Nâng cấp tự động hóa máy cắt: vai trò quan trọng của điều khiển PLC và cài đặt thông số

Trong bối cảnh sản xuất hiện đại hướng đến hiệu suất cao, chất lượng cao và sản xuất linh hoạt, việc nâng cấp tự động hóa các máy cắt truyền thống đã trở thành con đường duy nhất để các doanh nghiệp nâng cao năng lực cạnh tranh. Trong quá trình chuyển đổi này, bộ điều khiển logic khả trình (PLC) đóng vai trò then chốt không thể thay thế trong các chức năng điều khiển cốt lõi và cài đặt thông số tinh vi, như "bộ não" của toàn bộ hệ thống. Cùng nhau, chúng biến một thiết bị cơ khí đơn giản thành một cơ sở sản xuất thông minh, chính xác và ổn định, hiệu suất cao.

1. Những hạn chế và yêu cầu nâng cấp của máy cắt truyền thống

Các máy cắt truyền thống, chẳng hạn như máy có bộ truyền động cơ học, điều khiển rơ le hoặc bộ vi điều khiển đơn giản, thường gặp phải các vấn đề sau:

• Hiệu quả thấp: tốc độ thay đổi đơn hàng chậm, việc điều chỉnh phụ thuộc vào kinh nghiệm của người quản lý, tốn thời gian và công sức.

• Độ chính xác kém: Kiểm soát độ căng không ổn định, dễ xảy ra các vấn đề như uốn cong, nhăn và vỡ vật liệu, năng suất thấp.

• Độ linh hoạt không đủ: khó thích ứng với các vật liệu khác nhau, các chiều rộng và đường kính cuộn dây khác nhau.

• Mức độ thông tin hóa thấp: thiếu chức năng ghi chép dữ liệu sản xuất, chẩn đoán lỗi và giám sát từ xa.

• Bảo trì khó khăn: Đường dây rơ le phức tạp và khó khắc phục sự cố.

Mục tiêu cốt lõi của việc nâng cấp tự động hóa là giải quyết những vấn đề này thông qua truyền dẫn điện và điều khiển máy tính, và PLC là nền tảng để đạt được mục tiêu này.

2. Vai trò cốt lõi của PLC trong việc nâng cấp tự động hóa máy cắt

PLC không còn chỉ là một bộ điều khiển logic đơn giản thay thế cho rơ le nữa, nó đã phát triển thành một nền tảng toàn diện tích hợp điều khiển logic, điều khiển chuyển động và điều khiển quy trình.

1. Trung tâm chỉ huy và điều phối trung ương

PLC là cốt lõi của toàn bộ hệ thống điều khiển máy cắt. Nó nhận lệnh và tín hiệu từ giao diện người-máy (HMI) và các cảm biến khác nhau (như EPC hiệu chỉnh, cảm biến độ căng, bộ mã hóa), và đưa lệnh điều khiển đến bộ truyền động (như servo/động cơ biến tần, linh kiện khí nén, van điện từ) thông qua hoạt động logic và xử lý các chương trình nội bộ, đồng thời điều phối hoạt động tuần tự và đồng bộ của các bộ phận khác nhau như tháo cuộn, kéo, cắt và quấn.

2. Kiểm soát độ căng chính xác cao

Kiểm soát độ căng là linh hồn của máy cắt và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của máy. Bằng cách tích hợp các thuật toán điều khiển PID tiên tiến, PLC xử lý tín hiệu phản hồi của cảm biến độ căng theo thời gian thực, điều chỉnh động lực mô-men xoắn hoặc tốc độ của động cơ servo tháo cuộn và cuộn lại, đồng thời thực hiện kiểm soát độ căng hoặc độ côn liên tục. Điều này rất cần thiết khi xử lý màng cực mỏng, sợi dễ kéo giãn hoặc giấy dày, giúp tránh hiệu quả tình trạng vật liệu bị kéo giãn, chảy xệ và nhăn.

3. Kiểm soát chuyển động đồng bộ chính xác

Máy cắt hiện đại thường sử dụng hệ thống đa servo. PLC điều khiển nhiều bộ truyền động servo thông qua các bus tốc độ cao (ví dụ: EtherCAT, Profinet) để đạt được sự đồng bộ hóa cam điện tử chính xác giữa các trục. Ví dụ, trục cuộn phải tự động điều chỉnh tốc độ khi đường kính cuộn tăng lên để giữ tốc độ tuyến tính không đổi, và trục dao cắt cần được đồng bộ hóa chặt chẽ với tốc độ cấp liệu để đảm bảo đường cắt gọn gàng. Tất cả điều này được tính toán và thực hiện chính xác bởi khối chức năng điều khiển chuyển động bên trong PLC.

4. Tự động thay đổi đơn hàng và quản lý công thức

Đây là chìa khóa để cải thiện hiệu quả. Người vận hành có thể cài đặt sẵn "Công thức" cho các sản phẩm khác nhau trên HMI, bao gồm:

◦ Chiều rộng cắt

◦ Chiều dài/số lượng cắt

◦ Điểm đặt căng thẳng

◦ Thu gọn côn

◦ Thông số tốc độ

Khi thay đổi đơn hàng, chỉ cần gọi công thức tương ứng bằng một cú nhấp chuột, PLC sẽ tự động điều khiển động cơ servo để di chuyển giá đỡ dụng cụ đến chiều rộng quy định và thiết lập tất cả các thông số vận hành, giúp giảm đáng kể thời gian điều chỉnh và sự phụ thuộc vào kỹ năng của người vận hành, đồng thời hiện thực hóa tính linh hoạt của sản xuất.

