Dacă ați stat vreodată lângă o mașină de frezat CNC de mare viteză sau un strung de precizie care fredonează printr-o tăietură complexă, probabil v-ați întrebat cum fiecare parte a procesului se aliniază atât de perfect. Una dintre cele mai frecvente întrebări pe care le primesc de la constructorii de mașini-unelte, tehnicienii de întreținere și managerii de producție este aceasta: poate un VFD pentru axul mașinii-unelte să comunice cu un PLC? În calitate de furnizor al acestor acționări specializate, lucrez cu aceste componente în fiecare zi, iar răspunsul scurt este da, dar există multe lucruri pentru a face această comunicare fiabilă, motiv pentru care este o parte atât de esențială a performanței mașinilor-unelte moderne.
Să începem cu ceea ce face fiecare dintre aceste părți, pentru a pregăti scena. Un VFD (variator de frecvență) pentru axul unei mașini-unelte nu este același cu VFD pe care l-ați putea folosi pentru un transportor sau ventilator de bază. Este construit pentru a face față cerințelor extreme ale prelucrării: viteze mari care pot depăși 20.000 RPM, control precis al cuplului pentru tăieri grele și reglare strictă a vitezei pentru a evita uzura sculei sau defecte ale pieselor. Un PLC (controller logic programabil), pe de altă parte, este „creierul” mașinii – rulează programul care îi spune mașinii când să miște axele, să schimbe uneltele, să ajusteze vitezele de avans și, da, să controleze axul. Pentru ca cei doi să lucreze împreună, trebuie să „vorbească” unul cu celălalt în mod constant, indiferent cât de solicitant devine procesul de prelucrare.
Când am început în această industrie, multe VFD-uri cu ax funcționau pe semnale simple de pornire/oprire sau tensiune analogică care îi spunea axului să accelereze sau să încetinească. Acest lucru a funcționat pentru aplicații de bază, dar dacă trebuia să ajustați viteza de tăiere la mijloc, să sincronizați viteza axului cu viteza de avans pentru un fir sau să obțineți date în timp real despre temperatura sau sarcina axului, semnalele analogice pur și simplu nu erau suficiente. Analogul poate fi predispus la zgomot electric de la alte componente ale mașinii, ceea ce duce la o viteză inconsecventă sau chiar la mesaje de eroare care închid mașina la mijlocul lucrării. Acolo intervin protocoalele de comunicații digitale și acolo se întâmplă adevărata magie atunci când un VFD și un PLC se conectează.
Există mai multe protocoale comune utilizate în aplicațiile pentru mașini-unelte astăzi și nu toate VFD-urile le acceptă. În calitate de furnizor, mă asigur că VFD-ul pentru axul mașinii-unelte pe care îl oferim funcționează cu cele mai utilizate standarde de comunicare PLC, inclusiv PROFINET, Modbus RTU/TCP și Ethernet/IP. Aceste protocoale permit PLC-ului să trimită mai mult decât o comandă de viteză – ele pot spune axului să modifice viteza de la 1000 RPM la 15.000 RPM în milisecunde, să ajusteze cuplul în funcție de materialul tăiat și să extragă date în timp real, cum ar fi sarcina axului, temperatura sau codurile de alarmă. De exemplu, dacă o freză începe să se uzeze pe o durată lungă, PLC-ul poate comunica acest lucru arborelui VFD pentru a regla ușor viteza pentru a compensa, menținând calitatea piesei constantă fără a opri producția.
