آلة تقطيع عالية السرعة Solution

مقدمة عن EtherCAT وحالة تطويره

1. مزايا ناقل المجال EtherCAT

سرعة اتصال عالية: بالمقارنة مع حافلات المجال الأخرى، يعتمد ناقل المجال EtherCAT على تقنية نقل Ethernet، والتي تعمل على تحسين سرعة نقل البيانات بشكل كبير، وتحقق سرعة اتصال تبلغ 100 ميجابت في الثانية، علاوة على ذلك، يتم اعتماد وضع النقل ثنائي الاتجاه، ويتم تحسين كفاءة نقل البيانات بشكل أكبر.

هناك العديد من أنواع الطوبولوجيات المدعومة: يدعم ناقل EtherCAT جميع طوبولوجيات الحافلات تقريبًا مثل النجمة والحافلة والشجرة. يتمتع بمرونة أكبر في التوجيه ويدعم تخصيص العناوين تلقائيًا دون تعيين عنوان IP.

وظيفة الساعة الموزعة: تجعل وظيفة الساعة الموزعة خطأ وقت المزامنة بين محورين مؤازرين أقل من ميكروثانية واحدة، مما يلعب دورًا حيويًا في التحكم في مزامنة محور المؤازرة.

أمان عالي: بفضل استخدام تقنية أمان TwinSAFE، أصبح من الممكن الآن استخدام بروتوكول أمان EtherCAT لإجراء اتصالات متعلقة بالسلامة واتصالات التحكم على نفس الشبكة، مما يسمح بتكامل ناقل EtherCAT بأمان (SIL)3 ويمكنه حتى الوصول إلى SIL4 بعد اتخاذ التدابير ذات الصلة.

2. حالة تطوير ناقل المجال EtherCAT

منذ طرحه، تم استخدام ناقل المجال EtherCAT على نطاق واسع في العالم. في نهاية العام الماضي، قدم Beckhoff الجيل الثاني من تقنية ناقل المجال EtherCAT-EtherCAT G. يأخذ EtherCAT G تقنية اتصالات Gigabit Ethernet لرفع أداء EtherCAT إلى مستوى جديد تمامًا. لا يتوافق EtherCAT G تمامًا مع الجيل السابق من تقنية EtherCAT بسرعة 100 ميجابت في الثانية فحسب، بل إنه يسمح للعملاء بالتواصل بشكل موثوق دون تعديل معلمات المحطة الرئيسية، كما أنه سهل الاستخدام بنفس القدر. بالإضافة إلى ذلك، يتيح وضع وحدة التحكم الفرعية في EtherCAT G التشغيل الفعال لشرائح الشبكة الفرعية المتعددة بالتوازي. عندما قدمت Beckhoff EtherCAT G Gigabit EtherCAT، اقترحت أيضًا مفهوم التصميم لـ 10 Gigabit EtherCAT 10G. يتمتع 10 Gigabit EtherCAT 10G بمعدل اتصال أعلى (100 جيجابت/ثانية)، وبالتالي يدعم التطبيقات كثيفة البيانات عالية الكثافة.

3. تطبيق ناقل المجال EtherCAT على آلة تقطيع الشريط فائقة السرعة

1） عملية إنتاج الشريط

لا يعد شريط الختم ضروريًا يوميًا في حياتنا اليومية فحسب، بل إنه يتمتع أيضًا بمجموعة واسعة من الاستخدامات في الإنتاج الصناعي، وخاصة في الصناعات اللوجستية والتعبئة والتغليف وغيرها. يمر إنتاج الشريط من المادة الخام إلى الشريط النهائي بعشرات العمليات المعقدة على النحو التالي:

