Виробники пресів стикаються з зростаючим технологічним та ціновим тиском: багато клієнтів вимагають більш швидких та точних пресів. Використання технології виміру є ключем до вдосконалення пресів. Точне вимірювання сили має життєво важливе значення - наприклад, за допомогою надзвичайно компактного та високоточного методу вимірювання сили за допомогою шунта - а також цілеспрямованого використання інтелектуальної вимірювальної електроніки. Це забезпечує просте та економічне переоснащення та модернізацію існуючих конструкцій.
Чим точніше докладено зусилля в пресах, тим вищою є якість відформованих деталей. Підвищення точності своїх пресів є одним із найбільш важливих завдань для виробників пресів та пресів. І, крім того, ринок вимагає все більш швидких друкарських машин, які в той же час пропонують більш високу пропускну здатність для збільшення продуктивності в існуючих системах. Сучасні та інтелектуальні рішення допомагають зробити машини швидше, краще та ефективніше.
До ключових факторів успішного використання вимірювального обладнання належать, наприклад:
- Надійний та точний вимір сили в пресі
- Використання інтелектуальної вимірювальної електроніки для швидкого та простого підключення до стандартів Industrial Ethernet
- Професійне вимірювальне програмне забезпечення управління моніторингом процесів з'єднання.
Сучасне виробництво не може обходитися без пресів у широкому діапазоні виконань. Області застосування включають преси для карбування, а також преси для автомобільних деталей або товарів або преси, що використовуються для великих металевих деталей в автомобільній промисловості.
Однак розміри пресів та умови використання можуть різнитися: зусилля, що додаються пресом, кількість ходів та якість продукції, що виробляється у процесі пресування, є основними характеристичними величинами для всіх пресів.
Електронна система управління пресом збирає та відстежує ці параметри у сучасних пресах. У той же час він виявляє дефектні компоненти та відбраковує їх. Він також реєструє час виробництва та час простою, що є важливим показником ефективності процесів.
Надійний вимір сили пресування
Зазвичай вимірювання сили або усунення використовується контролю процесу пресування. Існує два різні методи контролю сили:
- Прямий вимір сили
- Вимірювання силового шунта, наприклад, за допомогою датчиків деформації
В обох випадках важливо, щоб зусилля пресування надійно та швидко реєструвалося датчиками та передавалося в систему управління пресом за допомогою відповідного електронного підсилювача. Датчики та підсилювачі повинні відповідати особливо високим вимогам щодо міцності та експлуатаційної надійності. Простота монтажу та інтеграції компонентів з існуючими концепціями машин є важливим фактором, який необхідно враховувати під час вибору відповідного обладнання.
Обидва методи вимірювання сили мають певні переваги та недоліки. Загалом при вимірюванні сили безпосередньо в силовому потоці слід мати на увазі, що датчик сили є невід'ємною частиною інструменту і, таким чином, істотно впливає на його властивості. Крім того, і при великих зусиллях датчики сили повинні мати досить високі номінальні (розрахункові) зусилля. Такі датчики дуже важкі та, крім того, дорогі. Перевага полягає в тому, що датчики сили HBM калібруються на заводі і, отже, не потребують калібрування в системі, в якій вони використовуються. Силу Н можна визначити безпосередньо після складання.
Як альтернатива доступні датчики деформації, що працюють за наступним принципом: У кожному пресі використовується конструкція, що піддається механічним навантаженням під час процесу пресування. Це спричиняє мінімальну, невидиму деформацію. Датчики деформації, наприклад, SLB700A від HBM, вимірюють цю деформацію, яка, зрештою, пропорційна силі пресування. Перевага цього методу в тому, що можна використовувати той самий датчик незалежно від сили натискання. Вимірювання за допомогою тензометричних перетворювачів є економічною альтернативою, особливо для високопродуктивних пресів. Точність вимірювання сили за допомогою каліброваного перетворювача сили не може бути досягнута за допомогою цього методу, проте тензометричні датчики HBM легко задовольняють звичайним вимогам до точності пресів.
Тензометрична або п'єзоелектрична технологія
Який принцип виміру краще підходить?