Să vorbim despre cum funcționează acest lucru într-o configurație de mașini-unelte din lumea reală. Anul trecut, un client care construiește centre de prelucrare a aluminiului de înaltă precizie a contactat pentru că vechiul lor VFD cu ax nu comunica fiabil cu noul lor PLC, ceea ce a dus la piese deseuri frecvente și timpi de nefuncționare. Vechea lor unitate folosea doar semnale analogice, iar instalația lor avea în funcțiune o mulțime de alte mașini care au cauzat interferențe electrice, ceea ce a făcut ca semnalele de viteză să treacă. Am recomandat un VFD pentru axul mașinii-unelte care acceptă PROFINET, un protocol conceput pentru automatizarea industrială, deoarece este mai imun la zgomot și are un transfer de date mai rapid. Odată ce am schimbat vechiul drive și am programat PLC-ul să comunice cu acesta, problema lor a dispărut. Acum, PLC-ul poate regla viteza axului în sincronizare cu mișcarea axei, reducând timpul ciclului cu 12% și tăind piesele reziduale cu 8%. Acesta este genul de diferență pe care o face o bună comunicare.
Un alt lucru de luat în considerare este compatibilitatea. Nu toate PLC-urile funcționează cu fiecare protocol de comunicare VFD, așa că este important să le verificați pe ambele înainte de a face o achiziție. De exemplu, dacă fabrica dvs. utilizează PLC-uri Allen-Bradley, alegerea unui VFD care acceptă Ethernet/IP va face integrarea mult mai simplă, deoarece acestea sunt proiectate să funcționeze împreună fără probleme. Aici strălucesc și unitățile specializate, cum ar fi invertorul nostru de frecvență CNC de 380 V, acestea sunt pre-configurate pentru a funcționa cu PLC-uri obișnuite, astfel încât să nu trebuie să petreceți săptămâni pentru a depana problemele de comunicare în timpul instalării. Am văzut clienți care pierd mii de dolari pentru că și-au cumpărat un VFD care funcționează doar cu un protocol proprietar, iar PLC-ul lor nu este compatibil. A-ți acorda timp pentru a potrivi protocoalele în avans salvează multe dureri de cap mai târziu.
Precizia este totul în mașini-unelte și aici comunicația digitală iese cu adevărat în evidență față de vechile metode analogice. Cu analog, semnalul de viteză este de obicei un semnal 0-10V sau 4-20mA, ceea ce înseamnă că viteza poate varia ușor în funcție de căderile de tensiune sau de zgomot. Cu un protocol digital, datele sunt trimise ca cod binar, deci este aproape imposibil ca interferența electrică să modifice comanda reală. Asta înseamnă că axul va funcționa la exact 10.000 RPM atunci când PLC-ul îi spune, nici mai mult, nici mai puțin. Pentru aplicații precum turnarea sub presiune sau fabricarea matrițelor, unde chiar și o variație de 1% a vitezei poate distruge o piesă, acest nivel de precizie nu este negociabil.
De asemenea, sunt întrebat dacă această comunicare este bidirecțională și acesta este un punct cheie. Mulți oameni cred că PLC-ul trimite comenzi către VFD, dar VFD-ul poate trimite și date înapoi către PLC. Aceasta se numește „monitorizarea stării dispozitivului” și este un beneficiu imens pentru întreținere și productivitate. De exemplu, dacă axul devine prea fierbinte din cauza unui rulment uzat, VFD-ul poate trimite un semnal de avertizare înapoi către PLC, care poate fie încetini axul pentru a-l răci, fie avertizează operatorul să programeze întreținerea înainte de o defecțiune catastrofală. Această capacitate de întreținere predictivă reduce timpul de nefuncționare neplanificat, ceea ce este o problemă importantă pentru managerii de producție care caută mereu să crească timpul de funcționare.
Desigur, există câțiva factori care pot afecta comunicarea dintre un VFD și PLC, chiar dacă folosesc același protocol. Cablajul este unul important - mediile industriale au o mulțime de interferențe electromagnetice (EMI) de la motoare, sudori și alte echipamente, așa că este important să folosiți cabluri Ethernet ecranate și să le țineți departe de cablurile de alimentare. Dacă cablajul este rulat prea aproape de liniile de înaltă tensiune, semnalul poate fi distorsionat, ceea ce duce la erori de comunicare. Un alt factor este programarea PLC - dacă instrucțiunile pentru trimiterea comenzilor de viteză sau citirea datelor nu sunt configurate corect, nici cel mai bun VFD și cel mai bun protocol nu vor funcționa. De aceea este valoros lucrul cu un furnizor care oferă suport pentru configurare și programare; ajutăm clienții să se asigure că comunicarea este configurată corect de la început.
