ترقية أتمتة ماكينة التقطيع: الدور الرئيسي للتحكم PLC وضبط المعلمات

في سياق التصنيع الحديث الذي يسعى لتحقيق كفاءة وجودة ومرونة إنتاج عالية، أصبح تطوير أتمتة ماكينات التقطيع التقليدية السبيل الوحيد للشركات لتحسين قدرتها التنافسية. في عملية التحول هذه، تلعب وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) دورًا محوريًا لا غنى عنه في وظائف التحكم الأساسية وإعدادات المعلمات الدقيقة، باعتبارها "عقل" النظام بأكمله. معًا، تُحوّل هذه الوحدات جهازًا ميكانيكيًا بسيطًا إلى منشأة إنتاج ذكية ودقيقة ومستقرة وعالية الأداء.

1. القيود ومتطلبات ترقية آلات التقطيع التقليدية

ترتبط آلات التقطيع التقليدية، مثل تلك التي تحتوي على محركات ميكانيكية أو تحكم مرحل أو متحكمات دقيقة بسيطة، عادةً بالمشكلات التالية:

• كفاءة منخفضة: سرعة تغيير الطلب بطيئة، ويعتمد التعديل على خبرة السيد، وهو أمر يستغرق وقتًا طويلاً ويستهلك الكثير من الطاقة.

• دقة ضعيفة: إن التحكم في الشد غير مستقر، مما يجعله عرضة لمشاكل مثل الالتواء والتجعد وكسر المواد، كما أن العائد منخفض.

• مرونة غير كافية: من الصعب التكيف مع مواد مختلفة، وعرض وأقطار مختلفة من الملفات.

• انخفاض درجة المعلوماتية: عدم وجود تسجيل بيانات الإنتاج، وتشخيص الأخطاء، ووظائف المراقبة عن بعد.

• صيانة صعبة: خط التتابع معقد ويحتاج إلى استكشاف الأخطاء وإصلاحها.

الهدف الأساسي من ترقيات الأتمتة هو حل هذه المشاكل من خلال عمليات النقل الكهربائية والتحكم بواسطة الكمبيوتر، وتشكل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة حجر الأساس لتحقيق هذا الهدف.

2. الدور الأساسي لـ PLC في ترقية أتمتة آلة التقطيع

لم يعد PLC مجرد وحدة تحكم منطقية بسيطة تحل محل المرحلات، بل تطور إلى منصة شاملة تجمع بين التحكم المنطقي والتحكم في الحركة والتحكم في العملية.

1. مركز القيادة والتنسيق المركزي

يُعدّ مُتحكم PLC جوهر نظام التحكم في ماكينة التقطيع. يستقبل التعليمات والإشارات من واجهة المستخدم (HMI) ومُستشعرات مُختلفة (مثل مُتحكم تصحيح EPC، ومُستشعر الشد، ومُشفّر)، ويُرسل أوامر التحكم إلى المُشغّل (مثل مُحرّك التردد المُؤازر/المُتغيّر، والمُكوّنات الهوائية، وصمامات الملف اللولبي) من خلال التشغيل المنطقي ومعالجة البرامج الداخلية، ويُنسّق العمل المُنتظم والمتزامن لوحدات مُختلفة، مثل فكّ اللفائف، والسحب، والتقطيع، واللفّ.

2. التحكم في التوتر بدقة عالية

يُعدّ التحكم في الشد جوهر آلة التقطيع، ويؤثر بشكل مباشر على جودتها. من خلال دمج خوارزميات التحكم PID المتقدمة، يُعالج نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) إشارة التغذية الراجعة من مستشعر الشد آنيًا، ويُعدّل ديناميكيًا عزم دوران أو سرعة محركات سيرفو فكّ اللف وإعادة لفّه، ويُحقق تحكمًا ثابتًا في الشد أو شدّ التدرّج. يُعدّ هذا ضروريًا للتعامل مع الأغشية الرقيقة للغاية، والألياف القابلة للتمدد، والأوراق الثقيلة، مما يُجنّب المواد شدها أو ترهّلها أو تجعدها.

3. التحكم الدقيق في الحركة المتزامنة

غالبًا ما تستخدم ماكينات التقطيع الحديثة أنظمة سيرفو متعددة. يتحكم نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) في محركات سيرفو متعددة عبر ناقلات عالية السرعة (مثل EtherCAT وProfinet) لتحقيق مزامنة إلكترونية دقيقة للكامة بين المحاور. على سبيل المثال، يجب أن يضبط عمود اللف السرعة تلقائيًا مع زيادة قطر اللفة للحفاظ على ثبات السرعة الخطية، ويجب أن يكون عمود القاطع متزامنًا بدقة مع معدل تغذية المادة لضمان قطع متقن. يتم حساب كل هذا وتنفيذه بدقة بواسطة وحدة التحكم في الحركة داخل نظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC).

