Wiele maszyn przemysłowych, jak na przykład ciągarki, posiada elektrosprzęgła z elektrohamulcami. Niejednokrotnie urządzenia te służą do zesprzęglania z napędem głównym nadążnej piły bądź gilotyny na czas trwania cięcia. Ważne jest to, aby sprzęgło załączało bardzo szybko i w powtarzalnym czasie, gdyż od tego zależy, czy uzyskiwane odcinki uciętego materiału będą miały równą długość. Aby zapewnić szybkie i powtarzalne załączanie elektrosprzęgła, stosuje się układy elektroniczne z funkcją forsowania. Z kolei funkcja rozmagnesowywania powoduje, że sprzęgło rozłącza w krótszym czasie.
Zasada działania forsowania polega na tym, że w momencie rozpoczęcia załączenia sprzęgła, przez ułamek sekundy do zacisków cewki przykładane jest napięcie o wartości wielokrotnie wyższej od wartości napięcia znamionowego. Powoduje to, że sprzęgło łączy w o wiele krótszym czasie niż w przypadku jego zasilenia wyłącznie napięciem o wartości znamionowej. Zaletą forsowania jest nie tylko przyspieszenie załączania, ale również zwiększenie powtarzalności czasu, w którym sprzęgło załącza się. Po upływie czasu forsowania, wartość napięcia spada do poziomu pozwalającego na podtrzymanie załączenia sprzęgła. Dzięki takiemu rozwiązaniu, nie występuje niebezpieczeństwo spalenia cewki.
Zasada działania rozmagnesowywania polega na tym, że w momencie wyłączenia sprzęgła, przez pewien krótki czas, do zacisków cewki przykładane jest wysokie napięcie o przeciwnej polaryzacji. Dzięki temu rozwiązaniu, sprzęgło rozłącza w o wiele krótszym czasie niż ma to miejsce w przypadku prostego układu polegającego jedynie na wyłączaniu zasilania w momencie rozłączania sprzęgła.
Stworzony przez nas układ posiada nie tylko funkcję forsowania i rozmagnesowywania sprzęgła – urządzenie ma również funkcję forsowania i rozmagnesowywania hamulca.
Na zamieszczonej poniżej fotografii zaprezentowano stworzony przez nas układ elektroniczny z funkcją forsowania i rozmagnesowywania sprzęgła oraz hamulca. Urządzenie to zaprojektowaliśmy i wykonaliśmy w celu poprawienia jakości sterowania elektrosprzęgłem i hamulcem nadążnej piły służącej do cięcia rur i drutu na równe odcinki. W konsekwencji wdrożenia zrealizowanego układu elektronicznego, uzyskiwane długości odcinków drutu i rur są dużo bardziej równe niż miało to miejsce w przypadku pierwotnego układu bez funkcji forsowania i rozmagnesowywania.
Tranzystorowy układ elektroniczny z forsowaniem i rozmagnesowywaniem sterujący elektrosprzęgłem i elektrohamulcem
Układ został wyposażony w wyłącznik nadprądowy. Ponadto zastosowano przeciwzakłóceniowy filtr sieciowy. Wyjścia z mikrokontrolera sterujące tranzystorami IGBT mają separację galwaniczną, podnoszącą odporność urządzenia na ewentualne awarie. Wejścia sterujące sprzęgłem i hamulcem posiadają separację galwaniczną oraz podwójny filtr przeciwzakłóceniowy (analogowy oraz cyfrowy), dzięki czemu urządzenie pewnie pracuje w środowisku przemysłowym.
Urządzenie umożliwia podłączenie dwóch sygnałów sterujących: załączenie sprzęgła (z jednoczesnym wyłączeniem hamulca), załączenie hamulca (z jednoczesnym wyłączeniem sprzęgła). Sygnały sterujące powinny mieć napięcie 24 VDC. Istnieje również możliwość doprowadzenia sygnałów sterujących stykowych (na przykład z przekaźników) dzięki dostępnemu napięciu 24 VDC, wyprowadzonemu na listwę podłączeniową naszego urządzenia, pochodzącemu z wewnętrznego zasilacza.
Tranzystorowy układ elektroniczny z forsowaniem i rozmagnesowywaniem sterujący elektrosprzęgłem i elektrohamulcem – sterowanie sygnałami napięciowymi, na przykład ze sterownika programowalnego (PLC)
Tranzystorowy układ elektroniczny z forsowaniem i rozmagnesowywaniem sterujący elektrosprzęgłem i elektrohamulcem – sterowanie sygnałami stykowymi, na przykład przy użyciu przekaźników
Na poniżej zamieszczonym ideowym przebiegu czasowym zaprezentowano kształt prądu, który płynął w obwodzie cewki elektrosprzęgła oraz cewki elektrohamulca w układzie z funkcją forsowania oraz rozmagnesowywania. Tuż po załączeniu sprzęgła ma miejsce forsowanie, które polega na tym, że na zaciski cewki przykładane jest napięcie o wysokiej wartości, co wymusza przepływ prądu o większym natężeniu. Dzięki forsowaniu sprzęgło reaguje i załącza dużo szybciej. Następnie wartość napięcia, a w konsekwencji wartość prądu, spadają do niższego poziomu, pozwalającego na to, aby sprzęgło pozostało nadal załączone, ale bez niebezpieczeństwa uszkodzenia cewki. W momencie wyłączania elektrosprzęgła następuje rozmagnesowywanie, polegające na przyłożeniu do zacisków cewki elektrosprzęgła napięcia o ujemnej wartości. Dzięki rozmagnesowywaniu sprzęgło reaguje i rozłącza dużo szybciej. W podobny sposób zrealizowane zostało sterowanie hamulcem.
