ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6434| Title: | Дослідження компонентів автоматизованої системи перемотування плівки |
| Authors: | Зубко, Ігор Анатолійович Семененко, Даниїл Анатолійович |
| Issue Date: | Jan-2025 |
| Abstract: | У процесі виконання кваліфікаційної роботи було досягнуто поставлених цілей і вирішено низку завдань, спрямованих на вдосконалення автоматизованої системи управління для верстата з перемотування плівки. Дослідження включало аналіз сучасних підходів, розробку технічних рішень та їх реалізацію на практиці: Проведено ґрунтовний аналіз існуючих АСУ, що дозволило виявити сучасні тенденції розвитку в цій галузі. Розроблено нову конструкцію верстата, яка враховує специфічні вимоги сучасних виробничих підприємств. Виконано детальне проектування системи управління із застосуванням середовища програмування WinLadderPro. Створені алгоритми управління не тільки забезпечують високу точність і стабільність роботи, але й дозволяють легко адаптувати систему до різних типів плівки, що розширює функціональні можливості верстата. У ході тестування було оцінено ефективність впроваджених рішень. Розроблена система управління має високу гнучкість та адаптивність, що дозволяє використовувати її в умовах динамічних змін виробничих параметрів. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6434 |
| Appears in Collections: | 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| М_174_2024_Семененко.pdf Restricted Access | 5.52 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи освітнього ступеню «магістр» на тему: Дослідження компонентів автоматизованої системи перемотування плівки Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи МАКІТ-2309 спеціальності 174 Автоматизація, комп’ютерно-інтегровані технології та робототехніка (освітня програма «Автоматизація та комп’ютерно- інтегровані системи та компоненти») Даниїл СЕМЕНЕНКО (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Керівник Ігор ЗУБКО (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Рецензент (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Черкаси 2024 року 2 ЗМІСТ СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ .............................................. 3 ВСТУП .............................................................................................................................. 4 1 АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ ............................................................................ 9 1.1. АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ................................................ 9 1.2. КЛАСИФІКАЦІЯ АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ ..............11 1.3. СУЧАСНІ ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ ................................................................................................................ 13 1.4. ОПИС ІСНУЮЧИХ МАШИН ДЛЯ ПЕРЕМОТКИ ПЛІВКИ ........................... 15 1.5. ПОРІВНЯННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ МОЖЛИВОСТЕЙ ................................ 23 1.6. ВИКОРИСТОВУВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА КОМПОНЕНТИ .............................. 26 1.7. АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ОБЛАДНАННЯ ОСНОВНИХ ВИРОБНИКІВ У СФЕРІ АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ ПЕРЕМОТУВАННЯ ПЛІВКИ ............ 29 1.8. ПОРІВНЯННЯ ПРИСТРОЮ З АНАЛОГАМИ ЗА КЛЮЧОВИМИ ПАРАМЕТРАМИ ........................................................................................................... 42 2 КОНСТРУКЦІЯ ТА ПРИНЦИП РОБОТИ ПЕРЕМОТУВАЛЬНОГО ВЕРСТАТА ......................................................................................................................................... 48 2.1. ПРОЕКТУВАННЯ ТА РОЗРОБКА БАЗОВОЇ КОНСТРУКЦІЇ ......................... 49 2.2. ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ КОНСТРУКЦІЇ ............................................................. 50 2.3. РОЛЬ МІКРОКОНТРОЛЕРА В УПРАВЛІННІ .................................................... 53 3 ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА .......................................................................................... 