5. Kiểm soát an toàn tích hợp

PLC có thể tích hợp các mô-đun an toàn (hoặc kết nối các rơ le an toàn thông qua các bus an toàn) để xử lý tín hiệu từ các thiết bị an toàn như nút dừng khẩn cấp, rèm đèn an toàn và cảm biến khu vực, đồng thời thực hiện các chức năng tắt máy an toàn đáp ứng các mức độ an toàn (như SIL2/PLd) để đảm bảo an toàn cho nhân viên và thiết bị.

6. Thu thập dữ liệu và mạng lưới truyền thông

Là một nút thông tin, PLC có thể thu thập và ghi lại trạng thái hoạt động của thiết bị, đầu ra, cảnh báo lỗi và các dữ liệu khác theo thời gian thực, sau đó tải các dữ liệu này lên hệ thống SCADA hoặc MES (hệ thống thực thi sản xuất) thông qua Ethernet công nghiệp để hiện thực hóa khả năng trực quan hóa dữ liệu và quản lý sản xuất ở cấp độ nhà máy, đặt nền móng cho các nhà máy số.

3. Cài đặt tham số: chuyển đổi các chức năng PLC thành cầu nối cho năng suất thực tế

Dù PLC có mạnh đến đâu, nó cũng cần có các thông số phù hợp để vận hành. Thiết lập thông số là quá trình "chuyển đổi" các yêu cầu quy trình thành các lệnh thực thi trên máy, và mức độ tinh chỉnh sẽ quyết định trực tiếp đến hiệu quả sản xuất cuối cùng.

Các danh mục tham số chính bao gồm:

• Các thông số cơ học: chẳng hạn như tỷ số truyền, đường kính con lăn, số dòng mã hóa, v.v., đây là cơ sở để PLC thực hiện các tính toán vị trí và tốc độ chính xác.

• Thông số căng thẳng:

◦ Điểm đặt lực căng ban đầu: Cài đặt theo các đặc tính vật liệu khác nhau (ví dụ: PP, PET, giấy bạc).

◦ Thông số PID (tỷ lệ, tích phân, vi phân): Việc điều chỉnh ba thông số này quyết định trực tiếp đến tốc độ phản hồi, độ ổn định và khả năng chống nhiễu của bộ điều khiển lực căng. Kỹ sư vận hành cần điều chỉnh chi tiết theo điều kiện thực tế.

◦ Hệ số côn: kiểm soát đường cong của lực căng giảm dần khi đường kính cuộn dây tăng trong quá trình quấn, để ngăn lõi bị nghiền nát hoặc vật liệu bên ngoài bị trượt.

• Thông số tốc độ: bao gồm thời gian tăng tốc và giảm tốc (đường cong chữ S), tốc độ chạy tối đa, v.v., tăng tốc và giảm tốc mượt mà có lợi cho việc giảm tác động lên vật liệu và đảm bảo khởi động và dừng lại mượt mà.

• Các thông số hiệu chỉnh hướng dẫn (EPC): Kiểm soát độ nhạy và tốc độ phản hồi của cảm biến hướng dẫn và bộ truyền động để đảm bảo cạnh hoặc đường tâm của vật liệu luôn được căn chỉnh.

• Thông số trục: Đối với cắt dao tròn, cần thiết lập lượng dao chồng lên nhau, độ sâu cắt, v.v.; Đối với cắt và cắt dao, cần tính toán chính xác sự đồng bộ pha giữa dao cắt bay và dao cắt đáy.

Giá trị của việc thiết lập thông số: Việc thiết lập thông số tuyệt vời có thể phát huy tối đa hiệu suất phần cứng của thiết bị, tìm ra sự cân bằng tốt nhất giữa tốc độ, độ chính xác và độ ổn định, đồng thời là "bí quyết" để đạt được sản xuất hiệu quả và chất lượng cao.

4. Tóm tắt

Việc nâng cấp tự động hóa máy cắt về cơ bản đã chuyển đổi nó từ một thiết bị "điều khiển bằng cơ học" thành một thiết bị thông minh "được xác định bằng phần mềm". Trong quá trình chuyển đổi này:

• PLC cung cấp nền tảng phần cứng và khả năng cho việc điều khiển phức tạp, chuyển động có độ chính xác cao và ra quyết định thông minh.

• Cài đặt thông số là “linh hồn” và “kiến thức” được đưa vào nền tảng, mang theo quy trình sản xuất và kinh nghiệm vận hành cụ thể.

Hai yếu tố này bổ sung cho nhau và là yếu tố không thể thiếu. Chỉ bằng cách đầu tư vào một hệ thống PLC mạnh mẽ và mở, kết hợp với việc tối ưu hóa thông số và nghiên cứu quy trình chuyên sâu và tỉ mỉ, doanh nghiệp mới có thể thực sự khai thác hết tiềm năng của máy cắt, cuối cùng đạt được lợi nhuận đáng kể về chất lượng, hiệu quả và kiểm soát chi phí, đồng thời giành được lợi thế trên thị trường.