Tranzystorowy układ elektroniczny z forsowaniem i rozmagnesowywaniem sterujący elektrosprzęgłem i elektrohamulcem – ideowe przebiegi prądowe (S – sygnał impulsowy załączający sprzęgło, H – sygnał impulsowy załączający hamulec, IS – prąd sprzęgła, IH – prąd hamulca). Dzięki forsowaniu i rozmagnesowywaniu sprzęgło oraz hamulec są załączane i rozłączane bardzo szybko i z wysoką powtarzalnością
Na poniżej zamieszczonym ideowym przebiegu czasowym zaprezentowano kształt prądu, który płynął w obwodzie cewki elektrosprzęgła oraz cewki elektrohamulca w układzie bez forsowania i bez rozmagnesowywania. Powolne narastanie i opadanie wartości natężenia prądu przekłada się na powolne załączanie i rozłączanie sprzęgła oraz hamulca. Wolno załączające sprzęgło, z niską powtarzalnością czasu załączenia, skutkuje tym, że otrzymywane odcinki uciętego materiału mają znacznie różniące się od siebie długości. Problem ten w dużym stopniu rozwiązuje układ z funkcją forsowania i rozmagnesowywania sprzęgła oraz hamulca.
Tranzystorowy układ elektroniczny z forsowaniem i rozmagnesowywaniem sterujący elektrosprzęgłem i elektrohamulcem – ideowe przebiegi prądowe (S – sygnał impulsowy załączający sprzęgło, H – sygnał impulsowy załączający hamulec, IS – prąd sprzęgła, IH – prąd hamulca). Brak forsowania i brak rozmagnesowywania powodują, że sprzęgło i hamulec są załączane i rozłączane wolno, za każdym razem w znacząco innym czasie
Urządzenie posiada cyfrowy układ sterowania zrealizowany w oparciu o mikrokontroler. Czasy rozmagnesowywania sprzęgła i hamulca nastawia się za pomocą mikroprzełączników, w typowym zakresie od 0 do 315 milisekund z rozdzielczością 5 milisekund. Na płytkach drukowanych znajduje się szereg kontrolek, które informują o stanie urządzenia, pracy zasilacza układu sterującego, stanach wejść sterujących sprzęgłem i hamulcem, stanach wyjść na tranzystory IGBT obwodu siłowego (załączenie elektrosprzęgła z forsowaniem, rozmagnesowywanie elektrosprzęgła, załączenie elektrohamulca z forsowaniem, rozmagnesowywanie elektrohamulca).
Zaprezentowane urządzenie sprawdza się w ciągarkach przeznaczonych do produkcji drutu ciągnionego bądź rur. W maszynach tych latająca gilotyna bądź piła są zesprzęglane w momencie cięcia z napędami głównymi. Następnie urządzenie tnące przesuwa się synchronicznie z obrabianym materiałem. Dzięki forsowaniu, sprzęgło łączy szybko, w powtarzalnym czasie, co przekłada się na to, że ucięte odcinki materiału mają o wiele bardziej równe długości niż wtedy, kiedy forsowania nie było. Zanim został przez nas wdrożony układ sterowania sprzęgłem i hamulcem z forsowaniem i rozmagnesowywaniem, w zakładach borykano się z tym, że długości ucinanych odcinków materiału różniły się między sobą nawet o kilka centymetrów. Montaż stworzonego przez nas urządzenia wyeliminował ten problem.
Przeprowadziliśmy test przy okazji wdrażania naszego układu sterowania elektrosprzęgłem i elektrohamulcem w ciągarce do drutu. Na poniżej zamieszczonej fotografii widoczne są końce prętów, które zostały ucięte przy nieaktywnym forsowaniu (prawa strona fotografii) oraz przy włączonym forsowaniu (lewa strona fotografii). Układ elektroniczny sterujący elektrosprzęgłem z funkcją forsowaniem zapewnia dużo bardziej równe odcinki prętów niż stary układ bez funkcji forsowania.
Pręty ucięte przy aktywnym forsowaniu (po lewej), pręty ucięte przy wyłączonym forsowaniu (po prawej)
W maszynach przemysłowych, które posiadają elektrosprzęgło i ewentualnie elektrohamulec, można wykonać modernizację polegającą na wykonaniu, montażu i uruchomieniu układu elektronicznego z funkcją forsowania i rozmagnesowywania sprzęgła i hamulca. Wdrożenie zaprezentowanego przez nas urządzenia poprawi precyzję uzyskiwanych wyrobów.
System sterowania ciągarką do drutu (z nożycą nadążną z elektrosprzęgłem), film
Inne materiały:
http://www.pawlak-automatyka.pl/realizacje#ciagarka-schumag
http://www.pawlak-automatyka.pl/blog/tyrystory-metody-diagnostyki-i-zabezpieczenia/