bloki o długości ok. 20 m. Bloki te są ładowane na ciężarówki i transportowane do odziarniarek. Odziarnianki zazwyczaj w porze zbiorów pracują non stop, aby zapewnić szybkie obsłużenie lokalnych farmerów.

W odziarniarce moduł bawełny jest rozbijany na pojedyncze „kępki”. Następnie kępki te przechodzą przez różne maszyny, które pozbawiają je ziaren, rozszczepiają bawełniane włókna, czyszczą bawełnę i regulują poziom wilgotności.

Włókna bawełny są transportowane do belownicy, która stosuje prasy hydrauliczne do wytwarzania regularnych bloków o wadze ok. 250 kg. (– Bele są tak dobrze sprasowane, że wbicie w nie gwoździa wymagałoby użycia młotka – mówi Phillips). W końcu bele są ważone, pakowane i transportowane do magazynu.

Odziarniarka o wysokiej wydajności jest w stanie wyprodukować aż 60 bel na godzinę.

Factory Solutions chciała znaleźć takie rozwiązanie, które będzie jak najbardziej wydajne i produktywne. Nowatorskim rozwiązaniem było zastosowanie stalowych linek zamiast plastikowej taśmy.

Firma Factory Solutions testuje komponenty przed zainstalowaniem w panelu sterowania. Dodatkowe przewody stanowią połączenia urządzeń zewnętrznych, włącznie z serwomechanizmami symulującymi potencjalne działania


 

Sterowanie pakowaniem

 – Wiązanie beli stalowym wiązadłem to stary pomysł, którego czas wreszcie nadszedł – mówi Phillips. – Przed powszechnym wprowadzeniem plastikowych taśm przemysł stosował do pakowania bel płaskie taśmy stalowe, które jednak zajmowały dużo miejsca i wymagały dużych głowic taśmujących na belownicach oraz klamer do spinania taśmy wokół beli. Udany dobór drutów o przekroju kolistym i o wytrzymałości wystarczającej do utrzymania beli skłoniło Factory Solutions do ponownego wprowadzenia do procesu stalowego drutu.

– Stal można przetwarzać, więc taki drut w praktyce jest tańszy od plastiku o ok. 50 centów na belę – mówi Phillips. – Kiedy weźmie się pod uwagę fakt, że odziarniarka musi przetwarzać 100 000 bel w ciągu jednego sezonu, jest to poważna oszczędność.

– Większość systemów belowania wiąże bele plastikowymi taśmami – mówi Phillips. – Jednak różne temperatury w magazynach mogą powodować rozciąganie się taśm i odkształcanie beli. W niektórych przypadkach bele mogą ulegać zniszczeniu.

– Powoduje to prawdziwie wielki bałagan, ale jeszcze gorzej, gdy bela zapali się. Plastikowa taśma topi się, a ogień się rozprzestrzenia. Metal nie pęka, co pozwala na ograniczenie ognia zaledwie do kilku bel.

Ponadto Factory Solutions w znacznym stopniu udoskonaliła przygotowanie i wiązanie bel poprzez zastosowanie zaawansowanych technik sterowania ruchem, systemu Ultra-Twist System. Wszystkie komponenty sterujące ruchem są wykonane przez Schneider Electric, łącznie z serwonapędami, silnikami bezszczotkowymi i PLC.

Mark Olten, dyrektor ds. rozwoju w firmie Schneider Electric, zajmujący się produktami z dziedziny sterowania ruchem, wyjaśnia, że zastosowanie serwosilników jest kluczem do zapewnienia odpowiedniej prędkości i precyzji działania systemu Ultra- Twist System.

– Przy zastosowaniu technologii serwo można szybko wyznaczać sekwencje ruchu maszyn i to z dużą dokładnością. Innymi słowy, system wie, „gdzie jest” ze znacznie większą precyzją, niż możliwa byłaby do osiągnięcia przy innych typach silników – mówi Olten. – Cechy te, łącznie z dużym i precyzyjnym przyspieszeniem oraz zwalnianiem, skracają czas wykonywania cyklu wiązania beli, co w rezultacie oznacza szybsze przetwarzanie bawełny.

– System Ultra-Twist jest całkowicie zautomatyzowany – mówi Olten. – Wcześniej do obsługi systemów półautomatycznych lub ręcznych potrzeba było trzech ludzi.

Interakcja w sieci

Factory Solutions oferuje dwie wersje systemu Ultra-Twist. Pierwszy to model o wysokiej wydajności wyposażony w sześć głowic taśmujących, a drugi to model standardowy wyposażony w trzygłowice. Na początku pierwszym modelem sterował PLC TSX Premium firmy Schneider Electric. Był to sterownik PLC, posługujący się, opartym na przesyle sygnałów po światłowodach, protokołem do sterowania ruchem o nazwie SERCOS.

– Początkowo zastosowaliśmy SERCOS ze względu na jego wyjątkową skuteczność – mówi Olten. – Było to pierwsze wdrożenie zautomatyzownego systemu wiązania tego rodzaju. Chcieliśmy sprostać wszystkim wymaganiom, jakie potencjalnie mogły się tu pojawić.

Wraz z rozwojem aplikacji Factory Solutions zastąpiła SERCOS tańszą konfiguracją Modbus Plus, co pozwoliło na zniwelowanie różnicy cenowej pomiędzy systemem Ultra- Twist, a innymi dostępnymi systemami (które nie są parte na serwomechanizmach).

Standardowa wersja systemu jest wyposażona w mniejsze PLC, na szynach DIN, komunikującesię poprzez Modbus Plus. Po odebraniu systemu każdy PLC jest programowany przez Factory Solutions dla zapewnienia realizacji szczególnych wymogów każdego zakładu odziarniania. Firma posługuje się programami narzędziowymi Schneider Electric, służącymi do opracowywania sekwencyjnego grafu funkcji, bloków funkcyjnych, czy też programowania logiki drabinkowej dla PLC systemu Ultra-Twist.

Dla poszczególnych maszyn zazwyczaj programuje się konkretne parametry, takie jak: prędkość podawania drutu, odległość, naprężenie, czas trwania cyklu, itd. Ponadto, każda maszyna jest wyposażona w dostarczany przez Schneider kolorowy ekran dotykowy Magelis z numeryczną klawiaturą, na którym zaprogramowano ekrany operatora, wyświetlacz diagnostyczny oraz  strony dla inżynierów służące do ustawianiamaszyny.

Oprócz umożliwiania szybszego przetwarzania beli, nieosiągalnego przez inne maszyny, oraz zredukowania kosztów materiałowych system Ultra-Twist pomaga odziarniarniom maksymalizować czas działania maszyn. Phillips zauważył, że maszyny efektywnie pracują ponad 98% czasu.

Systemy są również wyposażone w modemy, co pozwala technikom załączyć i wyłączyć maszynę oraz wykonać zdalne diagnozowanie poprzez złącze szeregowe.

Patrząc w przyszłość, Factory Solutions pracuje nad zredukowaniem ilości potrzebnych serwosilników i zastosowaniem sieci Web użytkownicy taki sposób, aby użytkownicy maszyn, właściciele zakładów oraz technicy mogli komunikować się z maszynami w trybie online.

Od redakcji: Film wideo prezentujący system
UltraTwist można zobaczyć pod adresem:http://www.ifpco.com/products/video/
ultra-twist-video.htm.

Modbuswww.modbus.org
SERCOSwww.sercos.org
Schneider Electricwww.schneiderelectric.pl