Kaip galima optimizuoti didelės spartos -marškinėlių krepšių-mašinukų servo valdymo sistemą-, kad būtų sunaudojama mažiau energijos?

Kadangi tai yra pagrindinė šiuolaikinės minkštų pakuočių pramonės įranga, didelės spartos marškinėlių pakavimo mašinos{0} energijos sąnaudos tiesiogiai veikia gamybos sąnaudas ir naudą aplinkai. Servo valdymo sistema, kaip maišelių gamybos mašinos „širdis“, atlieka lemiamą vaidmenį optimizuojant energijos sąnaudas, nes tiksliai valdo traukos, karščio sandarinimo ir pjovimo koordinavimą. Remiantis naujausia pramonės technologijų plėtros tendencija, šiame darbe sistemingai aprašomas servo valdymo sistemų mažo energijos suvartojimo optimizavimo kelias iš keturių dimensijų: techninės įrangos parinkimo, valdymo strategijos, energijos atgavimo ir mechaninio optimizavimo.
1. Aparatūros pasirinkimas: suderinkite apkrovos reikalavimus, kad išvengtumėte energijos pertekliaus
1.1 Tikslus variklio ir tvarkyklės suderinimas
Tradicinė pakavimo į maišus mašina dažnai sukelia energijos švaistymą dėl pernelyg didelės variklio galios. Pavyzdžiui, tam tikro tipo maišų mašinai vardinės apkrovos sąlygomis reikia tik 3 kilovatų galios, tačiau iš tikrųjų yra 5 kilovatų variklis, dėl kurio sumažėja efektyvumas esant žemai apkrovai. Optimizavimo sprendimas yra pasirinkti variklio galią pagal faktinę darbo situaciją. Pavyzdžiui, nuolatinių magnetų sinchroniniai varikliai gali būti įvertinti daugiau kaip 95 % efektyvumu, 10–15 % daugiau nei asinchroniniai varikliai. Be to, vairuotojas turėtų palaikyti dinaminio įtampos reguliavimo funkcijas, kad išėjimo įtampą būtų galima reguliuoti realiu laiku pagal apkrovą ir sumažinti pasyvų galios praradimą.
1.2 Patobulintas kodavimo įrenginių ir jutiklių tikslumas
Didelio-tikslumo koduotuvai, pvz., 23-bitų absoliutus koduotuvai, gali pateikti mikro-lygio padėties grįžtamąjį ryšį ir sumažinti servosistemai reikalingų pataisymų skaičių, taip sumažinant energijos sąnaudas. Pavyzdžiui, viena įmonė padidino kodavimo įrenginio skiriamąją gebą nuo 17 iki 23 bitų, sumažindama traukos variklio energijos sąnaudas 8%. Tuo pačiu metu servo parametrai gali būti dinamiškai koreguojami pagal įtempimo jutiklių ir temperatūros jutiklių stebėjimo duomenis realiuoju laiku, kad būtų išvengta veiksmo pasikartojimo dėl įtampos svyravimų ar temperatūros nukrypimų.
2. Kontrolės strategija: pažangūs algoritmai ir judesių planavimas
2.1 Trajektorijos optimizavimas, pagrįstas modelio nuspėjamuoju valdymu
Tradicinis PID valdymas, linkęs į dinaminį atsako vėlavimą dėl fiksuotų parametrų, o MPC algoritmas gali numatyti būsimą būseną ir iš anksto koreguoti valdymo kiekius, sukurdamas matematinį sistemos modelį. Pavyzdžiui, koordinuotuose traukos ir pjovimo judesiuose MPC algoritmas gali optimizuoti pagreičio kreives ir sumažinti variklio didžiausias sroves judesio perjungimo metu. Faktiniai matavimai rodo, kad energijos suvartojimas sumažėjo 12%. Be to, MPC palaiko kelių-ašių koordinuotą valdymą, kuris užtikrina fazių sinchronizavimą tarp priekinės, galinės ir keturių veleno ašių, išvengiant energijos švaistymo dėl netinkamai suderintų veiksmų.
2.2 Adaptyvūs parametrų derinimo būdai
Servo sistemų stiprinimo parametrus (pvz., proporcingą stiprinimą Kp ir integralinį laiką Ti) reikia dinamiškai koreguoti atsižvelgiant į apkrovos pokyčius. Pavyzdžiui, viena įmonė naudojo neaiškią adaptyvųjį algoritmą, kad automatiškai pakoreguotų Kp vertę pagal plonos plėvelės medžiagas (pvz., OPP, PE) ir storį (15–100 μm), išlaikydama ±0,2 mm padėties nustatymo tikslumą net esant dideliam greičiui (600 maišų per minutę), tuo pačiu sumažindama servo pavaros įkaitimą 20%.
2.3 Projektinė energija-Optimalaus pagreičio ir lėtėjimo kreivės
S-kreivės pagreičio ir lėtėjimo algoritmas riboja pagreičio greitį ir sumažina variklio inercijos smūgį, taip sumažindamas didžiausias sroves. Pavyzdžiui, maišelių gamintojas sumažina variklio paleidimo srovę nuo 15 A iki 8 A, optimizuodamas įsibėgėjimo ir lėtėjimo laiką nuo 0,1 s iki 0,3 s, todėl energijos sąnaudos per ciklą sumažėja 18 %. Be to, kai naudojamos trapecijos formos greičio kreivės, reikia atlikti modeliavimą, siekiant nustatyti optimalų greičio ruožo ilgį, kad būtų subalansuotas pagreičio energijos suvartojimas ir eksploatacijos efektyvumas.
