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研華APAX控制平台以電子凸輪優化紡織機械產能,迎戰客製化與彈性生產

2018/9/19
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專案簡介: 對於生產規模大且彈性低的紡織業而言,倍捻機是將紡織纖維加工成紗線的重要設備,其機械控制的穩定性與靈活性決定了倍捻機能否製造出多樣化的紗線。因此,一個能夠彈性改變機械控制的倍捻機將可協助紡織廠滿足客戶的多樣化需求,搶佔未來客製化程度與生產速度皆高的快速時尚市場。   然而,目前市面上的倍捻機自動化程度低,大部分是以PLC或單片機加變頻器的方式監控生產過程,運動曲線軌跡規劃則使用傳統機械凸輪,無法快速靈活地在不同曲線間切換,若想改變運動曲線就得耗費時間重新設計凸輪;且使用機械凸輪除了得定期更換機油,長期使用後零件也容易磨損,從而影響紗線加工品質。   研華電子凸輪(Electronic Cam)解決方案透過CODESYS即時內核搭載在APAX-5580運動控制平台,利用軟體控制伺服馬達模擬機械凸輪。因為能以事先建好的凸輪曲線表隨時更換運動參數,再加上採非硬體機構模式,無後續維護困擾,因而能大幅提升倍捻機的生產效率。近年來備受模切機、飛剪機、包裝機等需要連續定速及定位控制的設備製造商關注。

系統需求: 已有近百年自主開發經驗的青島紡織機械股份有限公司,專門設計、製造與銷售紡織機械專用設備及相關配件,多次被評選為中國紡織機械行業的技術創新企業與最佳設備供應商。近來,為提升設備競爭力,青島紡織機械正計劃改善其高速倍捻機以因應市場對筒紗生產靈活性的要求,並藉此提高設備生產效率、降低維護成本。   該公司高速倍捻機採用控制器加變頻馬達,使用的是傳統機械凸輪。為了讓倍捻機可以生產不同規格的紗線,擺脫使用機械凸輪只能做單一款筒紗的侷限性,也為了讓單一筒紗在不同加工階段可以調整運動曲線,該公司需要導入電子凸輪取代原有的機械凸輪。   新的解決方案必須同時提供軟體與硬體產品,包含可彈性設定凸輪每段位置速度、加速度,可實現定位、定速、定加速度,並提供多種演曲線算法的電子凸輪,以及可同時支援200個CANbus通訊,並以C#語言與既有人機介面(HMI)整合的控制平台。   此外,由於新的高速倍捻機不僅鎖定中國市場,海外其他國家與地區也是其主力戰場,因此,解決方案供應商需能提供在地化的售後服務、技術支持,以便能迅速地解決相關問題。

系統概述: 倍捻機是紡織品生產前期,用於紡紗的關鍵機台,可將兩股或兩股以上的單紗透過加捻黏合成為股線後再加工成筒紗。倍捻機控制器統包含一組凸輪規劃運動軌跡以及數百個可產出筒紗的微型馬達。紡紗過程中每個微型馬達皆可產出一捲筒紗。因此,倍捻機可同時控制的馬達越多,工廠就能取得越高的生產效率。   青島紡織機械的高速倍捻機得以同時生產200個筒紗主要靠APAX-5580運動控制平台控制兩軸EtherCAT伺服馬達做凸輪軌跡,再透過APAX通訊模組的CANbus通訊能力,讓高速倍捻機可同時控制200個微型馬達。而利用APAX-5580運動控制平台整合I/O的特性,也讓高速倍捻機的運轉、啟停、耗電量、警報等生產狀態得以獲得監控。   導入研華解決方案後的高速倍捻機產能可從原本的每分鐘75米提高至每分鐘120米,不僅能以電子凸輪進行捻紗作業,更從變頻馬達升級為響應速度更快的伺服馬達控制,因此能更精準、快速地執行運動控制,確保紗線均勻分布於筒紗。   研華電子凸輪解決方案以自動化控制軟體CODESYS與嵌入式雙核處理器運動控制平台APAX-5580為主,不同於標準CODESYS方案,研華電子凸輪解決方案支援彈性設定凸輪關鍵點的位置、速度與加速度,也提供多種凸輪曲線算法於每段曲線中。值得一提的是,使用者還能從研華CODESYS的豐富功能庫中直接拖拉出所需功能,讓規劃電子凸輪的運動軌跡更為簡便。   APAX-5580是兼具工業電腦與PLC功能的可編程自動控制平台,採用模組化設計,最多可擴充至768個輸入與輸出,同時支援EtherCAT、CANbus等現場總線通訊協定。電子凸輪功能主要靠分核技術實現。APAX-5580其中一核獨立並優化為最快可達50μs的CODESYS即時內核,讓使用者可利用其所提供的電子凸輪功能塊(function block)對凸輪的運動與控制進行編程。此外,這款x86架構的硬體平台基於WES7(Windows Embedded Standard 7)OS而支援C#語言,能夠無縫地整合此專案原有的人機介面,節省青島紡織機械的開發時間。   此外,研華提供了專業的技術培訓,引導使用者對系統快速上手,線上影音諮詢服務也提供最即時的技術支援,而遍及全球的服務據點更能就近為客戶提供本地化的服務。

  • Advantech CODESYS:自動化控制軟體,符合IEC 61131-3標準的編程語言
  •  APAX-5580-4C3AE:嵌入式無風扇控制平台,內建Intel® Celeron處理器,附2 x GbE, 2 x mPCIe, VGA
  • APAX-5402-E2A1AE:雙槽擴充底板 APAX-5045-AE:12通道數位輸入與12通道數位輸出模組
  •  APAX-5435-AE:APAX iDOOR擴充模組
  •  PCM-26D2CA-AE:雙埠隔離式工業通訊擴充模組

系統架構圖


結論: 隨著市場對紗線多樣化與生產速度的要求越來越高,過去因加工簡單、成本低廉而被廣泛採用的機械凸輪已無法滿足彈性生產、客製化的市場需求,最新方法即是以電子凸輪來執行捻紗加工。研華以APAX-5580運動控制平台搭配CODESYS即時內核的電子凸輪解決方案不僅具備可自定義關鍵位置、速度、加速度的電子凸輪,更提供多種凸輪曲線演算法及豐富的CODESYS功能庫,為電子凸輪系統省下大量開發時間。此外,同時支援EtherCAT與CANbus兩種即時控制及C#高級程式語言的絕佳彈性也讓青島紡織機械更容易地為其高速倍捻機進行技術升級。   研華全球化的服務據點與本地化的專業服務亦能讓設備製造商安心的將這台採電子凸輪技術的高速倍捻機銷往世界各地。   面對日漸邁向客製化與多樣化的消費市場,傳統產業也需不斷提升,才能靈活地以彈性生產因應快速變動的客戶需求。研華APAX-5580運動控制平台搭載CODESYS即時內核的電子凸輪解決方案除了本專案中用於紡織業的高速倍捻機,也可協助模切機、飛剪機、包裝機等需要連續定速定位轉動的機台取得更高的生產效率與產品品質,讓傳統機台升級為智慧設備,為企業創造更大價值,提高產業革新動能。