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Lenze卷繞設(shè)備
DSD
控制
摘要：要設(shè)計(jì)一條用于卷繞設(shè)備的驅(qū)動鏈，必須全方位入手。Lenze告訴您：基于我們多年來豐富的實(shí)踐知識，我們可以避免在工程設(shè)計(jì)過程中犯那些代價高昂的錯誤。基于此，Lenze為您設(shè)計(jì)了一款集成了我們多年來豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)知識的驅(qū)動選型軟件DSD。我們通過本實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)報(bào)告向您闡述卷繞設(shè)備如何針對不同卷繞材料進(jìn)行便捷的選型，并介紹如何利用規(guī)劃數(shù)據(jù)簡化后續(xù)的調(diào)試工作。
首先必須了解卷繞的工藝過程
卷繞驅(qū)動用于在加工過程前后存儲連續(xù)物料。依據(jù)卷繞過程，這些驅(qū)動主要以準(zhǔn)靜態(tài)方式操作。以同步方式操作的卷繞驅(qū)動可以用于，如間歇性操作設(shè)備（沖壓機(jī)、切割單元...）。即將被卷繞的材料類型和外形范圍非常廣。它們可以是平的（紙張、塑料、金屬箔、織布、網(wǎng)狀織物或織物板等等）或者圓的（絲、繩子、紗、線）。依據(jù)材料和設(shè)備類型，平的材料采用中心繞線機(jī)或端面繞線機(jī)。在中心繞線機(jī)中，該驅(qū)動器位于卷軸中心；在端面繞線機(jī)，該驅(qū)動器位于周邊。用數(shù)學(xué)術(shù)語來說，卷起卷繞材料（一個卷軸）就是一個螺旋動作，在平的材料網(wǎng)中，是一層卷一層；在圓材料中，則是每層相互緊鄰然后疊加卷繞的。卷繞材料以定義好的可變或固定張力進(jìn)行卷繞而生產(chǎn)速度則根據(jù)材料質(zhì)量和當(dāng)前直徑而定。依據(jù)產(chǎn)品，卷繞系統(tǒng)的張力范圍十分廣泛，從大約0.5 N 到 30,000 N。生產(chǎn)速度范圍也很廣，從大約 5 到 2,000 m/min。驅(qū)動功率范圍為 0.1 kW 至 400 kW 。
通過DSD 控制選型
電機(jī)的規(guī)格由轉(zhuǎn)矩決定。對于中心繞線機(jī)，固定驅(qū)動轉(zhuǎn)矩所需的最大值會發(fā)生在卷軸直徑最大值并在達(dá)到此值時速度處于最低點(diǎn)的時候。針對這些要求，運(yùn)行在弱磁范圍內(nèi)的異步電機(jī)優(yōu)勢尤其明顯。中心繞線機(jī)要安裝的由張力速度生成的驅(qū)動系統(tǒng)，其單位額定值顯著大于實(shí)際卷繞過程的過程功率。盡管在卷繞過程中高速度和高轉(zhuǎn)矩不會同時發(fā)生，但是該驅(qū)動必須具備可應(yīng)對這二者同時發(fā)生這一情況的能力。這一聯(lián)合功率被稱作基礎(chǔ)過程功率。含定義材料張力的中心卷繞機(jī)主要設(shè)計(jì)用于固定操作狀態(tài)。變頻器的動態(tài)過電流儲量在多數(shù)情況下也能夠讓處于緊急狀態(tài)的驅(qū)動器在期望時間內(nèi)快速減速。然而考慮到較高的轉(zhuǎn)動慣量和較短的制動距離，選型過程就必須要考慮制動轉(zhuǎn)矩參數(shù)。在卷繞機(jī)間歇操作模式下，該動態(tài)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩通常決定了選型過程。由于卷繞驅(qū)動的選型，正確驅(qū)動元件的相應(yīng)選擇，卷繞機(jī)和電機(jī)控制步驟都很復(fù)雜并且需要大量的經(jīng)驗(yàn)，針對這一問題，我們已經(jīng)將所有這些相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用知識寫入DSD中。這樣只需使用該軟件，就可以讓每個設(shè)備工程師能夠輕松地處理選型過程并且在任何時候都能夠找到可行解決方案。除了物理驅(qū)動選型和產(chǎn)品配置處，我們?nèi)碌摹癉SD卷繞技術(shù)助手”還能幫您檢查是否超出系統(tǒng)限制值并為多個可選解決方案提供一些有價值的建議。
印刷機(jī)中心收卷的樣機(jī)選型