HBM пропонує п'єзоелектричні тензометричні перетворювачі (CST/300), так і тензометричні перетворювачі (SLB700A). Обидва типи датчиків можуть використовуватись у багатьох випадках. Перевага п'єзоелектричних датчиків полягає в тому, що вони дуже компактні і мають високу чутливість, що дозволяє використовувати датчик навіть при дуже малих деформаціях, що ідеально підходить для дуже жорстких об'єктів. Крім того, для кріплення датчика потрібно лише один гвинт.
Датчики деформації на основі технології тензодатчиків (SG) також доступні із вбудованим електронним підсилювачем. Ця конфігурація є першим вибором, коли потрібні особливо економічні рішення. Крім того, датчики SG не мають дрейфу, що полегшує завдання контролю. Вони також дозволяють відстежувати постійні зміни напруги у пресі. Згинальні моменти можна компенсувати за допомогою продуманої проводки, що підвищує точність вимірів без особливих зусиль.
Використання датчиків деформації для компенсації згинальних моментів
За допомогою тензометричних перетворювачів можна легко компенсувати потенційні згинальні моменти, коли задіяні симетричні компоненти. Для цього необхідно, щоб два датчики були встановлені на одній висоті, але навпроти один одного. Вигин призводить до того, що один датчик навантажується позитивною, а інший датчик негативною деформацією. При паралельному підключенні датчиків загальний вихідний сигнал дорівнює нулю. Всі деформації, що навантажують обидва датчики в тому самому напрямку, вимірюються без проблем. У пресах це гарантує, що вимірюються лише деформації розтягування/стискання.
Невелика висота конструкції та рівномірна чутливість датчика є технічними передумовами. Тому тензометричні датчики HBM налаштовуються на єдину чутливість за допомогою спеціальної процедури. Крім того, вихідний опір збалансований, що є обов'язковою умовою для паралельного з'єднання. Опір моста 700 Ом вибрано для запобігання навантаженню мостового підсилювача в результаті зменшення загального опору. Навіть чотири датчики, з'єднаних паралельно, мають опір 175 Ом. Сучасні підсилювачі дозволяють вимірювати та обробляти сигнали сили або деформації як окремих датчиків сили або деформації, так і датчиків, підключених паралельно.
Як згадувалося вище, датчики деформації повинні бути відкалібровані, щоб можна було отримати силу.
Процедура калібрування вимагає, щоб сила вимірювалася щонайменше за двох кроків навантаження; наприклад: сила = нуль та максимальна сила. Важливо знати, що немає абсолютної необхідності вимірювати за максимального зусилля. Абсолютно можливе калібрування вимірювального ланцюга при половинному технологічному зусиллі, особливо коли вимоги до точності невеликі.
Процес виглядає так:
- Вимірювання вихідного сигналу датчика деформації при нульовій силі. Підсилювач може бути налаштований запобігання масштабування, тобто. вихідний сигнал відображається мВ/В.
- Вимірювання вихідного сигналу при зусиллі, що використовується для калібрування. У цьому випадку вимірювання також повинно проводитися мВ/В.
Тепер легко розрахувати чутливість вимірювального ланцюга:
S = (вихідне зусилля при вимірі - вихідне значення при нулі) / (сила при вимірі - зусилля при нулі)
Це дає значення pc/N при використанні п'єзоелектричного датчика. Однак те саме стосується і тензометричних перетворювачів на основі SG, де значення вказується в мВ/В/Н.
У багатьох випадках чутливість при певному напрузі приймається як масштабне значення для приладів технології вимірювання питомої ваги. Для цього потрібно знати лише вихідний сигнал датчика за номінального (номінального) зусилля. Ви можете безпосередньо ввести пару значень сили та вихідного сигналу у вашому пристрої. Багато інструментів полегшують ці налаштування, вимагаючи лише чотирьох вищезазначених значень, які можна розмістити у таблиці:
Сила = 0 Н Сигнал = xy мВ/В
Сила = измерительная сила Сигнал = AB мВ/В
Потім підсилювачі виконують налаштування. Після цього виконується масштабування. Цей процес «навчання» реалізований у сучасних підсилювачах, що допускають автоматичне калібрування.
