電動ペイオフ装置マシン

業界の知識

アクティブテンションコントロールで 電動ワイヤーケーブルペイオフ装置 : パッシブブレーキとの違い

電動式ペイオフ システムとパッシブ ペイオフ システムの基本的な違いは、巻き戻しプロセス中にバックテンションがどのように生成され維持されるかにあります。受動システム (磁性粉末ブレーキ、摩擦ディスク ブレーキ、または機械的抗力機構) は、固定または手動で調整可能な抵抗トルクをスプール シャフトに加え、機械的抗力に依存して、下流プロセスによってワイヤが引っ張られる際にワイヤに張力を生成します。このアプローチは、定常状態では適切に機能しますが、生産実行の 2 つの最も重要な瞬間、つまり停止からの加速と停止までの減速では予想通り失敗します。加速中は、完全に重いケーブル スプールの慣性により、目標の張力を維持するために必要なブレーキ トルクが定常状態の走行時よりも大幅に高くなるということを意味します。定常状態の張力用に設定されたパッシブ ブレーキにより、加速中に緩みループが形成され、下流の速度が安定するにつれてピンと張って張力スパイクが発生し、細い導体が伸びたりワイヤが完全に断線したりする可能性があります。

電動ワイヤ ケーブル ペイオフ装置は、加速段階と減速段階でスプールの慣性を相殺する制御されたトルクでスプールを巻き戻し方向にアクティブに駆動することで、この問題を解決します。駆動システム (通常はベクトル制御 AC モーターまたはサーボ ドライブ) は、下流ラインから速度基準を受信し、全速度範囲にわたってダンサー ローラーを目標位置に維持するために計算されたトルク コマンドを適用します。下流ラインが加速すると、電動ペイオフ ドライブは出力トルクを増加させ、ダンサーが落下して張力不足の信号が送られるのを待つのではなく、積極的にケーブルを巻き戻します。その結果、張力プロファイルは加速および減速エンベロープ全体にわたって設定値の ±5% 以内に維持されます。これは、大口径で高慣性のケーブル スプールではパッシブ システムでは達成できない制御レベルです。

Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. は、慣性補償アルゴリズムを電動ワイヤ ケーブル ペイオフ装置の駆動構成に統合し、各設置に指定された実際のスプール直径と重量範囲に合わせて校正しています。慣性補償パラメータは、制御された加速ランプ テストを使用してコミッショニング中に設定され、ラインが生産に入る前に、結果として得られる張力の安定性が目標エンベロープに対して検証されます。これにより、顧客のオペレータによる長時間にわたる試行錯誤の調整を必要とするのではなく、最初の生産実行から性能特性がプロセス要件を満たしていることが保証されます。

スプール直径補正: なぜそれなしではペイオフテンションがドリフトするのか

電動ケーブルペイオフマシンで巻き戻されるケーブルスプールは、実行中にその有効直径が継続的に変化します。外層の直径から始まり、ケーブルが消費されるにつれてコアの直径まで減少します。一般的な大型工業用スプールの場合、この直径の変化は、満水状態と空状態の間の比率が 3:1 ～ 5:1 になる可能性があります。ペイオフドライブがこの直径の変化を補償するのではなく、一定の回転速度設定値を維持する場合、リニアケーブルの出力速度はスプールが空になると比例して低下し、下流のプロセスは可変の送り速度を受け入れるか、不足分を吸収するためにアキュムレータバッファに依存することになります。導体の供給速度が絶縁体の壁の厚さに直接影響する押出ラインでは、ペイオフにおける補償されていない直径の変化は、スプールが空になるにつれて徐々に壁の厚さが増加することになります。この欠陥は、初期の品質チェックに合格するほどゆっくりと進行しますが、リールの長さ全体にわたる統計的サンプリングでは不合格となります。

正しい工学的アプローチは、ペイオフドライブに適用される自動速度補正を伴う連続的なスプール直径推定です。直径の推定は 3 つの方法で実装でき、それぞれに異なる精度特性とハードウェア要件があります。

• ダンサーの位置の統合: ダンサーローラーの変位は時間をかけて積分され、消費されたケーブル長を推定します。これを既知のスプール形状と組み合わせて現在の巻き取り直径を計算します。一貫したスプール形状には効果的ですが、ダンサーが移動限界近くで長時間動作すると誤差が蓄積されます。
• 速度比の計算: ペイオフ スプール エンコーダ速度と下流ライン エンコーダ速度の比を使用して、有効巻出し直径をリアルタイムで計算します。正確かつ自己修正されますが、ペイオフ コントローラと同期している下流プロセスからの信頼できる速度信号が必要です。
• 直接光学測定: レーザー距離センサーまたは超音波トランスデューサーは、現在のスプール外径を直接測定します。これは蓄積された計算誤差に関係なく、最高精度の方法ですが、センサーのハードウェアのコストが追加され、測定フィールドでのケーブルの塵や潤滑剤の汚染から保護する必要があります。