4. تغيير الطلب تلقائيًا وإدارة الوصفات

هذا هو مفتاح تحسين الكفاءة. يمكن للمشغلين ضبط "وصفات" مُسبقة لمنتجات مُختلفة على واجهة الآلة البشرية، بما في ذلك:

◦ عرض الشق

◦ طول/كمية القطع

◦ نقطة ضبط التوتر

◦ تراجع المخروط

◦ معلمات السرعة

عند تغيير الطلبات، اتصل بالوصفة المقابلة بنقرة واحدة، وسوف يقوم PLC تلقائيًا بتشغيل المحرك المؤازر لتحريك حامل الأداة إلى العرض المحدد، وتعيين جميع معلمات التشغيل، مما يقلل بشكل كبير من وقت التعديل واعتماد المهارة على المشغل، ويحقق مرونة الإنتاج.

5. ضوابط السلامة المتكاملة

يمكن لـ PLC دمج وحدات الأمان (أو توصيل مرحلات الأمان من خلال حافلات الأمان) لمعالجة الإشارات من معدات الأمان مثل أزرار التوقف في حالات الطوارئ، وستائر الإضاءة الآمنة، وأجهزة استشعار المنطقة، وتحقيق وظائف إيقاف التشغيل الآمن التي تلبي مستويات الأمان (مثل SIL2/PLd) لضمان سلامة الأفراد والمعدات.

6. جمع البيانات وشبكات الاتصالات

باعتبارها عقدة معلومات، يمكن لـ PLC جمع وتسجيل حالة تشغيل المعدات، والمخرجات، وإنذار الخطأ والبيانات الأخرى في الوقت الفعلي، وتحميل هذه البيانات إلى نظام SCADA أو MES (نظام تنفيذ التصنيع) من خلال Ethernet الصناعية لتحقيق تصور البيانات على مستوى المصنع وإدارة الإنتاج، ووضع الأساس للمصانع الرقمية.

3. إعداد المعلمات: تحويل وظائف PLC إلى جسر للإنتاجية الفعلية

مهما كانت قوة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، فإنها تحتاج إلى المعلمات الصحيحة للتشغيل. إعداد المعلمات هو عملية "ترجمة" متطلبات العملية إلى أوامر قابلة للتنفيذ آليًا، ودرجة التحسين هي التي تحدد مباشرةً النتيجة النهائية للإنتاج.

تتضمن فئات المعلمات الرئيسية ما يلي:

• المعلمات الميكانيكية: مثل نسبة النقل، وقطر الأسطوانة، ورقم خط التشفير، وما إلى ذلك، وهي الأساس لجهاز PLC لإجراء حسابات دقيقة للموضع والسرعة.

• معلمات التوتر:

◦ نقطة ضبط التوتر الأولية: يتم ضبطها وفقًا لخصائص المواد المختلفة (على سبيل المثال، PP، PET، رقائق الألومنيوم).

◦ معلمات PID (المقياس، التكامل، التمايز): يُحدد ضبط هذه المعلمات الثلاثة مباشرةً سرعة استجابة نظام التحكم في الشد، واستقراره، وقدرته على مقاومة التداخل. ويتعين على مهندس التشغيل إجراء تعديلات دقيقة وفقًا لظروف الموقع.

◦ معامل التفتق: يتحكم في منحنى الشد المتناقص مع زيادة قطر الملف أثناء اللف، لمنع سحق القلب أو انزلاق المادة الخارجية.

• معلمات السرعة: بما في ذلك زمن التسارع والتباطؤ (منحنى S)، والسرعة القصوى للتشغيل، وما إلى ذلك، والتسارع والتباطؤ السلس يساعدان على تقليل التأثير على المادة وضمان بدء وتوقف سلس.

• معلمات تصحيح التوجيه (EPC): تتحكم في حساسية وسرعة استجابة مستشعر التوجيه والمحرك لضمان محاذاة حافة المادة أو خط الوسط دائمًا.

• معلمات المحور: بالنسبة لتقطيع السكين الدائري، يجب ضبط كمية تداخل القاطع وعمق القطع وما إلى ذلك؛ بالنسبة لتقطيع السكين والقطع، من الضروري حساب مزامنة الطور بدقة بين القاطع الطائر والقاطع السفلي.

قيمة إعداد المعلمات: يمكن لإعداد المعلمات الممتازة أن يمنح اللعب الكامل لأداء الأجهزة، وإيجاد أفضل توازن بين السرعة والدقة والاستقرار، وهو "السر" لتحقيق إنتاج عالي الجودة وفعال.

4. الملخص

يُحوّل تحديث أتمتة آلة التقطيع هذه الآلة من جهاز "ميكانيكي" إلى جهاز ذكي "مُعَرَّف برمجيًا". في هذا التحول:

• توفر PLC الأساس المادي ومنصة القدرة للتحكم المعقد والحركة عالية الدقة واتخاذ القرارات الذكية.

• إعداد المعلمات هو "الروح" و"المعرفة" التي يتم حقنها في المنصة، والتي تحمل عملية الإنتاج المحددة وتجربة التشغيل.

يُكمِّل كلٌّ منهما الآخر، ولا غنى عنهما. فقط بالاستثمار في نظام تحكم منطقي قابل للبرمجة (PLC) قويّ ومفتوح، مدعومًا بتحسين مُعمّق ودقيق للمعايير وبحث دقيق للعمليات، يُمكن للشركات إطلاق العنان لكامل إمكانات آلة التقطيع، وتحقيق عوائد مُجزية في الجودة والكفاءة وضبط التكاليف، والفوز بمزايا السوق.