Важливі такі поради:
- Завжди рекомендується перевірка, тобто. необхідно знову завантажити систему і порівняти значення, що відображаються.
- Завантажте систему три рази з максимальним навантаженням перед процедурою калібрування, щоб забезпечити врегулювання датчиків.
- Для досягнення оптимальної точності ідеально проводити вимірювання точно за тієї ж сили, при якій вимірювання будуть проводитися пізніше.
Вбудована електроніка чи інтелектуальні підсилювачі з попередньою обробкою даних вимірів?
Датчики деформації із вбудованою електронікою доступні для основних завдань моніторингу преса; вони забезпечують вихідні сигнали струму (4...20 мА) або напруги (0...10 В) з дуже широкою смугою пропускання (2 кГц -3 дБ). Тут система управління пресом, розташована нижче за технологічним ланцюжком, повинна взяти на себе формування сигналів та обробку вимірювальних сигналів. Це додаткові завдання, крім власне функції управління пресом.
Посилення регулюється відповідно до підходу, описаного вище: спочатку вимірювання проводиться в нульовій точці, а потім при максимальній силі. За допомогою цих двох сил на керуючий вхід SLB може бути подана напруга. Посилення автоматично налаштовується таким чином, щоб зусилля = 0 відповідало 1 В, а максимальне зусилля - 9 В. Рекомендується масштабувати вихідний сигнал від 1 до 9 В, щоб активувати зусилля нижче нульової точки або вище, ніж максимальне зусилля навчання для вимірювання. Оскільки вихідний діапазон знаходиться в діапазоні від 0 до 10 В, датчик має буфер розміром 10 % від діапазону вимірювання.
На відміну від звичайних датчиків із вбудованою електронікою, цей підсилювач дозволяє завжди мати максимальний діапазон на виході, незалежно від навантаження на машину. При низькій роздільній здатності наступного ступеня це перевага, яку не можна недооцінювати.
"Навчання" запускається керуючим імпульсом і тому може бути автоматизовано. Незалежно від цього, точку вимірювання може бути встановлена на нуль. Конфігурація підсилювача залишається доступною після збою живлення.
Зростання вимог до сучасних систем моніторингу пресів
За останні роки вимоги до операторів пресів стали суворішими. Крім зниження витрат, основна увага приділяється підвищенню якості та збільшенню продуктивності. З іншого боку, потрібний тривалий термін служби та мінімальні інтервали технічного обслуговування. Єдиний спосіб задовольнити ці вимоги – використовувати сучасні підсилювачі сили та усунення або кута повороту.
Ці підсилювачі відрізняються надзвичайною перешкодою, набагато перевищує вимоги відповідних стандартів. Крім того, ці підсилювачі пропонують попередню обробку даних вимірів. Таким чином знижується навантаження на наступні системи управління пресом, підвищується надійність системи та скорочується час простою відповідно. Підсилювачі можуть використовуватись повсюдно. Прилади можуть бути оснащені відповідною кількістю вимірювальних модулів залежно від розміру преса та кількості та типу вимірювальних датчиків. Крім того, підсилювачі можуть бути гнучко оснащені платами виведення сигналів. Інвестиційні витрати значно скорочуються, а заміна у разі відмови дуже проста. Промисловий підсилювач PMX або підсилювачі серії ClipX, що нарощуються, - це системи підсилювачів, які ідеально відповідають цим вимогам.
Підвищена перешкодозахищеність забезпечує надійні значення вимірювань
Підсилювач може бути «модернізований» відповідно до вимог до моніторингу преси, що змінюються. У найпростішому випадку надзвичайно надійний модуль підсилювача несучої частоти PX455 використовується для отримання сили та напруги. Під час вимірювання несучої частоти вимірювальні сигнали дискретизуються на частоті 19,2 кГц, модулюються до частоти, що несе, потім посилюються і потім демодулюються. Цей метод дозволяє досягти ширини смуги пропускання 2 кГц і в той же час запобігає передачі шумових сигналів, таких як шум мережі і перешкоди, створювані величезними електродвигунами або перетворювачами частоти. Це значно збільшує термін служби машини.
Скільки вам потрібно інтелекту?
