Automatisierungs-Upgrade für Schneidemaschinen: Die Schlüsselrolle der SPS-Steuerung und Parametereinstellung

Im Kontext der modernen Fertigung, die auf hohe Effizienz, hohe Qualität und flexible Produktion abzielt, ist die Automatisierung traditioneller Schneidemaschinen für Unternehmen die einzige Möglichkeit, ihre Wettbewerbsfähigkeit zu verbessern. In diesem Transformationsprozess spielen speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) mit ihren zentralen Steuerungsfunktionen und verfeinerten Parametereinstellungen als „Gehirn“ des gesamten Systems eine unersetzliche Schlüsselrolle. Gemeinsam verwandeln sie ein einfaches mechanisches Gerät in eine intelligente, präzise und stabile Hochleistungsproduktionsanlage.

1. Einschränkungen und Upgrade-Anforderungen herkömmlicher Schneidemaschinen

Bei herkömmlichen Schneidemaschinen, beispielsweise solchen mit mechanischen Antrieben, Relaissteuerung oder einfachen Mikrocontrollern, treten häufig die folgenden Probleme auf:

• Geringe Effizienz: Die Auftragsänderungsgeschwindigkeit ist langsam und die Anpassung hängt von der Erfahrung des Meisters ab, was zeitaufwändig und zeitraubend ist.

• Geringe Genauigkeit: Die Spannungsregelung ist instabil, was zu Problemen wie Schlangenbildung, Faltenbildung und Materialbruch führt und die Ausbeute gering ist.

• Unzureichende Flexibilität: schwierige Anpassung an unterschiedliche Materialien, unterschiedliche Breiten und Durchmesser der Spulen.

• Geringer Informatisierungsgrad: Fehlende Funktionen zur Produktionsdatenerfassung, Fehlerdiagnose und Fernüberwachung.

• Schwierige Wartung: Die Relaisleitung ist komplex und erfordert eine Fehlersuche.

Das Hauptziel von Automatisierungs-Upgrades besteht darin, diese Probleme durch elektrische Übertragungen und Computersteuerung zu lösen, und SPS sind der Eckpfeiler zur Erreichung dieses Ziels.

2. Die Kernrolle der SPS bei der Automatisierungsaktualisierung der Schneidemaschine

SPS ist nicht mehr nur ein einfacher Logikcontroller, der Relais ersetzt, sondern hat sich zu einer umfassenden Plattform entwickelt, die Logiksteuerung, Bewegungssteuerung und Prozesssteuerung integriert.

1. Zentrale Kommando- und Koordinationszentrale

Die SPS ist der Kern des gesamten Steuerungssystems der Schneidemaschine. Sie empfängt Anweisungen und Signale von der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) und verschiedenen Sensoren (wie Korrektur-EPC, Spannungssensor, Encoder) und gibt durch logische Verknüpfung und Verarbeitung interner Programme Steuerbefehle an den Aktuator (wie Servo-/Frequenzumrichtermotor, pneumatische Komponenten, Magnetventile) aus und koordiniert die ordnungsgemäße und synchrone Arbeit verschiedener Einheiten wie Abwickeln, Ziehen, Schneiden und Aufwickeln.

2. Hochpräzise Spannungsregelung

Die Spannungsregelung ist das Herzstück der Schneidemaschine und beeinflusst direkt deren Qualität. Durch die Integration fortschrittlicher PID-Regelalgorithmen verarbeitet die SPS das Rückmeldesignal des Spannungssensors in Echtzeit, passt Drehmoment oder Drehzahl der Ab- und Aufwickel-Servomotoren dynamisch an und ermöglicht eine konstante oder konische Spannungsregelung. Dies ist unerlässlich für die Verarbeitung extrem dünner Folien, dehnbarer Fasern oder schwerer Papiere und verhindert effektiv Materialzug, -durchhang und -faltenbildung.

3. Präzise synchrone Bewegungssteuerung

Moderne Schneidemaschinen verwenden häufig Multi-Servo-Systeme. Die SPS steuert mehrere Servoantriebe über Hochgeschwindigkeitsbusse (z. B. EtherCAT, Profinet), um eine präzise elektronische Nockensynchronisation zwischen den Achsen zu erreichen. Beispielsweise muss die Wickelwelle ihre Geschwindigkeit automatisch an den wachsenden Rollendurchmesser anpassen, um die Lineargeschwindigkeit konstant zu halten, und die Schneidwelle muss präzise mit der Materialvorschubgeschwindigkeit synchronisiert sein, um einen sauberen Schnitt zu gewährleisten. All dies wird vom Motion-Control-Funktionsblock in der SPS präzise berechnet und ausgeführt.

4. Automatische Auftragsänderung und Rezeptverwaltung

Dies ist der Schlüssel zur Effizienzsteigerung. Bediener können auf der HMI „Rezepte“ für verschiedene Produkte voreinstellen, darunter:

◦ Schnittbreite

◦ Schnittlänge/Menge

◦ Spannungssollwert

◦ Rückzugskegel

◦ Geschwindigkeitsparameter

Rufen Sie beim Ändern von Aufträgen mit einem Klick das entsprechende Rezept auf, und die SPS steuert den Servomotor automatisch an, um den Werkzeughalter auf die angegebene Breite zu bewegen und alle Betriebsparameter einzustellen. Dadurch wird die Einstellzeit und die Abhängigkeit des Bedieners von seinen Fähigkeiten erheblich reduziert und die Flexibilität der Produktion erhöht.

