Máquina de equipo de pago motorizado

Conocimiento de la industria

Control activo de tensión en Equipo de devanado de cable motorizado : En qué se diferencia del frenado pasivo

La distinción fundamental entre sistemas de compensación motorizados y pasivos radica en cómo se genera y mantiene la contratensión durante el proceso de desenrollado. Los sistemas pasivos (frenos de polvo magnéticos, frenos de disco de fricción o mecanismos de arrastre mecánicos) aplican un par de resistencia fijo o ajustable manualmente al eje del carrete, confiando en el arrastre mecánico para crear tensión en el cable a medida que es tirado por el proceso posterior. Este enfoque funciona adecuadamente en condiciones de estado estacionario, pero falla como era de esperar en los dos momentos más críticos de cualquier ciclo de producción: aceleración desde parado y desaceleración hasta detenerse. Durante la aceleración, la inercia de un carrete de cable completamente pesado significa que el par de frenado requerido para mantener la tensión objetivo es significativamente mayor que durante el funcionamiento en estado estable: un freno pasivo configurado para tensión en estado estable permitirá que se forme un bucle flojo durante la aceleración, que luego se tensa a medida que la velocidad descendente se estabiliza y crea un pico de tensión que puede alargar los conductores finos o romper los cables por completo.

El equipo de devanado de cable motorizado resuelve esto impulsando activamente el carrete en la dirección de desenrollado con un par controlado que compensa la inercia del carrete durante las fases de aceleración y desaceleración. El sistema de accionamiento, normalmente un motor de CA controlado por vector o un servoaccionamiento, recibe una referencia de velocidad de la línea descendente y aplica un comando de par calculado para mantener el rodillo bailarín en su posición objetivo en todo el rango de velocidad. Cuando la línea aguas abajo acelera, el mecanismo de desenrollado motorizado aumenta su par de salida para desenrollar el cable de forma proactiva en lugar de esperar a que el bailarín baje y señale un déficit de tensión. El resultado es un perfil de tensión que se mantiene dentro del ±5 % del punto de ajuste en toda la envolvente de aceleración y desaceleración, un nivel de control que los sistemas pasivos no pueden lograr en carretes de cable de gran diámetro y alta inercia.

Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. integra algoritmos de compensación de inercia en la configuración de accionamiento de su equipo de devanado de cable motorizado, calibrado según el diámetro real del carrete y el rango de peso especificado para cada instalación. Los parámetros de compensación de inercia se establecen durante la puesta en servicio mediante una prueba de rampa de aceleración controlada, y la estabilidad de la tensión resultante se verifica con respecto a la envolvente objetivo antes de que la línea entre en producción, lo que garantiza que las características de rendimiento cumplan con los requisitos del proceso desde la primera ejecución de producción en lugar de requerir un ajuste prolongado de prueba y error por parte de los operadores del cliente.

Compensación del diámetro del carrete: por qué la tensión de desenrollado se desvía sin ella

Un carrete de cable que se desenrolla en una máquina devanadora de cable motorizada cambia su diámetro efectivo continuamente a lo largo del recorrido, comenzando en el diámetro de la capa exterior y disminuyendo hasta el diámetro del núcleo a medida que se consume el cable. Para un carrete industrial grande típico, este cambio de diámetro puede representar una proporción de 3:1 a 5:1 entre los estados lleno y vacío. Si el mecanismo de desenrollado mantiene un punto de ajuste de velocidad de rotación constante en lugar de compensar este cambio de diámetro, la velocidad de salida del cable lineal disminuirá proporcionalmente a medida que se vacía el carrete, lo que obligará al proceso posterior a aceptar una velocidad de alimentación variable o confiar en el amortiguador del acumulador para absorber el déficit. En las líneas de extrusión donde la velocidad de alimentación del conductor afecta directamente el espesor de la pared del aislamiento, el cambio de diámetro no compensado en el resultado se traduce en un aumento progresivo del espesor de la pared a medida que se vacía el carrete, un defecto que se desarrolla lo suficientemente lento como para pasar los controles de calidad iniciales pero falla en el muestreo estadístico a lo largo de la longitud del carrete.

