ОткрепитьЗакрепитьЗакрыть

28 июл. 2021 г.

Интегрированное имитационное моделирование обеспечивает надежную подачу ленточной пряжи без скручивания

TwinCAT 3, Simulink® моделирование и виртуальная копия помогают модернизировать ткацкие станки

Подачу ленточной пряжи в ткацкий станок без скручивания обеспечивает подающее устройство Zero Twist Feeder от компании Vandewiele Sweden AB. В основе системы лежит развернутая имитационная модель от бельгийской компании Vintecc, которая интегрирована в программное обеспечение от Beckhoff через TwinCAT 3 Target для Simulink®. Таким образом, скорость шпульки можно точно синхронизировать c движением захватного устройства.

«Крупный игрок в небольшой нише», говорит Пар Йозефссон, руководитель департамента R&D компании Vandewiele, описывая компанию, расположенную в Ульрисехамне (к востоку от Гетеборга), которая поставляет более 60% подающих устройств для мирового текстильного рынка. «Тот факт, что мы уделяем особое внимание инновациям, подтверждается наличием у нас более ста действующих патентов». Однако, в рамках разработки Zero Twist Feeder компания Vandewiele хотела продемонстрировать новый подход, интегрировав имитационное моделирование в контроллер станка. Именно поэтому они искали исключительную внешнюю поддержку, которую нашли у специализирующейся на разработке программного обеспечения с использованием модельно-ориентированного подхода бельгийской компании Vintecc, расположенной в городе Руселаре, недалеко от штаб-квартиры материнской компании Vandewiele. Оба партнера по реализации проекта также согласились, что, учитывая высокие требования этой области применения, технология управления на базе ПК и ПО TwinCAT 3 от Beckhoff будет наиболее подходящим выбором.

Устройство Zero Twist, обеспечивающее подачу пряжи без скручивания, позволяет получить текстильную ткань превосходного качества
Устройство Zero Twist, обеспечивающее подачу пряжи без скручивания, позволяет получить текстильную ткань превосходного качества

Цель – бездефектное текстильное полотно

Скручивание или слипание подаваемых нитей, возникающее при плетении из стекловолоконной, углеродной и полипропиленовой пряжи – это одна из самых больших проблем. Полученные в результате дефекты будут не только заметны, но и могут являться причиной ухудшения качества полотна. С точки зрения Пэра Йозефссона, распространенные нитепроводящие системы не предлагают подходящего решения: «В таких устройствах нить должна подаваться на постоянной скорости. Однако, ткацкие станки работают на высоких скоростях и как правило натягивают нить с очень нерегулярными интервалами».

Поэтому команда Vandewiele разрабатывала устройство с нуля. Идея заключалась в использовании рычага из углеродного волокна в качестве буфера между шпулькой и захватывающим приспособлением. Пэр Йозефссон объясняет: «Шпулька подает пряжу на средней скорости. Буферный рычаг затем накапливает нить, которая разматывается со шпульки на постоянной скорости, и поддерживает ее постоянное натяжение. Чрезвычайно важно найти идеальное натяжение нити – достаточно сильное чтобы избежать провисания, но достаточно гибкое чтобы предотвратить разрыв нити. Затем буферный рычаг подает необходимое количество нити в ткацкий станок на нужной скорости».

Имитационная модель интегрирована непосредственно в контроллер

При создании контроллера для этого процесса Vintecc реализовала свой большой опыт в области моделирования в соответствующей модели Simulink®. Ответственный за проект менеджер, Брехт Вермёлен, объясняет: «Прежде всего, мы создали цифровую копию станка, в которой вся программная часть была заложена в Simulink®. Модель включает в себя несколько подмоделей, каждая из которых представляет отдельный аспект проектирования машины, такие как параметры, средства безопасности, аварийная сигнализация и HMI». Согласно его мнению, сочетание Simulink® с ПО TwinCAT является особым преимуществом: «Отдельный ПЛК-код не требуется. Вместо этого TwinCAT 3 Target для Simulink® не только легко интегрирует, визуализирует и настраивает модель, но и обеспечивает при этом автоматическое соединение модулей ввода/вывода и приводных механизмов. Изменение параметров (в модели, в ПО TwinCAT или в аппаратном обеспечение) немедленно передается в модуль постоянной памяти. Таким образом, обеспечиваются надежные условия для хранения всех параметров. Такая глубокая интеграция возможна только при использовании платформы от Beckhoff».

ПО TwinCAT и модель Simulink® обеспечивают высокоточное управление серводвигателями AM8000.
ПО TwinCAT и модель Simulink® обеспечивают высокоточное управление серводвигателями AM8000.

Требуемый высокий уровень точности имел при реализации решающее значение. Чтобы всегда обеспечивать превосходный контроль угла буферный рычаг должен иметь точность ±1,5 мм при длине приблизительно 650 мм. На практике скорость может достигать значений до 850 м/мин. «Перед началом производства, станки должны проводить два этапа калибровки на базе модели Simulink® в замедленном темпе – чтобы откалибровать диаметр шпульки и перемещение буферного рычага. Это выполняется посредством вычисления кривой подачи, а также фактической скорости и натяжения, требуемым для подачи нити в станок. Также в течение всего цикла подачи модель компенсирует изменение диаметра шпульки и натяжения в рычаге на основе данных с двух датчиков», объясняет Брехт Вермёлен. TwinCAT HMI обеспечивает визуализацию и анализ всего технологического процесса и производительности станка.

По мнению Брехта Вермёлена, Zero Twist Feeder помимо высокоскоростной системы передачи данных EtherCAT и модулей ввода/вывода выигрывает, в частности, от использования промышленных ПК и высокодинамичной приводной техники Beckhoff: «Многоосевая система AX8000 с серводвигателями AM8000 и технологией EtherCAT – это оптимальное сочетание, соответствующее требуемому короткому времени цикла. Другим важным аспектом была прецизионная настройка привода, где мы всегда могли рассчитывать на поддержку Beckhoff как в Бельгии, так и в Швеции. Функции обеспечения безопасности реализованы напрямую в приводах посредством TwinSAFE, следовательно, не требовался отдельный ПЛК для обеспечения аварийной защиты – еще один способ повысить гибкость и сократить затраты. Путем интеграции модели Simulink® в ПО TwinCAT были расширены функциональные возможности стандартного оборудования без дополнительных требований к аппаратному обеспечению».

Виртуальный ввод в промышленную эксплуатацию

В Бельгии проводилось широкомасштабное имитационное моделирование перед тестированием алгоритмов на реальном оборудовании в Швеции. Каждый прототип анализировался при использовании измерений, отображаемых программным осциллографом TwinCAT Scope для механической оптимизации Zero Twist Feeder. Пэр Йозефссон резюмирует: «Сотрудничество с Vintecc и Beckhoff прошло очень гладко. Vintecc объединяет высокий уровень знаний в области моделирования с очень быстрой и прямой связью, что позволило нам добиться быстрого прогресса в разработке Zero Twist Feeder. Наша команда также получила всю необходимую поддержку от филиала Beckhoff в Швеции. Это был наш первый опыт в области прямого внедрения имитационного моделирования в контроллер станка, что являлось практически единственным способом получения необходимых результатов. На сегодняшний день первый Zero Twist Feeders уже зарекомендовал себя в эксплуатации у наших заказчиков – в качестве одноканального устройства с одним буферным рычагом или комбинированной версии для уточной нити с двумя буферными рычагами».

Дополнительная информация