يمر إنتاج الشريط من المادة الخام إلى الشريط النهائي بعشرات العمليات المعقدة

1. إضافة المواد الخام: أول شيء يجب القيام به في عملية إنتاج الشريط هو إضافة المواد الخام للشريط، مثل الأكريليك.
2. خزان الاستحلاب: بعد ذلك، تُضاف المادة الخام لشريط اللاصق من حمض الأكريليك إلى خزان الاستحلاب للاستحلاب.
3. وعاء التفاعل: يُضاف حمض الأكريليك إلى خزان الاستحلاب للاستحلاب، ثم يوضع في وعاء التفاعل للتسخين.
4. الغراء: بعد خطوات عملية إنتاج الشريط المذكورة أعلاه، يتم إنتاج منتج الغراء النهائي.
5. آلة الطلاء: يتم وضع الغراء المحضر للتو على فيلم للتحجيم.
6. المنتجات شبه المصنعة: الأشرطة شبه المصنعة التي يتم إنتاجها من خلال عمليات إنتاج الشريط هذه - بكرة الأم.
7. آلة قطع الأنابيب: يتم قطع بكرة الشريط الأم التي تم تصنيعها للتو بواسطة قاطع الأنابيب.
8. آلة التقطيع: بعد قطع لفة الشريط الأم بنجاح، يتم استخدام آلة التقطيع لتنفيذ عملية إنتاج الشريط.
9. الكرتون: بعد قطع الشريط، يصبح لفة الشريط التي نستخدمها عادةً. يجب أيضًا تعبئة لفة الشريط وتعبئتها، ثم تصبح الشريط الذي نستخدمه عادةً.
10. الشريط: ضع الشريط المعبأ في المستودع. هذه هي عملية إنتاج الشريط الأخيرة. في هذا الوقت، يمكن تسميته بالشريط النهائي.

تعد آلة التقطيع بشكل أساسي العملية النهائية لإكمال عملية إنتاج الشريط. الحل التقليدي للعميل هو استخدام محول التردد ومحرك النبض العادي لإكمال التحكم في الشد والوسم في عملية تقطيع الشريط. إن المخطط التقليدي له عيوب تتمثل في انخفاض الكفاءة وضعف الدقة، كما أنه يولد كمية كبيرة من الكهرباء الساكنة أثناء عملية إعادة لف الشريط وفكه، مما يتداخل بسهولة مع النبضة المستقبلة لمحرك المؤازرة، وبالتالي تقليل إنتاجية المنتج.

ردًا على أوجه القصور في الحل القديم للعميل، طور فريق تطوير تطبيقات VEICHI حلًا جديدًا لآلة التقطيع الأوتوماتيكية من خلال المناقشة والتحليل، من خلال التعاون بين محول التردد الاحترافي VEICHI AC310 tension ومحرك المؤازرة SD700 EtherCAT، فإنه يحل مشاكل الكفاءة المنخفضة وضعف مقاومة التداخل للمخطط القديم.

2） تصميم الأجهزة لآلة التقطيع عالية السرعة

الخطوة الأخيرة في عملية إنتاج الشريط هي استخدام آلة التقطيع لتقسيم شريط الأسطوانة الرئيسية المنتج إلى شريط نهائي. آلة التقطيع عالية السرعة المصممة في هذه الحالة هي جهاز التشغيل الآلي لإكمال هذه الخطوة. يمكن تقسيم نظام التحكم بالكامل تقريبًا إلى ثلاثة أجزاء للتصميم المنفصل، وهي: 1، جزء حركة الاستيفاء المتزامن للروبوت 2، جزء التحكم في شد العاكس 3، جزء حركة الوسم.

（1）جزء حركة الاستيفاء المتزامن للروبوت:

من أجل حل مشكلة انخفاض كفاءة المخطط القديم، أضفنا روبوتًا إلى عملية التحميل والتفريغ في المخطط الجديد، مما أدى إلى زيادة كفاءة الإنتاج بنحو 50%.

يتكون جزء المعالج من معالجين مفصليين. يتم استخدام أربعة محركات سيرفو من نوع ناقل VEICHI SD700 EtherCAT لدفع حركة المفصل في الماكينة. تكمن صعوبة هذا الجزء من التحكم في أنه يجب ضمان مزامنة المعالجين الأيسر والأيمن أثناء الحركة. يجب ألا يتجاوز الخطأ 2 ميكروثانية، ويجب أن تتضمن حركة المفصلين في روبوت واحد أيضًا خوارزمية الاستيفاء. لذلك، من الصعب جدًا ضمان المزامنة بين المحورين مع ضمان مسار الاستيفاء. يستخدم محرك سيرفو ناقل VEICHI SD700 EtherCAT مبدأ مزامنة الساعة الموزعة للتحكم في حلقة الموضع. فترة مزامنة الوقت قصيرة مثل 125 ميكروثانية، وخطأ مزامنة الموضع بين المحورين حوالي 1 ميكروثانية، وبالتالي يمكن للأداء تلبية متطلبات العملية بشكل كامل.