El enfoque de ingeniería correcto es la estimación continua del diámetro del carrete con corrección automática de velocidad aplicada al mecanismo de desenrollado. La estimación del diámetro se puede implementar mediante tres métodos, cada uno con diferentes características de precisión y requisitos de hardware:

• Integración de la posición de bailarina: El desplazamiento del rodillo bailarín se integra a lo largo del tiempo para estimar la longitud del cable consumida, que se combina con la geometría del carrete conocida para calcular el diámetro del devanado actual; eficaz para geometrías de carrete consistentes, pero acumula errores si el bailarín se opera cerca de sus límites de recorrido durante períodos prolongados.
• Cálculo de la relación de velocidad: La relación entre la velocidad del codificador del carrete de desenrollado y la velocidad del codificador de la línea descendente se utiliza para calcular el diámetro de desenrollado efectivo en tiempo real; es preciso y autocorregible, pero requiere una señal de velocidad confiable del proceso descendente que esté sincronizada con el controlador de desenrollado.
• Medición óptica directa: Un sensor de distancia láser o un transductor ultrasónico mide directamente el diámetro exterior del carrete actual: el método de mayor precisión, independiente del error de cálculo acumulado, pero agrega costos de hardware al sensor y requiere protección contra el polvo del cable y la contaminación del lubricante en el campo de medición.

En la práctica, el método de cálculo de la relación de velocidad ofrece el mejor equilibrio entre precisión y simplicidad de implementación para la mayoría de los casos. Máquina automática de pago de cables instalaciones. La tasa de actualización de la compensación debe ser suficiente para rastrear los cambios de diámetro entre capas de bobinado individuales: para un cable típico con un diámetro aislado de 1,5 mm en un carrete de 400 mm de ancho transversal, cada capa representa aproximadamente 0,003 mm de cambio de diámetro, lo que requiere una tasa de actualización de al menos un cálculo por revolución del carrete para mantener la precisión de la compensación dentro del 0,5 % del diámetro real.

Carga y alineación del carrete: los factores mecánicos que determinan la uniformidad de la tensión

La falta de uniformidad de la tensión en el equipo de desenrollado de cables motorizados se atribuye con frecuencia a problemas del sistema de control cuando la causa real es la desalineación mecánica en el punto de montaje del carrete. Un carrete montado con su eje de rotación no perpendicular a la dirección de desenrollado (incluso de 1 a 2 grados) crea una variación de tensión sinusoidal en la frecuencia de bobinado a medida que el cable tira alternativamente hacia y desde la cara de la brida durante el desenrollado. Esta onda de tensión aparece en el rodillo bailarín como una oscilación rítmica que el bucle de control de tensión no puede suprimir porque la frecuencia de perturbación coincide o excede el ancho de banda del bucle de control. La variación de tensión resultante suele ser de 8 a 15 % de pico a pico en la frecuencia del devanado y no responde a los ajustes de sintonización del PID, lo que lleva a los operadores a concluir incorrectamente que el sistema de control es la fuente del problema.

La alineación adecuada del carrete requiere tanto una perpendicularidad axial como un centrado lateral del carrete con respecto a la dirección de desenrollado. La perpendicularidad axial se establece mediante la geometría del marco de desenrollado y la alineación del bloque de cojinete del eje del carrete; se verifica usando un indicador de cuadrante que se pasa a lo largo de la cara de la brida del carrete mientras el eje se gira con la mano. El centrado lateral garantiza que el cable salga del carrete en el ángulo correcto para el primer ojal de la guía, minimizando el ángulo de flota (el ángulo entre el punto de salida del cable en el carrete y la línea central de la primera guía) que debe mantenerse por debajo de 1,5 grados para evitar el desgaste de las bridas y la abrasión de los bordes en las capas más externas del cable.

