Nyomdagép

A projekt egy régebbi, nyolcszínes nyomdagép átfogó modernizálására terjedt ki, amelynek eredeti vezérlőrendszere gyakori meghibásodásokkal, instabil kommunikációval és sok nem tervezett állásidővel küzdött. A cél a teljes átállás volt egy korszerű Lenze automatizálási platformra a berendezés megbízhatóságának, szervizelhetőségének és technológiai pontosságának növelése érdekében. A gép egy központi nyomóhengerre épült, amely az egész sor szinkronizált főhajtásaként működött. Az egyes színek 8 szekcióra oszlottak, mindegyikben 7 szabályozott hajtással. A géphez 4 hajtással felszerelt letekercselő és feltekercselő szekció is tartozott. A technológiai felszereltséget szárítókemencék és ventilátorok egészítették ki, amelyek a megfelelő szárítást és a folyamat stabilitását biztosították. A gép összesen 62 tengellyel rendelkezett, ami rendkívül összetett modernizálási projektté tette.

AZ ÜGYFÉL KÖVETELMÉNYEI

• A meglévő vezérlőrendszer cseréje új Lenze platformra (C520) és a nyomdagép teljes újraprogramozása
• A meglévő Lenze 9300 frekvenciaváltók cseréje új hajtásegységekre
• Az elavult CANopen kommunikáció kiváltása új EtherCAT hálózattal
• Új Lenze v430 HMI panelek telepítése, új vizualizáció fejlesztése és a gép távvezérlésének megvalósítása
• A biztonsági bekötés módosítása, a kapcsolószekrény átrendezése, valamint minden felesleges komponens (kábelezés, védelmi eszközök, fojtók, tápegységek stb.) leválasztása/eltávolítása
• Közös távoli hozzáférés kiépítése a gép azonosításához, diagnosztikájához és szervizeléséhez Teltonika ipari routeren keresztül
• Új villamos dokumentáció

BLOKKVÁZLAT

FELHASZNÁLT KOMPONENSEK

Ahogy a blokkvázlat mutatja, a vezérlőrendszer egy Lenze C520 PLC-re épült. A vizualizációhoz és a kezeléshez két, 7" és 15" méretű Lenze v430 HMI panel szolgál. A gép távvezérlése mobileszközzel valósult meg, a funkciók további bővítésének lehetőségével. Kéttengelyes Lenze i700 hajtások mozgatják a pozicionáló tengelyeket, míg a nyomó- és aniloxhengereket kéttengelyes Lenze i750 hajtások vezérlik. E hajtások előnye, hogy hajtásszekciónként egyetlen tápegységet igényelnek, és közös DC-buszon keresztül kapcsolódnak egymáshoz. A letekercselő szekció hajtásai Lenze i950 egységekre cserélődtek, amelyeket a gép központi főhajtásához is alkalmaztunk.

KAPCSOLÓSZEKRÉNYEK

A modernizálás során az összes kapcsolószekrényben lévő eredeti frekvenciaváltókat teljesen új hajtásegységekre cseréltük. A hajtásokat a gép technológiai részei szerint négy teljesítményszekcióra osztottuk. A Lenze i700/i750 sorozatú hajtások alkalmazásával a szekrények teljesítményarchitektúrája jelentősen egyszerűsödött, mivel szekciónként csak egy tápegységre, egy hálózati fojtóra és egy főmegszakítóra volt szükség, az egyes hajtások pedig közös DC-buszon keresztül kapcsolódnak. A DC-buszos csatolás a hajtások fékezésekor visszanyert energia átadására is kedvezően hat, és csökkenti a rendszer teljes hőterhelését.

A két PLC-ből álló eredeti vezérlést egyetlen Lenze C520 PLC váltotta fel decentralizált I/O modulokkal. A CANopen kommunikációs buszt determinisztikus EtherCAT hálózat váltotta, ami gyorsabb szabályozást és nagyobb megbízhatóságot eredményezett. Az átépítés során minden nem használt komponenst eltávolítottunk a szekrényekből, egyszerűsítettük a biztonsági architektúrát, és optimalizáltuk a teljes kábelezést. Ennek eredményeként a kábelezés bonyolultsága és a szervizhozzáférhetőség is jelentősen javult az eredeti kiépítéshez képest.

Hardverarchitektúra szempontjából a gépet három fő kapcsolószekrényre osztottuk:

• Fő szekrény - négy szekció Lenze i700 és i750 hajtással, egy i950 hajtással a központi főhajtáshoz, további hajtásokkal a fűtőventilátorokhoz és fűtőelemekhez, valamint védelmi és energiaelosztó komponensekkel.

• Fel- és letekercselő szekrény - a húzóerő-szabályozásra és a fel- és letekercselés vezérlésére szolgál. Három Lenze i950 hajtást tartalmaz.