56 3.1. ПРОЦЕС ВИГОТОВЛЕННЯ ТА СКЛАДАННЯ ВЕРСТАТА ........................... 56 3.2. СЕРЕДОВИЩА ПРОГРАМУВАННЯ ДЛЯ МІКРОКОНТРОЛЕРІВ ................ 65 3.3. ЕТАПИ СТВОРЕННЯ ПРОГРАМИ ДЛЯ ПЛК У WINLADDERPRO .............. 69 3.4. ОПИС ПРОГРАМИ ДЛЯ ПЛК .............................................................................. 71 ВИСНОВКИ ................................................................................................................... 87 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ..................................................................... 89 3 СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ АСУ – Автоматизована система управління ПЛК – Програмований логічний контролер HMI – Панель людино-машинного інтерфейсу (Human-Machine Interface) ERP – Система управління ресурсами підприємства (Enterprise Resource Planning) MES – Система управління виробництвом (Manufacturing Execution System) IoT – Інтернет речей (Internet of Things) PE – Поліетилен PVC – Полівінілхлорид PET – Поліетилентерефталат FBD – Функціональний блок-схемний діаграмний метод програмування (Functional Block Diagram) ST – Структурований текст (Structured Text) 4 ВСТУП У сучасних умовах розвитку промисловості автоматизація технологічних процесів займає провідне місце серед основних напрямків підвищення продуктивності та ефективності виробництва. Сучасні промислові підприємства стикаються з постійно зростаючими вимогами до швидкості, якості та адаптивності обладнання. Застосування автоматизованих систем управління, що базуються на мікроконтролерах і програмованих логічних контролерах (ПЛК), дозволяє зменшити обсяги ручної праці, підвищити точність операцій та забезпечити стабільність роботи обладнання. Верстати для перемотування плівки є невід'ємною частиною багатьох виробничих процесів, таких як виготовлення пакувальних матеріалів, виробництво полімерних плівок і гнучкої упаковки. Ці машини повинні відповідати вимогам щодо високої продуктивності, надійності та економічності експлуатації, що робить їхній розвиток і модернізацію особливо актуальними. Удосконалення таких верстатів передбачає не лише впровадження сучасних апаратних засобів, а й розробку адаптивних алгоритмів управління, здатних забезпечити високу ефективність у різних умовах експлуатації. Мета і завдання дослідження Мета даної кваліфікаційної роботи полягає у всебічному розробленні та вдосконаленні верстата для забезпечення його ефективної та надійної роботи. Розроблено базову конструкцію верстата і впроваджено нові технічні напрацювання, що включають модернізацію програмного забезпечення та інтеграцію сучасних технологій. Поставлено мету підвищення продуктивності та автоматизації процесів відповідно до сучасних вимог до промислового обладнання. Для досягнення поставленої мети потрібно вирішити наступні завдання: 5 • Провести аналіз існуючих систем управління для перемотування плівки та визначити основні недоліки й переваги рішень, які застосовуються на ринку. • Оцінити економічну доцільність та ефективність розробленої системи у реальних виробничих умовах. • Розробити алгоритми управління, які забезпечують точність роботи верстата та можливість адаптації до різних типів плівки. • Забезпечити можливість швидкої заміни ключових компонентів обладнання, що зменшує витрати на технічне обслуговування. Об'єкт дослідження – технологічний процес автоматизованого управління верстатом для перемотування плівки. Предмет дослідження – процеси розробки, модернізації та програмного забезпечення, що забезпечують підвищення продуктивності та надійності роботи верстату. Методи дослідження – для досягнення поставлених цілей і вирішення задач дослідження було використано комплексний підхід, що включав аналітичні, експериментальні та прикладні методи. Нижче наведено основні методи дослідження, які застосовувалися у роботі: • Аналітичний огляд. Проведено аналіз літературних джерел, технічної документації та існуючих рішень у сфері автоматизації. Це дозволило визначити ключові напрями вдосконалення систем управління та сформулювати базові вимоги до розроблюваної системи. • Проектування. Розроблено концепцію системи управління, що враховує потреби сучасних виробничих процесів. Визначено основні алгоритми роботи, які забезпечують стабільність, точність і гнучкість налаштувань. • Моделювання. Проведено симуляцію роботи системи в різних умовах, що дозволило оцінити її функціональні можливості, адаптивність до змін параметрів і потенційну ефективність. 