這一任務(wù)就是將80g/mm2 基礎(chǔ)重量的紙卷繞至尺寸為80mm 至800mm 的管上。該印刷設(shè)備上的紙張移動速度為400m/min。張力要求最小直徑時為250N，最大直徑時為200N。
DSD 會一步一步引導(dǎo)用戶進(jìn)行所需的所有選型步驟。首先，工程設(shè)計(jì)工程師們可以選擇最簡單高效的“開環(huán)扭矩張力控制模式”。依據(jù)該模式，DSD 會進(jìn)行設(shè)備背景技術(shù)檢測，隨后輸入卷軸的尺寸和材料、張力、速度以及加速度數(shù)據(jù)、靜止相數(shù)以及設(shè)備能效值。輸完主要數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)即完成了整個過程描述，DSD 使用這一過程描述來確認(rèn)該卷軸的相關(guān)具體要求（轉(zhuǎn)矩、速度以及功率）。此外，在加速度階段修改的直徑會自動包含在計(jì)算中；這也是獲取最佳解決方案的一個小技巧。這種情況會產(chǎn)生一個1.5kW的固定卷繞功率以及一個11kW的基礎(chǔ)過程功率。在確定好驅(qū)動軸電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)以及該驅(qū)動理念之后，再選擇最合適的電機(jī)。在這里還有另一個小技巧：在該關(guān)鍵性的選型步驟中，可以在DSD 中交互式地調(diào)節(jié)弱磁場以便生成最小的驅(qū)動系統(tǒng)功率。
所有操作都可使用轉(zhuǎn)矩-速度特征曲線進(jìn)行。這樣就選好了減速機(jī)、制動器、編碼器、變頻器和可選的電氣制動電路。值得一提的是，DSD 在線幫助還可以為最佳選型過程持續(xù)提供有價值的操作建議。
在我們的例子中，我們用異步技術(shù)計(jì)算生成了一個4kW的能效電機(jī)（MH 系列）帶一個旋轉(zhuǎn)編碼器、一個45Nm 的彈簧制動器、一個i=3 的齒形皮帶、一個伺服控制的5.5kW 變頻器（9400 系列）和一個用于緊急停止的120W 制動電阻。進(jìn)行好完整的選型后，DSD 會以變量圖表、利用率和技術(shù)系數(shù)進(jìn)行一個綜合性的系統(tǒng)分析。整個選型過程以及文檔生成只需大約10-20 分鐘，沒有比這個更快速、更便捷的方法了！我們還建議您考慮不同的解決方案。這些數(shù)據(jù)可以通過DSD 快速生成。DSD 可以幫您以緊湊的格式將這些解決方案一一列舉出來并相互比較。這樣的話，您就可以評估不同驅(qū)動理念和產(chǎn)品的利弊，也可以有確定適合解決方案的清晰依據(jù)了。
檢測方案：應(yīng)用調(diào)諧器
一個驅(qū)動器的選型過程通常都使用一個參考方案和一個最壞情況的方案。在實(shí)際情況中，該設(shè)備會處理各種產(chǎn)品以及公式。對于卷繞設(shè)備，不同厚度的材料卷繞速度也不同。為了確保該卷繞設(shè)備也能使用該操作方案，在已經(jīng)執(zhí)行了主要選型過程后利用能選擇過程和運(yùn)動變量并自動計(jì)算成為備選方案的應(yīng)用調(diào)諧器來為設(shè)備提供支持。所有相關(guān)結(jié)果的直接對比體現(xiàn)了過程側(cè)和驅(qū)動側(cè)的更改。這樣的話，您就能夠立即建立起有關(guān)利用率、限值范圍或能效平衡的清晰概念了。
評估能效
在過去這些年里，人們越來越重視能源消耗問題及由此帶來的環(huán)境影響和運(yùn)營費(fèi)用透明性。Lenze 倫茨在早期就對該問題做出了響應(yīng)：通過DSD 中的“驅(qū)動解決方案能效性能認(rèn)證”及其精心設(shè)計(jì)的相關(guān)功能為設(shè)備工程設(shè)計(jì)提供專業(yè)支持。這就意味著一旦確定了能效要求、能效成本、CO2 排放以及優(yōu)化潛力，并以圖形化的方式為用戶在后臺備好用于卷繞應(yīng)用輸入和所選的驅(qū)動系統(tǒng)，這些最終會基于使用情況進(jìn)行鏡像處理。通過這種對比操作，可評估相互之間不同的解決方案，并解答疑問，例如“哪個電機(jī)能效等級最適合該應(yīng)用”、“哪個減速機(jī)類型能實(shí)現(xiàn)損耗最小化”、“是什么影響了能效平衡中的加速度”、“制動過程會產(chǎn)生多少能量”、“投資成本多高，會引起多少運(yùn)營成本”、“多久能生成出一個特定的解決方案”等等。