3. Energijos atgavimas: pakartotinis stabdymo energijos naudojimas
3.1 Regeneracinių stabdžių blokų (RBU
Maišymo mašinos veikimo metu išskiria daug stabdymo energijos, pvz., pakeldamos karščio sandarinimo rėmą ir sulėtindamos traukos variklį. Nors įprastos sistemos išsklaido elektros energiją kaip šilumą per stabdymo rezistorius, RBU gali tiekti elektrą atgal į tinklą arba nuolatinės srovės magistralę. Pavyzdžiui, viena įmonė įrengė RBU, kuris per 8 darbo valandas sutaupė 15 kilovat-valandžių elektros energijos, o tai atitinka 12 kilogramų išmetamo anglies dioksido kiekio sumažėjimą.
3.2 DC magistralės energijos dalijimosi technologija
Kelių -ašių servosistemose vienos ašies stabdžių generuojama energija gali būti tiekiama kitoms ašims per nuolatinės srovės magistralę. Pavyzdžiui, kai traukos variklis sulėtėja, jo regeneracinę energiją gali sugerti suklio variklis ir panaudoti šilumos sandarinimo rėmo slėgiui žemyn. Faktiniai matavimai rodo 25 % sumažintą sistemos energijos suvartojimą visoje sistemoje, ypač atliekant dažnai paleidžiamas ir sustabdomas pakavimo į maišus operacijas.
4. Mechaninis optimizavimas: sumažinkite perdavimo nuostolius
4.1 Pakeiskite tiesioginio valdymo technologijomis
Tradicinė pakavimo į maišus mašina naudoja „variklio + greičių dėžės + švaistiklio mechanizmo“ perdavimo režimą, kuris sukels mechaninius tarpus ir trinties nuostolius. Tiesioginės pavaros technologija, tokia kaip linijiniai varikliai ir tiesioginės pavaros servovariklis, pašalina tarpines perdavimo linijas, o pagal faktinius matavimus efektyvumas padidėja 18%. Pavyzdžiui, viena įmonė pakeitė metodą, kai termosandarinis rėmas buvo varomas iš rotacinio variklio kumštelinio mechanizmo mechanizmo į variklio pavarą, todėl 15 % sumažėjo termosandarinimo energijos sąnaudos, o triukšmas sumažėjo nuo 75 iki 60 dB.
4.2 Lengvas ir-mažos trinties dizainas
Mechaninių konstrukcijų optimizavimas, pvz., anglies pluošto ritinėlių ir keraminių guolių naudojimas, gali sumažinti judančių dalių inercinę apkrovą. Pavyzdžiui, vienas maišų gamintojas sumažino traukos ritinėlių ritinėlių svorį nuo 20 kg iki 12 kg, todėl variklio paleidimo energijos sąnaudos sumažėjo 30%. Be to, naudojant mažo trinties koeficiento kreipiklius (pvz., ritininius kreipiklius vietoj slankiojančių kreiptuvų), pasipriešinimas judėjimui gali sumažėti 50%, dar labiau sumažinti pavaros energijos sąnaudas.
V. Sistemos-lygio bendradarbiavimo optimizavimas
5.1 Energijos valdymas, susietas su aukšto lygio sistemomis
Naudodamos OPC UA ir kitus pramoninius protokolus, servo sistemos gali keistis duomenimis su PLC ir MES. Pavyzdžiui, kai gamybos grafikas koreguojamas taip, kad būtų sumažintas maišymo greitis, viršutinė sistema gali automatiškai sumažinti servo pagrindinį dažnį ir sumažinti apkrovos nuostolius. Įdiegusi šį sprendimą, viena įmonė 40 % sumažino energijos sąnaudas mažos-apkrovos naktinėse operacijose.
5.2 Skaitmeninis dvigubas energijos suvartojimo numatymas
Energijos suvartojimo pasiskirstymas skirtingomis eksploatavimo sąlygomis gali būti imituojamas sudarant skaitmeninį dvigubo maišymo mašinos modelį. Pavyzdžiui, modeliavimas atskleidžia, kad servo sistema dažnai koreguoja padėtį, kai plėvelės įtempimo svyravimai viršija ± 5 N, todėl energijos suvartojimas padidėja 22%. Tuo remdamasi įmonė gali optimizuoti įtempimo valdymą, suspausti svyravimo diapazonus iki ±2 N ir įgyvendinti dvigubą energijos suvartojimo ir gaminio kokybės optimizavimą.
Išvada:
energijos suvartojimo optimizavimas servo valdymo sistemų, skirtų didelės spartos -marškinėlių gamintojams, Naudojant pažangias technologijas, pvz., nuolatinio magneto sinchroninius variklius, modelio numatymo valdymą, regeneracinį stabdymą ir tiesioginę pavarą, kartu su skaitmeniniu dvigubu analoginiu ir sistemos sujungimo valdymu, maišų gamybos mašina gali sumažinti energijos sąnaudas 20–30 %, tuo pačiu pagerindama įrangos stabilumą ir gaminio kokybę. Ateityje, populiarėjant technologijoms, tokioms kaip silicio karbido SiC) galios įrenginiai ir dirbtinio intelekto optimizavimo algoritmai, bus dar labiau padidintas servo valdymo sistemų energijos vartojimo efektyvumas, o tai bus pagrindinė pagalba ekologiškai minkštųjų pakuočių pramonės transformacijai.