6 • Експериментальні дослідження. Проведено тестування запропонованих рішень для оцінки їхньої відповідності поставленим вимогам, включаючи надійність і точність виконання операцій. • Аналіз результатів. Обробка отриманих даних дозволила визначити ефективність розроблених підходів та виявити напрями для подальшого вдосконалення системи. Наукова новизна одержаних результатів. У процесі виконання роботи було отримано результати, що мають наукову та практичну цінність: • Розроблено вдосконалені алгоритми управління, які забезпечують стабільність і точність виконання виробничих операцій у змінних умовах. • Запропоновано підхід до побудови гнучких систем управління, які легко адаптуються до різних умов експлуатації та виробничих потреб. • Визначено методи оптимізації процесів автоматизованого управління для підвищення надійності системи та зменшення експлуатаційних витрат. Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність роботи полягає у впровадженні результатів дослідження у промислову практику: • Гнучкість. Розроблена система управління адаптується до змін виробничих умов і дозволяє працювати з різними типами матеріалів, забезпечуючи високу ефективність технологічних процесів. • Економічність. Використання розроблених рішень знижує витрати на технічне обслуговування та модернізацію, забезпечуючи довговічність системи. • Надійність. Впроваджені алгоритми та підходи дозволяють мінімізувати ризик збоїв у роботі та забезпечують стабільність процесів. Отримані результати можуть бути використані у різних виробничих галузях для підвищення ефективності автоматизованих систем управління. 7 Особистий внесок студента. Теоретичні результати дослідження, що виносяться на захист, отримані автором особисто. Проведено аналіз продукції провідних виробників верстатів на ринку, виконано порівняння їхніх технічних характеристик, функціональних можливостей та переваг. Практичні аспекти роботи реалізовані за участю автора спільно з колективом співробітників. Кваліфікаційна робота присвячена повному циклу розробки та вдосконалення верстата, що включає як створення його базової конструкції, так і модернізацію існуючої апаратної бази шляхом розробки нових програмних засобів. Сворено сучасний, ефективний і надійний верстат, що відповідає всім вимогам сучасного виробництва. Апробація результатів. Основні положення кваліфікаційної роботи були представлені та обговорені на «V Міжнародній науково-практичній конференції» (18–19 квітня 2024 року, м. Черкаси, Україна). Результати викликали зацікавлення серед фахівців у галузі автоматизації технологічних процесів і отримали схвальні відгуки. Публікації. За матеріалами кваліфікаційної роботи магістра опубліковано: Система дистанційного управління верстата для перемотування плівки / О. Нечипоренко, Ю. Нетахата, Д. Семененко // Матеріали 1-ї Міжнародної науково-практичної конференції «Інформаційні системи та технології: результати і перспективи» (IST 2024), 6 березня 2024 р. (Київ, Україна). К.: ФІТ КНУТШ, 2024 р. – С. 191-194. Розробка блоку управління системами верстата DECKEL MAHO DC 50 V / О. Нечипоренко, Ю. Нетахата, Д. Семененко // Інформаційні моделюючі технології, системи та комплекси (ІМТСК-2024): V міжнародна науково- практична конференція. 18-19 квітня 2024 р., Черкаси, Україна. – Черкаси: 8 Черкаський національний університет імені Богдана Хмельницького, 2024. – С. 54-55. Автоматизована система контролю виробничого процесу металообробки / О. В. Нечипоренко, Ю. В. Нетахата, Д. А. Семененко // Комп’ютерне моделювання та оптимізація складних систем (КМОСС-2023): матеріали VІІI Міжнародної науково-технічної конференції (м. Дніпро, 1-3 листопада 2023 року); Міністерство освіти і науки України, Державний вищий навчальний заклад «Український державний хіміко-технологічний університет». Дніпро : ДВНЗ УДХТУ, 2023. С. 196-197. Структура і обсяг роботи. Робота складається із вступу, списку умовних скорочень трьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел. Загальний обсяг складає 90 сторінок, із них 82 сторінок основного тексту, 39 рисунків, 4 таблиці. Список використаних джерел містить 35 найменуваннь. 