Errores comunes en el montaje de carretes y sus efectos de tensión

Diseño de secuencia de cambio de carrete: minimizar el tiempo de inactividad sin comprometer el control de tensión

El evento de cambio de carrete (transición de un carrete agotado a un carrete nuevo lleno en una máquina de pago automático de cable) es el momento de mayor riesgo en el ciclo operativo del sistema de pago desde la perspectiva de la continuidad de la producción y del control de tensión. En líneas sin un acumulador de cambio de carrete dedicado, el proceso aguas abajo debe detenerse por completo mientras dure la secuencia de cambio, que en un sistema cargado manualmente normalmente toma de 3 a 8 minutos dependiendo del peso del carrete y la disponibilidad del equipo de manipulación. Para una línea de extrusión que funciona continuamente, incluso una parada de 3 minutos requiere una purga inicial y un período de estabilización antes de que la calidad del producto vuelva a las especificaciones, lo que efectivamente hace que la pérdida total de producción por cambio de carrete sea de 8 a 15 minutos de producción utilizable.

Los sistemas de empalme volante, que unen la cola del carrete agotado con el extremo del carrete nuevo mientras ambos están en movimiento, eliminan esta pérdida de producción, pero requieren una coordinación precisa de la sincronización entre el actuador de empalme, el mecanismo de desenrollado y el sistema acumulador. El empalme debe ocurrir mientras el acumulador está liberando su longitud de cable almacenada para mantener la velocidad de la línea aguas abajo durante la parada momentánea del carrete agotado. Si la capacidad del acumulador es insuficiente para cubrir el tiempo completo de la secuencia de empalme, el proceso posterior experimentará una caída de tensión que provocará que la cruceta de extrusión experimente una reducción de tensión momentánea, lo que potencialmente permitirá que el conductor se descentre dentro del troquel y produzca una longitud de aislamiento excéntrico que debe desecharse.

• Dimensionamiento del acumulador para empalme volante: La longitud de la carrera del acumulador debe almacenar al menos 1,5 veces la salida del cable durante el tiempo máximo esperado de la secuencia de empalme, y el margen adicional del 50 % representa la variación en el tiempo de respuesta del operador y el tiempo del ciclo del cabezal de empalme en condiciones de producción.
• Fiabilidad de detección final: Los sensores ópticos o inductivos que detectan la condición del carrete casi vacío deben activar la señal de inicio de empalme con suficiente antelación (generalmente cuando quedan de 2 a 3 capas de cable en el carrete) para permitir que el acumulador alcance su capacidad de almacenamiento completa antes de que comience el evento de empalme.
• Nueva preaceleración del carrete: El nuevo impulsor del carrete debe acelerar el carrete nuevo para que coincida con la velocidad de la superficie de la línea actual antes de que se enganche la abrazadera de empalme; el empalme a un carrete estacionario o de movimiento lento crea un impulso de tensión a medida que el punto de empalme pasa del carrete viejo al nuevo, lo que podría romper la unión de empalme en alambre de calibre fino.
• Reestabilización de la tensión post-empalme: Después del empalme, el circuito de control de tensión de liquidación requiere un período de reestabilización a medida que pasa de operar con las características de inercia del carrete antiguo al nuevo carrete completo; el sistema de control debe aplicar una transición suave en los parámetros de compensación de inercia en lugar de un cambio de paso inmediato para evitar sobrepasos.

Integración de la máquina devanadora de cables motorizada con sistemas de control de líneas de extrusión

Una máquina desenrolladora de cables motorizada que funciona como una unidad independiente, con su propio punto de ajuste de tensión independiente y bucle de control de bailarina, introduce un conflicto inherente con el sistema de control de velocidad de arrastre de la línea de extrusión. Ambos sistemas intentan regular la tensión del cable en sus respectivos puntos: el devanado mantiene la tensión aguas arriba en la entrada del conductor y el arrastre mantiene la tensión aguas abajo en la salida del cable aislado. Si estos dos bucles de control no se coordinan a través de un enlace de comunicación compartido, pueden entrar en una oscilación conflictiva donde la recompensa aumenta la tensión en respuesta a la caída del bailarín, mientras que el arrastre simultáneamente reduce la velocidad en respuesta a un aumento de la tensión, creando una interacción sostenida de ida y vuelta que ninguno de los bucles puede resolver de forma independiente.