5. Integrierte Sicherheitskontrollen

SPS können Sicherheitsmodule integrieren (oder Sicherheitsrelais über Sicherheitsbusse verbinden), um Signale von Sicherheitsgeräten wie Not-Aus-Tastern, Sicherheitslichtvorhängen und Bereichssensoren zu verarbeiten und sichere Abschaltfunktionen zu realisieren, die Sicherheitsstufen (wie SIL2/PLd) erfüllen, um die Sicherheit von Personal und Geräten zu gewährleisten.

6. Datenerhebung und Kommunikationsvernetzung

Als Informationsknoten kann die SPS den Betriebsstatus, die Ausgabe, den Fehleralarm und andere Daten der Ausrüstung in Echtzeit erfassen und aufzeichnen und diese Daten über Industrial Ethernet in das SCADA-System oder MES (Manufacturing Execution System) hochladen, um eine Datenvisualisierung und Produktionsverwaltung auf Fabrikebene zu realisieren und so den Grundstein für digitale Fabriken zu legen.

3. Parametrierung: SPS-Funktionen als Brücke für echte Produktivität

Unabhängig von der Leistungsfähigkeit der SPS sind für den Betrieb die richtigen Parameter erforderlich. Bei der Parametereinstellung werden Prozessanforderungen in maschinenausführbare Befehle übersetzt. Der Grad der Verfeinerung bestimmt direkt den endgültigen Produktionseffekt.

Zu den wichtigsten Parameterkategorien gehören:

• Mechanische Parameter: wie Übersetzungsverhältnis, Rollendurchmesser, Encoder-Strichzahl usw. sind die Grundlage für die SPS, um präzise Positions- und Geschwindigkeitsberechnungen durchzuführen.

• Spannungsparameter:

◦ Sollwert der Anfangsspannung: Wird entsprechend den unterschiedlichen Materialeigenschaften eingestellt (z. B. PP, PET, Aluminiumfolie).

◦ PID-Parameter (Skala, Integral, Differenzierung): Die Abstimmung dieser drei Parameter bestimmt direkt die Reaktionsgeschwindigkeit, Stabilität und Entstörungsfähigkeit der Spannungsregelung. Der Inbetriebnahmetechniker muss Feineinstellungen entsprechend den Standortbedingungen vornehmen.

◦ Verjüngungskoeffizient: Steuert die Kurve der mit zunehmendem Spulendurchmesser abnehmenden Spannung während des Wickelns, um ein Zerdrücken des Kerns oder ein Verrutschen des Außenmaterials zu verhindern.

• Geschwindigkeitsparameter: einschließlich Beschleunigungs- und Verzögerungszeit (S-Kurve), maximale Laufgeschwindigkeit usw. Eine sanfte Beschleunigung und Verzögerung trägt dazu bei, die Auswirkungen auf das Material zu verringern und einen sanften Start und Stopp zu gewährleisten.

• Parameter der Führungskorrektur (EPC): Steuert die Empfindlichkeit und Reaktionsgeschwindigkeit des Führungssensors und -aktuators, um sicherzustellen, dass die Kante oder Mittellinie des Materials immer ausgerichtet ist.

• Achsenparameter: Beim Kreismesserschneiden müssen der Überlappungsgrad der Messer, die Schnitttiefe usw. eingestellt werden. Beim Messerschneiden und -schlitzen muss die Phasensynchronisation zwischen dem fliegenden Messer und dem unteren Messer genau berechnet werden.

Der Wert der Parametereinstellung: Eine hervorragende Parametereinstellung kann die Hardwareleistung der Ausrüstung voll ausschöpfen, das beste Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit, Genauigkeit und Stabilität finden und ist das „Geheimnis“ für eine qualitativ hochwertige und effiziente Produktion.

4. Zusammenfassung

Durch die Automatisierungserweiterung wird die Schneidemaschine von einem mechanisch angetriebenen Gerät zu einem softwaredefinierten intelligenten Gerät. Dieser Übergang erfolgt:

• PLC bietet die Hardwaregrundlage und Leistungsplattform für komplexe Steuerung, hochpräzise Bewegung und intelligente Entscheidungsfindung.

• Die Parametereinstellung ist die „Seele“ und das „Wissen“, die in die Plattform eingebracht werden und den spezifischen Produktionsprozess und die Betriebserfahrung beinhalten.

Beide ergänzen sich gegenseitig und sind unverzichtbar. Nur durch die Investition in ein leistungsstarkes und offenes SPS-System, ergänzt durch eine gründliche und sorgfältige Parameteroptimierung und Prozessforschung, können Unternehmen das volle Potenzial der Schneidemaschine voll ausschöpfen und letztendlich erhebliche Verbesserungen bei Qualität, Effizienz und Kostenkontrolle erzielen und sich Marktvorteile sichern.