9 1 АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ Перш ніж приступати до створення автоматизованої системи збору та реєстрації технологічних параметрів, необхідно докладно вивчити об'єкти, які виступатимуть як джерела даних. 1.1. Автоматизовані системи управління Автоматизовані системи управління вже давно стали невід'ємною складовою сучасних виробничих процесів. Їх головною метою є забезпечення безперервності, точності та ефективності технологічних процесів шляхом мінімізації участі людини в рутинних та складних операціях. З огляду на стрімкий розвиток промисловості та зростання вимог до якості продукції, АСУ відіграють ключову роль у забезпеченні стабільної роботи підприємств. АСУ базуються на принципі автоматизації процесів, який передбачає застосування технічних засобів для виконання завдань, що раніше вимагали безпосереднього втручання людини. Основними компонентами автоматизованої системи є датчики, які збирають інформацію про стан об'єкта управління; контролери, що обробляють ці дані та формують керуючі сигнали; виконавчі механізми, які виконують відповідні дії; та інтерфейси, які забезпечують взаємодію між різними частинами системи. Така структура дозволяє АСУ працювати в режимі реального часу, що значно підвищує оперативність і точність управління. Залежно від типу технологічного процесу та вимог до його управління, існують різні види автоматизованих систем управління. Наприклад, системи управління реального часу (Real-Time Control Systems, RTCS) здатні забезпечувати негайне реагування на зміни параметрів процесу, що особливо важливо для галузей, де навіть незначні затримки можуть призвести до серйозних наслідків. Такими галузями є авіація, транспорт, оборонна 10 промисловість, а також енергетика, де важливо зберігати баланс між виробництвом та споживанням енергії [2]. Інший тип АСУ – розподілені системи управління (Distributed Control Systems, DCS) – призначений для складних технологічних комплексів, таких як нафтохімічні заводи або електростанції. У таких системах функції управління розподілені між кількома контролерами, які взаємодіють через мережу передачі даних. Це забезпечує високу надійність і гнучкість системи, оскільки збій одного з контролерів не призводить до виходу з ладу всього комплексу [3]. Крім того, такі системи дозволяють легко масштабувати виробництво, додаючи нові компоненти без значних змін у загальній архітектурі системи. ПЛК стали основним засобом автоматизації на багатьох виробничих підприємствах. Вони дозволяють створювати гнучкі та адаптивні системи управління, які можна легко налаштувати або модернізувати відповідно до змін у виробничому процесі. Наприклад, якщо виникає потреба змінити послідовність дій або додати нові етапи в процесі виробництва, програмовані логічні контролери дозволяють це зробити з мінімальними витратами часу та ресурсів. Такі можливості роблять PLC ідеальними для використання в харчовій промисловості, машинобудуванні, а також у легкій промисловості [4]. Окрім цього, автоматизовані системи управління активно використовуються в таких напрямках, як робототехніка, де АСУ дозволяють створювати системи керування роботами, що виконують високоточні операції. Це відкриває нові можливості для автоматизації виробництва, знижуючи людський фактор і підвищуючи якість кінцевого продукту. Наприклад, у автомобільній промисловості роботи, керовані АСУ, займаються зварюванням, фарбуванням та складанням автомобілів, що забезпечує високу якість продукції та знижує виробничі витрати [5]. Загалом, автоматизовані системи управління забезпечують високий рівень надійності, гнучкості та ефективності виробничих процесів, що є 11 ключовими факторами в умовах сучасного ринку. Їх впровадження дозволяє підприємствам підвищити продуктивність, знизити виробничі витрати та забезпечити високу якість продукції. 