尤其是卷繞應(yīng)用為能效優(yōu)化解決方案提供了巨大的潛能。像這樣，特別是，計(jì)算多軸系統(tǒng)，選擇供電模塊并以能效方式表達(dá)出來等操作均可在DSD 中完成。這樣就可以在設(shè)備相互連接的其他驅(qū)動軸中利用退卷的再生能原。主要負(fù)載減少到最小而能效增加到最大。
針對工程鏈的能效
選好并優(yōu)化驅(qū)動解決方案后，DSD會提供多連接點(diǎn)以執(zhí)行更多的工程設(shè)計(jì)工作。例如，DSD可定義多種產(chǎn)品特征，如減速電機(jī)的顏色、法蘭和端子盒的位置、插頭、附件、傳感器及其他特殊設(shè)計(jì)要求等等，從而提供所有關(guān)乎價格的因素，并備好內(nèi)容可用性。所應(yīng)用的CAD瀏覽器會為用戶立即展示驅(qū)動選型的樣子并能為設(shè)計(jì)工程師提供不同格式的CAD數(shù)據(jù)。用戶還可以在自己的CAD中查看設(shè)備結(jié)構(gòu)中減速電機(jī)和變頻器的機(jī)械整合性是否正確。在這里，不同范圍和布局下的特定協(xié)議是重點(diǎn)。它們不僅用于記錄解決方案而且還為更多其他工程設(shè)計(jì)任務(wù)儲備信息，讓許多其它功能的實(shí)現(xiàn)成為可能。例如，即時提供大部分的重要調(diào)試數(shù)據(jù)。這個起始于過程描述，包括已經(jīng)輸入的過程參數(shù)以及最小和最大的卷軸直徑、加速度時間和線性速度等等。但是計(jì)算好的參數(shù)也有用，如，可以用于轉(zhuǎn)矩前饋控制的總轉(zhuǎn)動慣量；這就提供了更好的穩(wěn)定性和更精確的控制響應(yīng)。此外，充分了解所選的產(chǎn)品還有利于調(diào)試的順利完成。
為了能簡化工程設(shè)計(jì)過程，Lenze倫茨在整個工程設(shè)計(jì)過程中始終提供標(biāo)準(zhǔn)的、機(jī)電一體化的模塊（只需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置）。在DSD規(guī)劃頁面可以找到針對卷繞的機(jī)械過程描述。在調(diào)試階段，我們提供了針對卷繞的FAST技術(shù)模塊。該模塊包含了針對卷繞過程的功能塊結(jié)構(gòu)和邏輯控制并可使用DSD中的儲備信息進(jìn)行參數(shù)設(shè)置等。這樣就加速并簡化了設(shè)備的工程設(shè)計(jì)過程并為其專注自己的需求提供了更大的空間。
就產(chǎn)品自身的簡易性而言，DSD簡約而不簡單。這款工程設(shè)計(jì)軟件的成功性還因?yàn)檫@個產(chǎn)品的所有功能和工作流程均根據(jù)規(guī)劃任務(wù)而設(shè)計(jì)，通過其數(shù)據(jù)準(zhǔn)備讓調(diào)試更快更簡單。這使得Lenze倫茨和機(jī)械工程師們之間的互動更為高效，同時也確保了最佳的設(shè)備工程設(shè)計(jì)結(jié)果，簡化并高效地減少了設(shè)備的總成本，更快速地響應(yīng)市場。值得一提是，DSD不僅僅能用于卷繞設(shè)備的工程設(shè)計(jì)，還可應(yīng)用到其他幾乎所有類型的設(shè)備中去。
DSD選型軟件提供如下功能:
o 提供應(yīng)對驅(qū)動選型任務(wù)的最佳支持
o 從機(jī)電一體化系統(tǒng)角度規(guī)劃驅(qū)動鏈
o 通過設(shè)備描述（過程、動作、環(huán)境）介入工程設(shè)計(jì)
o 支持計(jì)算物理性要求、利用率和性能數(shù)值
o 創(chuàng)建各自所需的驅(qū)動結(jié)構(gòu)
o 充分集成Lenze多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)知識及相關(guān)解決方案經(jīng)驗(yàn)
o 產(chǎn)品選擇和檢測具備目標(biāo)導(dǎo)向性
o 系統(tǒng)檢測技術(shù)可行性以及最佳解決方案
o 產(chǎn)品配置確保解決方案具備可設(shè)計(jì)性與市場性
o 支持驅(qū)動解決方案之間的對比和優(yōu)化
o 應(yīng)用調(diào)諧器：快速比對不同應(yīng)用參數(shù)的解決方案
o 能效性能認(rèn)證 - 驅(qū)動解決方案：支持特定解決方案的計(jì)算
o 提供解決方案及相關(guān)文檔（選型記錄、物料單等）
o 生成所選產(chǎn)品的CAD數(shù)據(jù)
o 支持國際項(xiàng)目的處理（支持13種語言，使用國際化單位）