El enfoque de integración correcto es una arquitectura de control jerárquica donde el PLC maestro de la línea de extrusión proporciona una referencia de velocidad al equipo motorizado de desenrollado de cable como una señal de avance, con el bucle de control de posición del bailarín de desenrollado actuando como un ajuste de ajuste encima de la referencia de velocidad maestra en lugar de como un controlador de velocidad independiente. En esta configuración, el controlador de compensación sigue la velocidad de la línea de manera proactiva a través de la señal de avance, y el bucle bailarín solo necesita corregir los desajustes de velocidad residuales, lo que reduce el requisito de ancho de banda de control y elimina la posibilidad de interacción del bucle. El enlace de comunicación entre el PLC maestro de línea y el variador de pago debe utilizar un protocolo de bus de campo determinista (PROFIBUS, EtherNet/IP o PROFINET) con un tiempo de ciclo inferior a 10 milisegundos para garantizar que la señal de avance se entregue con suficiente puntualidad para que sea efectiva durante las rampas de aceleración de la línea.

Establecida en Shanghai en 2002 y expandida a través de Jiangsu Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. en Yixing en 2017, Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. diseña equipos de pago de cables motorizados con capacidad de integración nativa para las plataformas de control de líneas de extrusión más comúnmente utilizadas en la fabricación de cables, incluidas las series Siemens S7, Mitsubishi Q e iQ-R y Allen-Bradley ControlLogix. La interfaz del variador de compensación está preconfigurada para aceptar una referencia de velocidad maestra a través del protocolo de bus de campo apropiado, con los parámetros del bucle de ajuste del bailarín configurados de fábrica en una configuración inicial estable que los operadores pueden ajustar en el sitio sin requerir experiencia en programación del variador. Este enfoque de integración reduce el tiempo de puesta en servicio para instalaciones de nuevas líneas y elimina los problemas de interacción de control que son comunes cuando se agregan equipos de pago de diferentes proveedores a una línea de extrusión existente sin coordinación de ingeniería de la arquitectura de control.

Selección del punto de ajuste de tensión para diferentes materiales y calibres de conductores

Seleccionar el punto de ajuste de tensión correcto en una máquina devanadora automática de cables no es una cuestión de elegir un valor medio cómodo dentro del rango operativo de la máquina; es un cálculo específico del material que equilibra tres requisitos en competencia: tensión suficiente para mantener la rectitud del conductor y evitar enredos en el desenrollado del carrete, tensión lo suficientemente baja para evitar el alargamiento del conductor más allá del límite elástico y una tensión lo suficientemente estable para evitar que el conductor se desvíe dentro de la matriz de extrusión. Cada uno de estos requisitos impone una restricción diferente en la ventana de tensión aceptable, y la intersección de las tres restricciones define el rango de operación correcto para una especificación de conductor determinada.

El alargamiento del conductor es la limitación más crítica para conductores de calibre fino y alta pureza. Cuando la tensión de desenrollado excede el límite proporcional del conductor (el nivel de tensión por debajo del cual la deformación es completamente elástica) se produce un alargamiento permanente, lo que reduce el área de la sección transversal del conductor y aumenta su resistencia por unidad de longitud. Para los conductores de cobre libre de oxígeno (OFC), el límite proporcional es menor que para el cobre electrolítico de paso duro (ETP) estándar, lo que significa que los puntos de ajuste de tensión aceptables para cables estándar pueden causar un alargamiento medible en conductores OFC del mismo calibre. El límite de tensión en Newtons para un conductor determinado se puede calcular a partir del límite de tensión proporcional (normalmente entre un 30% y un 40% del límite elástico para un margen operativo conservador) multiplicado por el área de la sección transversal del conductor, un cálculo que debe realizarse para cada especificación del conductor en lugar de asumir que escala linealmente con el peso del conductor.

Estos valores sirven como puntos de partida de ingeniería y deben verificarse con los datos de propiedades mecánicas del proveedor de conductores específicos para el lote de producción real. Las propiedades mecánicas de los conductores varían entre proveedores y entre lotes de producción del mismo proveedor, particularmente para conductores trenzados donde los parámetros individuales de trefilado afectan el límite elástico final del cordón. Establecer un protocolo de validación de la tensión, que incluye una prueba breve en el punto de ajuste propuesto seguida de una medición de la resistencia por metro en una longitud de muestra, proporciona confirmación de que la tensión operativa está dentro del rango elástico para el material real que se está procesando, en lugar de depender únicamente de las especificaciones nominales del material.