1.2. Класифікація автоматизованих систем управління 1.2.1. За рівнем автоматизації В залежності від рівня автоматизації, АСУ можна поділити на наступні групи: • Локальні системи управління – системи призначені для автоматизації окремих елементів або вузлів технологічного процесу. Наприклад, локальна АСУ може забезпечувати автоматичне регулювання температури в окремій ділянці виробничої лінії. Такі системи зазвичай використовують прості регулятори або програмовані логічні контролери і мають обмежений функціонал [6]. • Системи групового управління – АСУ забезпечує автоматизацію декількох технологічних вузлів або етапів виробничого процесу, що дозволяє здійснювати управління не лише окремими елементами, але й цілими групами обладнання. Наприклад, система групового управління може забезпечувати автоматичний контроль та координацію роботи кількох насосів у хімічному процесі [7]. • Централізовані системи управління – АСУ здійснюють управління всім виробничим процесом або значною його частиною. Вони інтегрують в собі управління різними аспектами процесу, такими як контроль температури, тиску, швидкості руху, складу сумішей тощо. Такі системи використовують потужні контролери і сервери, що дозволяють здійснювати обробку великих обсягів даних в реальному часі [8]. 12 1.2.2. За способом організації управління Автоматизовані системи управління також можуть бути класифіковані за способом організації управління на: • Централізовані системи управління – управління всім процесом здійснюється з одного централізованого пункту керування. Такий підхід дозволяє зосередити всю інформацію та контроль в одному місці, що полегшує управління складними технологічними процесами. Однак, централізовані системи мають і певні недоліки, такі як залежність від основного контролера, що може призвести до серйозних збоїв у разі його відмови [9]. • Розподілені системи управління (DCS) – функції управління розподіляються між кількома автономними контролерами, які взаємодіють між собою через мережу. Це забезпечує вищу надійність і гнучкість системи, оскільки вихід з ладу одного з контролерів не призводить до зупинки всього процесу. Розподілені системи також дозволяють легше здійснювати масштабування та модернізацію виробничих процесів [10]. 1.2.3. За функціональними можливостями Автоматизовані системи управління можуть бути класифіковані за їх функціональними можливостями: • Системи автоматичного регулювання - системи здійснюють підтримку заданих параметрів технологічного процесу на певному рівні шляхом автоматичного регулювання відповідних змінних. Наприклад, система автоматичного регулювання температури може забезпечувати стабільність температури в процесі хімічної реакції [11]. • Системи керування логікою і послідовністю: ці АСУ відповідають за виконання послідовних операцій в певному порядку, що особливо важливо для виробничих ліній, де послідовність дій має критичне значення. Такі системи 13 широко використовуються в автоматизованому складанні, пакуванні та інших виробничих процесах [12]. • Інтелектуальні системи управління: ці системи використовують методи штучного інтелекту, машинного навчання та аналізу даних для оптимізації управління технологічними процесами. Вони можуть адаптуватися до змін умов виробництва, виявляти аномалії та прогнозувати можливі збої. Інтелектуальні АСУ активно розвиваються в таких галузях, як робототехніка, енергетика та транспорт [13]. Класифікація автоматизованих систем управління дозволяє більш детально розглядати їхні характеристики, функціональні можливості та сфери застосування, що є важливим етапом у розробці та впровадженні АСУ на конкретних підприємствах. 1.3. Сучасні тенденції розвитку автоматизованих систем управління Автоматизовані системи управління (АСУ) зазнали значних змін упродовж останніх десятиліть, що стало наслідком стрімкого розвитку інформаційних технологій, мікроелектроніки та телекомунікацій. Ці зміни не лише відображають нові можливості в галузі промисловості, а й відкривають перспективи для підвищення ефективності та конкурентоспроможності підприємств. Одним із ключових напрямів у розвитку АСУ є їх цифровізація, яка дозволяє забезпечити гнучкість та адаптивність виробничих процесів. У сучасних умовах бізнесу важливим є здатність швидко реагувати на зміни на ринку, оптимізувати виробничі цикли та скорочувати час на розробку нових продуктів. Цифровізація, зокрема, включає перехід від традиційних аналогових систем до цифрових, що забезпечує вищу точність, надійність і можливість інтеграції з іншими системами на підприємстві. Індустрія 4.0 є концепцією, яка найбільш повно відображає