Внутрішні обчислювальні канали PMX підсилювача, що забезпечують частоту дискретизації 19,2 кГц на вимірювальний канал, дозволяють швидко отримувати і обробляти всі вимірювальні сигнали від преса. Висока частота дискретизації дозволяє надійно реєструвати піки сили до 50 мк/с. Ці пікові значення використовуються для забезпечення якості та контролю друку. Внутрішні обчислювальні канали дозволяють отримувати повні та диференціальні зусилля у багатостоєчних пресах у режимі реального часу. Це, у свою чергу, дозволяє системі керування верстатом стежити за станом та якістю штампової подушки або преса відповідно.
Превентивна діагностика преса
Межі сигналів тривоги можна контролювати на додаток до отримання пікових значень зусилля пресування. Це дозволяє заздалегідь визначити, чи сили, що додаються пресом, виходять за межі допустимого діапазону і/або вже досягли вони рівня, що вимагає відключення системи для захисту машини від пошкоджень. Як і всі розрахункові сигнали PMX, ці значення також визначаються в режимі реального часу, тобто. з інтервалом 50 мікросекунд. Це необхідно для забезпечення швидкого аварійного вимкнення. Проте є й інші методи превентивної діагностики преса. Датчики прискорення встановлені для виміру вібрації в пресах. Вібрація спричинена зазором підшипників механічних компонентів. Це допустимо у певних межах. Тільки коли вібрації стають надмірно високими, можна виявити та виявити пошкодження підшипника. Знову, підсилювач PMX використовується для аналізу та визначення граничних значень, оскільки він має відповідно швидкі модулі підсилювача. Те саме стосується вимірювання температури в пресах або системах охолодження.
HBM надає програмне забезпечення Catman для збирання якісних даних. PMX поставляється із системним інтерфейсом Ethernet для підключення, наприклад, до ПК з Windows. Він використовується для запису всіх вимірювань та сигналів машини. Ці записи можна архівувати та використовувати як резервну копію. Інструменти візуалізації пропонують універсальні та докладні можливості для відображення та аналізу сигналів преси вже під час налаштування. Програмне забезпечення також надає функції для налаштування тригерів вимірювання для запуску та збереження вимірювання лише після виникнення помилки.
Яку форму автоматизації можна вибрати?
Усі сигнали доступні в режимі реального часу у обчислювальних ядрах PMX або ClipX. Звідти значення можуть бути виведені у хмару через аналогові виходи, інтерфейси польової шини або, наприклад, через OPC-UA. Вимірювальні підсилювачі також мають швидкодіючі цифрові виходи, які можуть сигналізувати та передавати граничні значення лише за одну мілісекунду. Однак сучасні системи управління пресами часто мають програмований логічний контролер (ПЛК). Тут сигнали передаються через стандартизовані польові шини. Вони мають дві основні переваги.
З одного боку, потрібен один кабель шини, що істотно знижує витрати на електромонтаж. З іншого боку, діагностичні дані можуть передаватися від підсилювача в систему управління на додаток до сигналів вимірювань, що дозволяє здійснювати швидкий моніторинг машини. Ще однією перевагою підсилювача є те, що до 1000 наборів параметрів можуть зберігатися всередині та завантажуватись у міру необхідності. Це дозволяє адаптувати прес до нових завдань практично без часу.
Концепції інтелектуального обслуговування та моніторингу
Системи підсилювачів PMX та ClipX оснащені декількома механізмами діагностики та контролю технічного обслуговування. По-перше, всі сигнали датчиків та внутрішні компоненти приладу постійно перевіряються на достовірність. Це дозволяє безпосередньо сигналізувати про несправні датчики, обриви кабелів або несправні пристрої в системі управління пресом. Встановлення граничних значень та діапазонів допусків у PMX дозволяє ідентифікувати та повідомляти про відхилення від тренду ще до того, як машина вийде з ладу або вийде з ладу. У разі збою можливе визначення того, чи PMX (Live-Bit) працює, що дозволяє швидко усувати неполадки. Це також означає, що PMX одночасно відображає сигнали зусилля через декілька аналогових виходів. Це дозволяє інженерам з обслуговування преса на місці використовувати наявні вимірювальні прилади для визначення того, доступні сигнали відповідно до запиту. Це дозволяє додатково обмежити помилки у системі управління.