実際には、速度比の計算方法は、ほとんどの場合、精度と実装の単純さの最適なバランスを提供します。 自動ワイヤーケーブルペイオフマシン インスタレーション。補償更新レートは、個々の巻線層間の直径変化を追跡するのに十分である必要があります。トラバース幅 400 mm のスプール上の絶縁直径 1.5 mm の一般的なケーブルの場合、各層は直径変化の約 0.003 mm を表し、補償精度を実際の直径の 0.5% 以内に維持するには、スプール回転ごとに少なくとも 1 回の計算更新レートが必要です。

スプールの荷重とアライメント: 張力の均一性を決定する機械的要因

電動ワイヤケーブルペイオフ装置の張力の不均一性は、実際の根本原因がスプール取り付け点の機械的な位置ずれである場合、制御システムの問題が原因であることがよくあります。回転軸が繰り出し方向に対して垂直でないように取り付けられたスプールは、たとえ 1 ～ 2 度であっても、巻き戻し中にケーブルがフランジ面に向かって交互に引っ張られたり、フランジ面から遠ざけられたりするため、巻取り周波数で正弦波の張力変動を引き起こします。この張力リップルは、外乱周波数が制御ループ帯域幅と一致するかそれを超えるため、張力制御ループでは抑制できないリズミカルな振動としてダンサー ローラーに現れます。結果として生じる張力の変動は、通常、巻線周波数で 8 ～ 15% のピークツーピークであり、PID 調整調整に応答しないため、オペレータは制御システムが問題の原因であると誤って結論付けることになります。

適切なスプールの位置合わせには、軸方向の直角度と、ペイオフ方向に対するスプールの横方向のセンタリングの両方が必要です。軸方向の直角度は、ペイオフフレームの形状とスプールシャフトベアリングブロックの位置合わせによって設定され、シャフトを手で回転させながらスプールフランジ面に沿って横切るダイヤルインジケーターを使用して確認されます。横方向のセンタリングにより、ケーブルが最初のガイドアイレットに対して正しい角度でスプールから出ることが保証され、フリートアングル（スプールのケーブル出口点と最初のガイドの中心線との間の角度）が最小限に抑えられます。最外側のケーブル層でのフランジの摩耗やエッジの摩耗を防ぐために、この角度は 1.5 度未満に保つ必要があります。

一般的なスプール取り付けエラーとその張力への影響

リール交換シーケンス設計: 張力制御を損なうことなくダウンタイムを最小限に抑える

リール交換イベント (自動ワイヤー ケーブル ペイオフ マシンの消耗したスプールから新しいフル スプールへの移行) は、生産の継続性と張力制御の両方の観点から、ペイオフ システムの動作サイクルの中で最もリスクの高い瞬間です。専用のリール交換アキュムレータのないラインでは、交換シーケンスの間、下流プロセスを完全に停止する必要があります。手動でロードするシステムでは、スプール重量と取り扱い装置の可用性に応じて通常 3 ～ 8 分かかります。連続的に稼働している押出ラインの場合、たとえ 3 分間停止したとしても、製品品質が仕様に戻るまでに起動パージと安定化期間が必要です。つまり、リール交換ごとの総生産損失は、実質的に使用可能な生産量の 8 ～ 15 分となります。

フライング スプライス システム (両方が動作している間に消耗したスプールのテールを新しいスプールのリードに結合する) は、この生産ロスを排除しますが、スプライス アクチュエータ、ペイオフ ドライブ、およびアキュムレータ システム間の正確なタイミング調整が必要です。スプライスは、消耗したスプールの一時停止中に下流のライン速度を維持するために、アキュムレータが格納されているケーブル長を解放している間に発生する必要があります。アキュムレータの容量がスプライス シーケンスの全時間をカバーするには不十分な場合、下流のプロセスで張力のドロップアウトが発生し、押出クロスヘッドで張力の一時的な低下が見られます。これにより、導体がダイ内で中心からずれて、廃棄する必要がある長さの偏心した絶縁体が生じる可能性があります。

• フライング スプライスのアキュムレータのサイジング: アキュムレータのストローク長は、予想される最大接続シーケンス時間中にケーブル出力の少なくとも 1.5 倍を蓄える必要があります。追加の 50% のマージンは、生産条件下でのオペレータの応答時間と接続ヘッドのサイクル タイムの変動を考慮したものです。
• テールエンド検出の信頼性: スプールが空に近い状態を検出する光学式または誘導式センサーは、十分な事前通知を行って接続開始信号をトリガーする必要があります (通常、スプールにケーブルの層が 2 ～ 3 層残っている場合)。これにより、接続イベントが開始される前にアキュムレータが完全な記憶容量を構築できるようにする必要があります。
• 新しいスプールの事前加速: 新しいスプールドライブは、スプライスクランプが係合する前に、現在のライン表面速度に一致するように新しいスプールを加速する必要があります。静止したスプールまたはゆっくりと動くスプールにスプライスすると、スプライスポイントが古いスプールから新しいスプールに移行するときに張力インパルスが発生し、細ゲージワイヤのスプライスジョイントが破損する可能性があります。
• スプライス後の張力の再安定化: 接合後、ペイオフ張力制御ループは、古いスプール慣性特性での動作から新しいフルスプールへの移行に際し、再安定化期間を必要とします。制御システムは、オーバーシュートを防ぐために、即時のステップ変更ではなく、慣性補償パラメーターにソフトな移行を適用する必要があります。