сучасні тенденції у розвитку АСУ. Це нова парадигма, яка об'єднує в собі автоматизацію, цифрові технології та використання великих даних для створення розумних фабрик. Завдяки Індустрії 4.0, виробничі процеси стають 14 більш гнучкими, а виробництво – більш індивідуалізованим, що дозволяє задовольняти потреби споживачів з урахуванням їх індивідуальних вимог. Впровадження IoT дозволяє підвищити рівень автоматизації, забезпечити безперервний моніторинг виробничих процесів і здійснювати управління ними в режимі реального часу. Це сприяє зниженню ризиків і втрат, пов'язаних з відмовами обладнання, та підвищенню ефективності використання ресурсів. Ще однією важливою складовою сучасних АСУ є штучний інтелект (ШІ), який дозволяє автоматизованим системам не лише виконувати запрограмовані дії, але й навчатися на основі отриманих даних. Використання алгоритмів машинного навчання у виробничих процесах відкриває нові можливості для прогнозування, оптимізації та адаптації систем до змінних умов. Наприклад, ШІ може прогнозувати майбутні потреби у ресурсах, оптимізувати роботу обладнання з метою зниження енергоспоживання, а також виявляти аномалії в роботі системи, що може бути ознакою майбутніх збоїв. Великі дані (Big Data) також відіграють ключову роль у сучасних АСУ. Аналіз великих обсягів інформації, що генерується під час роботи виробничих систем, дозволяє приймати обґрунтовані управлінські рішення на основі статистичних моделей і алгоритмів прогнозування. Це особливо актуально в умовах зростаючої складності та варіативності виробничих процесів. Наприклад, аналіз даних може виявляти приховані закономірності та залежності, що дозволяє значно покращити якість продукції та знизити кількість дефектів. Хмарні обчислення стали ще одним важливим кроком у розвитку АСУ. Використання хмарних технологій дозволяє зберігати та обробляти великі обсяги даних, не вкладаючи значних коштів у власну інфраструктуру. Це дозволяє підприємствам значно зменшити витрати, прискорити процес впровадження нових технологій і забезпечити безперервність виробничих процесів. Крім того, хмарні технології надають можливість гнучкого управління ресурсами і масштабування виробництва в залежності від потреб ринку. Забезпечення кібербезпеки є ще одним важливим аспектом у розвитку сучасних АСУ. Оскільки все більше виробничих процесів інтегруються з інформаційними мережами, зростає ризик кіберзагроз, які можуть негативно 15 вплинути на роботу автоматизованих систем. Тому розробка та впровадження надійних механізмів захисту інформації стає пріоритетним завданням для підприємств, що використовують АСУ. Сучасні рішення включають використання криптографії, систем виявлення вторгнень, а також інших інструментів для забезпечення захисту даних та безпеки виробничих процесів. Останнім часом все більшу увагу приділяють питанням екологічної відповідальності та енергоефективності у розробці АСУ. З огляду на зростаючий тиск з боку екологічних норм і вимог, підприємства змушені шукати шляхи зниження енергоспоживання та мінімізації викидів шкідливих речовин у навколишнє середовище. Це включає використання відновлюваних джерел енергії, підвищення ефективності виробничих процесів та впровадження нових технологій, що дозволяють зменшити негативний вплив на довкілля. У результаті, розвиток автоматизованих систем управління є важливим кроком на шляху до створення більш ефективних, надійних і екологічно безпечних виробничих процесів. Сучасні технології, такі як цифровізація, Індустрія 4.0, Інтернет речей, штучний інтелект, великі дані, хмарні обчислення та кібербезпека, відкривають нові можливості для вдосконалення АСУ, підвищення їхньої гнучкості та адаптивності до змінних умов. Ці тенденції сприяють розвитку промисловості і забезпечують її здатність відповідати на виклики сучасного світу. 1.4. Опис існуючих машин для перемотки плівки Процес перемотки плівки є критично важливим етапом виробництва у пакувальній індустрії, оскільки дозволяє формувати рулони з необхідними параметрами для подальшого використання. Різноманіття машин для перемотки плівки можна класифікувати за різними критеріями, включаючи рівень автоматизації, метод намотування, кількість валів, тип оброблюваної плівки та тип приводу. У цьому розділі детально розглянемо основні категорії існуючих машин для перемотки плівки, що допоможе краще зрозуміти їхні можливості та застосування. 