Однак PMX пропонує ще більше механізмів інтелектуального обслуговування. Крім параметризації та візуалізації приладу через внутрішній веб-сервер також можлива передача даних через верстат або мережу компанії для відображення, оскільки для передачі використовується стандартний протокол Ethernet TCP-IP. За наявності заходів безпеки, таких як брандмауер та доступ до служб протоколу SNMP, можлива навіть діагностика через PMX у формі віддаленого обслуговування по всьому світу. Трирівневе адміністрування користувачів у PMX гарантує, що всі користувачі можуть працювати тільки з даними та встановлювати налаштування, які відносяться до них. Таким чином, системний оператор може вирішити, чи потрібне дороге розгортання служби зі штаб-квартири чи проблему може вирішити виїзний сервісний інженер.
Чи можна дооснастити існуючі заводи системами керування пресами?
Як правило, всі преси можуть бути оснащені сучасними системами моніторингу HBM. Модернізація та дооснащення має сенс, зокрема, за часів складних економічних умов. Підвищується не тільки якість продукції, а й суттєво продовжується термін служби преса. HBM пропонує технічні ноу-хау, що дозволяють визначити оптимальне положення для встановлення датчиків сили або деформації за допомогою аналізу за допомогою кінцевих елементів. Вони різняться кожного преса, залежно від конструкції, і надалі мають вирішальне значення значимості даних вимірів. Крім того, сервісні інженери HBM є кваліфікованими фахівцями зі встановлення тензорезисторів на пресі або монтажу тензометричних датчиків у зборі. HBM також пропонує займатися підготовкою та управлінням проектами, починаючи від електричної інтеграції та закінчуючи підключенням до польової шини та документацією. Якщо ланцюги вимірювання зусилля будуть калібровані або перекалібровані пізніше, сервісні інженери HBM готові виконати калібрування на місці та надати документацію.
Висновок
Інтеграція сучасних систем моніторингу, заснованих на технології вимірювання, є ключем до підвищення точності та пропускної спроможності пресів. Точне вимірювання сили пресування має життєво важливе значення, наприклад, за допомогою датчиків сили, встановлених безпосередньо в силовому потоці, або датчиків деформації для непрямого вимірювання шунтуючої сили.
Використання сучасних систем вимірювальних підсилювачів, що забезпечують просте та зручне підключення до загальноприйнятих промислових стандартів Ethernet та систем керування машинами, є ще одним важливим фактором для сучасних систем моніторингу преса. HBM пропонує рішення як для датчиків, так і для електроніки, які використовуються у моніторингу преса. Провідні світові виробники довіряють обладнання HBM, щоб підвищити продуктивність та експлуатаційну готовність своїх пресів.
Моніторинг процесу за допомогою звичайного підсилювача вимірювання, високий відсоток відмов через неточності вимірювання.
Підвищена ефективність з PMX або ClipX, оптимальна продуктивність із точними результатами вимірювань
СУПУТНІ ТОВАРИ
SLB700A: датчик деформації для економічного виміру сили
Датчики деформації SLB пригвинчені до конструкції. Сила вимірюється шляхом визначення деформації конструкції через прикладену силу. Економічно ефективний.
Датчик деформації SLB700A/06VA
SLB700A/06VA – це датчик деформації з різьбовим кріпленням, який забезпечує економічний вимір сили. Із вбудованою електронікою.
Датчик PACEline CST/300 для непрямого вимірювання сили
П'єзоелектричні датчики деформації CST/300 точно вимірюють деформацію в широкому діапазоні вимірювань. Для непрямого виміру сили.
PMX - модульна система вимірювальних підсилювачів
Багатоканальна система збору даних вимірює та контролює в режимі реального часу та ідеально підходить для виробничих процесів та контролю якості.
ClipX: точний та інтелектуальний перетворювач сигналів
Цей одноканальний формувач сигналів пропонує всі сучасні інтерфейси автоматизації, інтуїтивно зрозумілий веб-інтерфейс та інтелектуальні функції.