• Kezelőszekrény - a pneumatikus vezérlőszelepekkel, a kezelőnyomógombokkal és a fő HMI panellel.

​

HMI PANELEK ÉS VIZUALIZÁCIÓ

A gépen két kezelői HMI panel található. A kisebb, 7"-os panel a tekercselőszekrényen kapott helyet, és elsősorban a tekercselés helyi vezérlésére és diagnosztikájára szolgál. A fő, 15"-os panel a fő kapcsolószekrényre van szerelve, és a technológia teljes vizualizációját nyújtja, beleértve a gép vezérlését, a paraméterek beállítását és a szervizfunkciókat.

Mindkét panel ipari Etherneten kommunikáló Lenze v430 egység. A panelek egyik fő előnye a Power over Ethernet (PoE) támogatása, így a tápellátás és az adatkommunikáció egyetlen árnyékolt FTP-kábelen keresztül történik. Ez egyszerűsíti a kábelezést, csökkenti a szekrényben szükséges tápegységek számát, és minimálisra csökkenti a zavarok vagy bekötési hibák kockázatát.

A vizualizáció CODESYS WebVisu környezetben készült, ahol a vizualizációs réteg közvetlenül integrálódik a PLC-alkalmazásba. Minden HMI panelhez külön vizualizációs konfiguráció készült, a kijelző felbontásához és az adott képernyő funkciójához optimalizálva. A helyi 7"-os panel gyors hozzáférést biztosít a kezelőnek a tekercselés alapvető vezérléséhez, az állapotjelzésekhez és a diagnosztikai funkciókhoz, míg a fő, 15"-os vizualizáció bővített technológiai képernyőket, paraméterezési menüket, szervizmódokat, valamint részletes riasztási és állapotüzeneteket tartalmaz.

A gép egyszerűbb beállítása és kezelése érdekében távvezérlési megoldást is szállítottunk. Ez egy mobiltelefonból áll, saját fejlesztésű vizualizációval. A „távirányító” az egyes nyomószekciók beállítására, a csúszási paraméterek finomhangolására és a főhengerhez való szorítóerő beállítására szolgál. A vezeték nélküli kapcsolatnak köszönhetően a kezelő gyakorlatilag bármely pontról beállíthatja a gépet, akár közvetlenül a nyomtatást figyelő ellenőrző kamera mögül is.

PROGRAMOZÁS

A modernizálás részeként a vezérlőrendszert teljesen újraprogramoztuk a Lenze PLC Designer környezetben, ahol a hajtások master-slave szinkronizációján alapuló új mozgásvezérlési architektúrát valósítottunk meg. A vezérlőrendszer egyes részei közötti kommunikációs infrastruktúraként az ipari EtherCAT terepbuszt alkalmaztuk, amely determinisztikus, valós idejű adatcserét biztosít a PLC, a hajtások és a decentralizált I/O modulok között. A megvalósítás első lépése a főhenger inkrementális jeladója impulzusainak pontos konfigurálása és átszámítása volt, mivel a főhenger a teljes technológiai folyamat referenciatengelye. Ehhez a referenciaértékhez szinkronizáltuk ezt követően az összes többi hajtást.

A jeladó beállítása után a következő szakasz a fel- és letekercselésre összpontosított. Ehhez a Lenze FAST – Winder Tension Control alkalmazásmodult használtuk, amelyet kifejezetten folyamatos feldolgozási alkalmazások pontos húzóerő-szabályozására fejlesztettek ki. A modul a sebességarányok és egy matematikai modell alapján számítja ki az aktuális tekercsátmérőt, lehetővé teszi a húzóerő dinamikus módosítását, és támogatja a húzóerő előre definiált görbe szerinti szabályozását a növekvő tekercsátmérő függvényében.

A tekercselő szekcióban egy kiegészítő anyaghúzó hengert is megvalósítottunk, amely a főhengerhez képest szinkron sebességű üzemmódban működik. Ez a hajtás lehetővé teszi a master tengelyhez viszonyított csúszás szabályozott beállítását, így a nyomó- és a tekercselő szekció közötti anyagfeszesség finomhangolását a sor alapsebességének befolyásolása nélkül.

A fel- és letekercselés sikeres tesztelése után következett maga a nyomtatásvezérlés megvalósítása. A nyomdagép nyolc nyomószekcióból állt, amelyek mindegyike önálló színegységet alkotott. Mechanikailag minden szekció egy aniloxhengerből és egy nyomóhengerből állt: az aniloxhenger adagolja a festéket a nyomóhengerre, amely a képet közvetlenül a központi nyomóhengeren vezetett fóliára viszi át.