16 1.4.1. За рівнем автоматизації 1. Ручні машини для перемотки плівки зазвичай використовуються в умовах низької продуктивності або для спеціалізованих застосувань. Вони вимагають безпосередньої участі оператора для запуску і налаштування процесу перемотки. Такі машини прості у використанні та обслуговуванні, але їх продуктивність обмежена швидкістю роботи оператора. 2. Напівавтоматичний перемотувальний різальний верстат. Одночасно має функції різання та перемотування, просту конструкцію, легку експлуатацію та зручне усунення несправностей. Система управління, як правило, базується на людино-машинному сенсорному інтерфейсі та системі управління ПЛК, сконфігурованій з головним двигуном, перекидним двигуном та набором системи управління перетворювачем частоти. На кінці розмотування використовуйте магнітне порошкове гальмо для контролю крутного моменту для контролю натягу, а функціональні вимоги включають гнучке регулювання часу роботи, швидкості та точне вимірювання лічильника. Ручна заміна паперових сердечників, ручне нарізання, ручне завантаження та розвантаження. Крім того, станції перемотування можуть бути збільшені відповідно до потреб для підвищення ефективності намотування, а співвідношення швидкостей можна змінити, замінивши різні шестерні, щоб розтягнути плівку на різну ширину і товщину, реалізувати функцію попереднього розтягування. 3. Повністю автоматичні перемотувальні машини. В основному перемотують материнські рулони з великим діаметром на кілька готових рулонів з меншим діаметром. Характеристики включають високий ступінь автоматизації, більшу швидкість і вищу ефективність роботи. Оснащений автоматичною подачею паперових трубок, автоматичним вивантаженням, автоматичною зміною валів, автоматичним горизонтальним нарізанням тощо. Разом з конвеєрними стрічками він може синхронно завершити роботу машини та процес пакування готових рулонів. Значно знижуються витрати на робочу 17 силу, навіть одна людина може впоратися з роботою декількох машин. Крім того, гуманізовані функції захисту, такі як автоматичне вимкнення через розрив плівки, вимкнення через відсутність паперового сердечника на затискачі, можуть ефективно усунути загрози безпеці, заощадити споживання енергії та забезпечити безпечну та надійну роботу обладнання. 1.4.2. За методом намотування 1. Центральне намотування є одним із найбільш поширених методів, що застосовується для обробки різних видів плівки. У цьому методі матеріал намотується навколо центральної осі, що дозволяє забезпечити рівномірний розподіл плівки по всій довжині рулона. Основними перевагами цього методу є рівномірний натяг, який завдяки конструкції залишається стабільним протягом усього процесу намотування, що зменшує ризик деформацій, а також висока якість рулонів без дефектів, що є важливим для подальшого використання у пакуванні. Водночас існують певні недоліки, зокрема обмеження за швидкістю, оскільки цей метод може бути менш ефективним при високих швидкостях намотування, особливо для тонких матеріалів. Крім того, центральні вали потребують регулярного обслуговування для підтримання їх у робочому стані. 2. Поверхневе намотування передбачає намотування плівки безпосередньо на зовнішню поверхню рулона, що дає змогу досягати високих швидкостей процесу. Цей метод має ряд переваг, зокрема високу швидкість, яка є важливою для великих обсягів виробництва, а також ефективність у роботі з тонкими матеріалами, які можуть деформуватися при центральному намотуванні. Однак існують і недоліки, серед яких нестабільний натяг, що через особливості конструкції може варіюватися, викликаючи деформації рулона. Крім того, для забезпечення стабільності натягу можуть знадобитися додаткові системи контролю, що підвищує складність процесу. 