محرك سيرفو VEICHI

（2）قسم التحكم في شد العاكس

يستخدم المخطط القديم محول تردد مشترك. نظرًا لأن الماكينة تحتاج إلى البدء والتوقف بشكل مستمر أثناء تشغيل القاطع، فإن تقلب الشد يحدث غالبًا في مرحلة البدء والتوقف. لذلك، فإن النظام لديه متطلبات صارمة على التحكم في الشد وشد العاكس العادي. دقة التحكم سيئة للغاية. في المخطط الجديد، نتبنى أحدث محول تردد خاص بالشد AC310 من VEICHI لإكمال التحكم في شد النظام. تم تصميم محول التردد الخاص للتحكم في الشد VEICHI AC310 خصيصًا للتحكم الصارم في الشد. حتى في أماكن البدء والتوقف المتكررة، يمكن ضمان دقة التحكم في الشد في نطاق تقلب 1.5٪، كما يتم توفير تفتق الشد. يجعل التحكم المنتجات المعالجة أكثر كمالاً.

قسم التحكم في شد العاكس

（3）جزء حركة الوسم

يتطلب جزء الوسم في النظام مزامنة ساعة EtherCAT. يستخدم محرك سيرفو نوع ناقل VEICHI SD700 EtherCAT خوارزمية مزامنة ساعة موزعة لجعل المحور الثانوي أكثر قابلية للمتابعة. في عملية الوسم، يمكن أن يتطابق تمامًا مع المغزل، ويكمل عملية الوسم، وقد وصلت دقة الوسم إلى 0.1 مم أو أقل من خلال الاختبار.

（4）مقدمة إلى خوارزمية جزء التحكم في موضع الروبوت

الجزء الأكثر تعقيدًا في النظام بأكمله هو جزء الروبوت. نظرًا لأن تصميم جزء المتلاعب ليس تصميمًا تقليديًا للمتلاعب بإحداثيات مستطيلة XYZ، بل تصميم المتلاعب ذي المفصل المزدوج، فيجب تحديد إحداثيات الموضع النهائي للمتلاعب بواسطة خوارزمية الحل الأمامي والعكسي. نظرًا لأن برنامج النظام بأكمله كبير جدًا، فأنا أشارك هنا فقط خوارزمية الحل الإيجابي للروبوت ذي المفصل السفلي وكيفية التحكم في الروبوت للركض إلى الموضع المحدد بطريقة حركة الاستيفاء.

حدد العلاقة بين (X, Y) بواسطة (θ, α):
بواسطة:

الصيغة الأولى

تم حلها بالصيغة أعلاه:

الصيغة الثانية

فيما يلي بعض الإجراءات الخوارزمية للتحكم الآلي:

بعض إجراءات خوارزمية HMIc للتحكم الآلي

الصورة الحية

الصورة المباشرة

الخلاصة

من خلال التحول إلى محركات التحكم في التوتر ومحركات السيرفو من نوع الحافلة من VEICHI، تم تحسين أداء معدات العملاء بشكل كبير، سواء من حيث كفاءة الإنتاج أو دقة المعدات التي تعد مستوى رائدًا في الصناعة.

لقد التزمت VEICHI بتطوير محركات سيرفو من نوع الحافلة أكثر فائدة. لقد طورت بنجاح مجموعة متنوعة من محركات سيرفو الحافلة عالية الأداء بما في ذلك CANopen وEtherCAT وM-II وM-III وما إلى ذلك، وهي متوفرة في السوق. بعد الاختبار العملي لعدد كبير من التطبيقات، وصلت محركات سيرفو الحافلة من VEICHI إلى مستوى جديد من حيث الأداء والاستقرار.