Mozgásvezérlési szempontból minden nyomószekciót önálló, többtengelyes rendszerként terveztünk. Az aniloxhenger és a nyomóhenger is egy-egy pozicionáló hajtáspárral rendelkezett a főhengerhez való radiális közelítéshez és távolításhoz, ami lehetővé teszi a nyomóerő és a munkatávolság pontos beállítását üzem közben. A nyomóhenger emellett saját lineáris hajtással is rendelkezett az axiális mozgáshoz, amely a gép üzeme közben az oldalirányú regiszter (bal–jobb) finom korrekciójára szolgál. Összesen tehát minden nyomószekció hét szabályozott hajtástengelyt tartalmazott.

A szinkronizáció szempontjából a nyomóhengereket pontosan szinkronizálni kellett a főhengerrel, hogy kiküszöböljük a fáziseltolódásból vagy sebességingadozásból eredő elkenődést. A programozás során erre a Lenze FAST Sync & Correction blokkot használtuk. Ez egy mozgásvezérlési alkalmazásmodul, amely a tengelyek pontos szinkronizálására és a pozíció dinamikus korrekciójára szolgál a gép üzeme közben. Főként nyomdai, csomagoló- és konvertáló sorokon alkalmazzák, ahol több hajtásnak kell egy referencia- (master) tengelyt követnie, miközben finom korrekciók is lehetségesek a gyártás megszakítása nélkül.

Az aniloxhengereknél nem volt szükség pontos szinkronizációra; sebességüzemben, alárendelt tengelyként követték a nyomóhengerek sebességét. A megvalósítás részeként referenciafelvételi (homing) szekvenciát is programoztunk, amely meghatározza a gép technológiai alaphelyzetét. A referenciaciklus indítása után minden tengely automatikusan kiinduló helyzetébe áll. A nyomó- és aniloxhengerek esetében ez a felső szöghelyzetbe fordulást jelentette, ami egyszerű és biztonságos nyomólemez-felszerelést és a nyomókomponensek könnyebb kezelését teszi lehetővé.

A hengerek radiális mozgásáért és a nyomórés beállításáért felelős hajtások pozícióérzékelők alapján végezték a referenciafelvételt. Minden tengelynek pontosan meghatározott, az érzékelőből származtatott referenciapontja volt, amely a további technológiai mozgások nullpozícióját rögzítette.

Az összes hajtás, referenciaciklus és szinkronkapcsolat sikeres tesztelése után technológiai üzemmódban próbanyomtatást indítottunk. A próbaüzem során fokozatosan beépítettük a vezérlőprogramba az ügyfél egyedi igényeit, különösen a nyomáskorrekciós funkciókat, a szekciók nyomópozícióhoz viszonyított különböző munkahelyzeteit, a tisztításhoz szükséges szervizhelyzeteket és a nyomókomponensek cseréjének automatizált szekvenciáit. Ezzel párhuzamosan a technológia be- és kimeneteinek teljes kezelését is integráltuk a PLC-alkalmazásba, beleértve a kemencefűtés, a ventilátorok és az elszívás, a kezelőnyomógombok, az élvezető rendszer és a fólia koronakezelő egységének vezérlését. Az egyes technológiai funkciókat összekapcsoltuk a HMI vizualizációval, ami központi vezérlést, diagnosztikát és paraméterezést tesz lehetővé közvetlenül a gép üzeme közben.

TÁVOLI HOZZÁFÉRÉS

A projekt keretében távoli hozzáférést alakítottunk ki a géphez egy Teltonika ipari routeren keresztül. A megoldás lehetővé teszi a berendezés egyértelmű azonosítását, a hibák távoli diagnosztikáját, a vezérlőrendszer paraméterezését és a szervizbeavatkozások elvégzését anélkül, hogy a technikusnak a helyszínen kellene lennie. A távoli hozzáférés bevezetése jelentősen csökkentette a szervizreakcióidőket.

​

VILLAMOS DOKUMENTÁCIÓ

A kapcsolószekrények sikeres átépítése és a vezérlőrendszer programozásának befejezése után következett a gép új bekötését tükröző, teljesen frissített villamos dokumentáció elkészítése. A cél az áramkörök átlátható azonosítása, a hibadiagnosztika egyszerűsítése és strukturált alap biztosítása volt a jövőbeli szervizhez és a technológia bővítéséhez. A villamos dokumentáció EPLAN Electric P8 programban készült, és részletes, többoldalas kapcsolási rajzokat tartalmaz a teljesítmény- és vezérlőáramkörökről, beleértve a hajtások, a biztonsági komponensek, a decentralizált I/O modulok és az EtherCAT kommunikációs infrastruktúra összekötését. A kapcsolási rajzok mellett az egyes kapcsolószekrények 2D szerelési rajzai is elkészültek a komponensek pontos elhelyezésével. A dokumentáció így teljes digitális referenciát nyújt a szervizhez, a diagnosztikához és a gép esetleges jövőbeli módosításaihoz.