Să abordăm și o concepție greșită comună: unii oameni cred că, deoarece VFD-urile și PLC-urile sunt fabricate de diferiți producători, nu pot comunica. Deși este adevărat că unele protocoale proprietare limitează compatibilitatea, cele mai comune protocoale industriale sunt standarde deschise, ceea ce înseamnă că orice producător poate construi un dispozitiv care le acceptă. De aceea este atât de important să alegeți un VFD care utilizează protocoale deschise, precum cele pe care le oferim. Echipa noastră lucrează cu clienții pentru a confirma compatibilitatea cu modelele lor specifice de PLC, astfel încât aceștia să nu-și facă griji în legătură cu problemele.
Pentru atelierele de mașini mai mici, ați putea crede că acest nivel de comunicare este exagerat, dar chiar și pentru mori sau strunguri CNC mai mici, beneficiile se adună. Un mic magazin cu care am lucrat anul trecut rula piese personalizate pentru producătorii locali, iar configurația lor veche folosea un simplu comutator de pornire/oprire pentru ax, așa că a trebuit să ajusteze manual viteza rotind un potențiometru pe unitate. Trecând la un VFD pentru axul mașinii-unelte, care comunică cu un PLC mic, aceștia pot stoca acum mai multe profile de viteză pentru diferite materiale - cum ar fi aluminiu vs. oțel - astfel încât să nu fie nevoiți să ajusteze antrenarea de fiecare dată când schimbă locul de muncă. Acest lucru le-a redus timpul de schimbare a sarcinii cu 20 de minute pe o parte, ceea ce a adus economii de sute de dolari pe lună.
Acum, dacă sunteți în căutarea unui nou VFD pentru axul mașinii dvs.-unelte sau doriți să vă actualizați configurația actuală pentru a îmbunătăți comunicarea cu PLC-ul dvs., este important să căutați o unitate care să fie construită special pentru mașini-unelte, nu doar un VFD de uz general. VFD-urile de uz general ar putea funcționa pentru ventilatoare sau pompe, dar nu au capacitatea de reglare a vitezei sau de comunicare necesare pentru prelucrarea de precizie. VFD-urile specializate pentru ax, cum ar fi invertorul nostru de frecvență CNC de 380 V, sunt proiectate pentru a face față sarcinilor dinamice ridicate ale prelucrarii, să suporte protocoalele de comunicare necesare și să se integreze perfect cu PLC-urile.
Dacă v-ați săturat de erori de comunicare, viteze inconsecvente ale axului sau timpi neplanificați din cauza unei integrări slabe între VFD și PLC, este timpul să faceți o schimbare. Am ajutat sute de constructori și operatori de mașini-unelte să își facă sistemele să vorbească în mod fiabil și vă putem ajuta și pe dvs. Indiferent dacă lucrați la o nouă construcție a mașinii sau la modernizarea unei configurații existente, echipa noastră vă poate ghida în alegerea VFD-ului potrivit pentru axul mașinii-unelte care se potrivește cu PLC-ul dvs., configurați protocolul de comunicare și vă poate oferi asistență la fiecare pas. Contactați-ne astăzi pentru a afla mai multe despre soluțiile noastre și despre cum vă putem îmbunătăți performanța mașinii-unelte.
Referințe
- „Protocoale de comunicare industrială pentru aplicații de mașini-unelte”, IEEE Transactions on Industrial Informatics, Vol. 17, nr. 3, 2021
- „Acționări cu frecvență variabilă pentru prelucrarea de precizie: compatibilitate și performanță”, știință și tehnologie de prelucrare, voi. 25, nr. 4, 2022
- „Integrarea PLC și acționării axului: cele mai bune practici pentru automatizarea industrială”, Industrial Automation Magazine, Q2 2023
- „Compatibilitate electromagnetică în comunicarea unităților industriale”, Journal of Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 22, nr. 2, 2022