電動ケーブルペイオフマシンと押出ライン制御システムの統合

独自の張力設定値とダンサー制御ループを備えたスタンドアロン ユニットとして動作する電動ケーブル ペイオフ マシンは、押出ラインの引き取り速度制御システムとの固有の矛盾を引き起こします。どちらのシステムもそれぞれの点でケーブルの張力を調整しようとしています。ペイオフは導体入口で上流の張力を維持し、ホールオフは絶縁ケーブルの出口で下流の張力を維持します。これら 2 つの制御ループが共有通信リンクを介して調整されていない場合、ダンサーの落下に応じてペイオフが張力を増加させる一方で、引き上げは同時に張力の増加に応じて速度を低下させるという矛盾した振動に陥る可能性があります。これにより、どちらのループも独立して解決できない持続的な前後の相互作用が生じます。

正しい統合アプローチは、押出ラインのマスター PLC がフィードフォワード信号として電動ワイヤー ケーブル ペイオフ機器ドライブに速度基準を提供し、ペイオフ ダンサー位置制御ループが独立した速度コントローラーとしてではなく、マスター速度基準に加えてトリム調整として機能する階層制御アーキテクチャです。この構成では、ペイオフ ドライブはフィードフォワード信号を通じてライン速度に積極的に追従し、ダンサー ループは残留速度の不一致を修正するだけで済みます。これにより、制御帯域幅の要件が軽減され、ループ相互作用の可能性が排除されます。ライン マスター PLC とペイオフ ドライブ間の通信リンクでは、サイクル タイムが 10 ミリ秒未満の確定的フィールドバス プロトコル (PROFIBUS、EtherNet/IP、または PROFINET) を使用して、フィードフォワード信号がライン加速ランプ中に効果を発揮するのに十分な適時配信されるようにする必要があります。

2002年に上海で設立され、2017年に宜興市の江蘇イエスジェット精密機械有限公司を通じて事業を拡大した上海イエスジェット精密機械有限公司は、ケーブル製造で最も一般的に使用される押出ライン制御プラットフォーム（シーメンスS7シリーズ、三菱QおよびiQ-Rシリーズ、アレン・ブラッドリーControlLogixなど）のネイティブ統合機能を備えた電動ワイヤケーブルペイオフ装置を設計しています。ペイオフ ドライブ インターフェイスは、適切なフィールドバス プロトコルを介してマスター速度基準を受け入れるように事前設定されており、ダンサー トリム ループ パラメータは出荷時に安定した開始設定に設定されており、オペレータはドライブ プログラミングの専門知識を必要とせずに現場で微調整できます。この統合アプローチにより、新しいライン設置の試運転時間が短縮され、制御アーキテクチャのエンジニアリング調整を行わずに、異なるサプライヤーからのペイオフ装置を既存の押出ラインに追加する場合によくある制御相互作用の問題が解消されます。

さまざまな導体材料およびゲージの張力設定値の選択

自動ワイヤ ケーブル ペイオフ マシンで正しい張力設定値を選択することは、機械の動作範囲内で快適な中間値を選択することではありません。これは、3 つの競合する要件のバランスを取る材料固有の計算です。導体の真直度を維持し、スプールの巻き戻りのうなりを防ぐのに十分な張力、導体の弾性限界を超える伸びを避けるのに十分な低い張力、および押出ダイ内での導体のふらつきを防ぐのに十分な安定した張力です。これらの各要件は、許容可能な張力ウィンドウに異なる制約を課し、3 つの制約すべての交差部分によって、特定の導体仕様の正しい動作範囲が定義されます。

導体の伸びは、細いゲージの高純度導体にとって最も重要な制約です。ペイオフ張力が導体の比例限界（変形が完全に弾性となる応力レベル）を超えると、永久伸びが発生し、導体の断面積が減少し、単位長さあたりの抵抗が増加します。無酸素銅 (OFC) 導体の場合、比例限界は標準の電解タフピッチ (ETP) 銅よりも低く、標準的なワイヤで許容できる張力設定値では、同じゲージの OFC 導体で測定可能な伸びが発生する可能性があることを意味します。特定の導体の張力限界 (ニュートン単位) は、比例応力限界 (通常、保守的な動作マージンの降伏強度の 30 ～ 40%) に導体の断面積を乗じて計算できます。この計算は、導体の重量に比例すると仮定するのではなく、導体の仕様ごとに実行する必要があります。

これらの値はエンジニアリングの開始点として機能し、実際の製造ロットに関する特定の導体サプライヤーの機械的特性データと照合して検証する必要があります。導体の機械的特性は、サプライヤー間、および同じサプライヤーの生産バッチ間で異なります。特に撚り線の場合、個々の伸線パラメーターが最終的な撚り線の降伏強度に影響します。提案された設定値での短い試験実行とそれに続くサンプル長さのメートルあたりの抵抗測定を含む張力検証プロトコルを確立すると、公称材料仕様だけに依存するのではなく、動作張力が実際に処理される材料の弾性範囲内にあることを確認できます。