18 3. Комбіноване центральне-поверхневе намотування поєднує елементи центрального та поверхневого методів, що дозволяє досягати оптимальних результатів при обробці різних типів плівок. Основними перевагами цього методу є його гнучкість, оскільки він підходить для роботи з широким спектром матеріалів, включаючи як тонкі, так і товсті плівки, а також стабільність, яка забезпечується поєднанням характеристик обох способів, що гарантує якість рулонів і рівномірний натяг. Водночас недоліками є складність конструкції таких систем, які можуть бути дорожчими в обслуговуванні, а також вимоги до точних налаштувань і контролю для досягнення найкращих результатів. Вибір методу намотування залежить від ряду факторів, таких як тип плівки, адже різні матеріали потребують різних підходів, обсяги виробництва, оскільки для великих обсягів можуть бути необхідні швидші методи, і якість кінцевого продукту, яка безпосередньо впливає на прийняття рішення. Метод намотування відіграє ключову роль у процесі перемотки, визначаючи ефективність виробництва, якість рулонів і загальну продуктивність. Глибоке розуміння переваг і недоліків кожного методу дозволяє виробникам оптимізувати виробничі процеси та забезпечувати високу якість продукції. 1.4.3. За кількістю валів Кількість валів у машині для перемотки плівки є важливим параметром, оскільки вона визначає продуктивність, гнучкість у налаштуваннях та можливості обробки різних видів плівки. Існують різні конфігурації машин за кількістю валів, і кожна з них має свої унікальні особливості та застосування. 1. Одновальні машини відзначаються простотою конструкції та використання, що робить їх ідеальними для перемотки невеликих обсягів плівки або для випадків, коли висока точність не є критично важливою. Основними перевагами таких машин є простота конструкції, яка забезпечує меншу кількість компонентів, знижуючи ризик поломок і витрати на 19 обслуговування, а також легкість у використанні завдяки простому інтерфейсу і відсутності складних налаштувань. Водночас вони мають певні недоліки, зокрема обмежену продуктивність, оскільки через використання одного валу вони поступаються багатоваловим системам, а також мінімальні можливості для налаштування параметрів процесу перемотки, що може обмежувати їх універсальність. 2. Двовальні машини є більш універсальними у використанні, забезпечуючи можливість обробки більших обсягів плівки з високою точністю. Вони широко застосовуються у галузях, де важлива якість перемотки. Головними перевагами таких машин є вища продуктивність, яку забезпечують два вали, що дозволяють збільшити швидкість і обсяг перемотки, а також гнучкість у налаштуваннях, яка дає змогу коригувати параметри процесу, зокрема натяг плівки та швидкість намотування. Однак ці машини мають і недоліки, серед яких складніша конструкція, що передбачає більшу кількість компонентів і, відповідно, вищі витрати на обслуговування, а також необхідність додаткового навчання операторів для роботи з більш складними системами. 3. Багатобарабанні машини є найсучаснішими і найпродуктивнішими системами для перемотки плівки, які використовуються у великих виробництвах, де необхідна висока швидкість і точність процесу. Їхні основні переваги включають максимальну продуктивність, адже велика кількість валів дозволяє досягти найвищих показників швидкості і обсягів перемотки, а також високий рівень автоматизації, завдяки якому забезпечується точність і стабільність роботи за допомогою передових систем управління. Проте багатобарабанні машини мають свої недоліки, серед яких висока вартість, обумовлена складною конструкцією і рівнем автоматизації, а також підвищені вимоги до технічного обслуговування, оскільки велика кількість компонентів потребує регулярного догляду і високої кваліфікації обслуговуючого персоналу. 20 Вибір оптимальної конфігурації машини залежить від специфіки виробництва. Для малих підприємств з обмеженими обсягами продукції найкраще підходять одновальні машини завдяки їх простоті та економічності. Водночас великі виробництва, де важлива висока продуктивність і точність, виграють від використання багатобарабанних систем. Глибоке розуміння характеристик кожного типу обладнання допомагає виробникам приймати обґрунтовані рішення, оптимізуючи процеси перемотки та забезпечуючи високу якість кінцевого продукту. 1.4.4. За типом оброблюваної плівки Машини для перемотки плівки класифікуються за типом оброблюваного матеріалу, що дозволяє врахувати специфічні характеристики кожного виду плівки та забезпечити оптимальні умови для її обробки: 1. Для поліетиленових (PE) плівок використовуються спеціалізовані машини, які створюють умови для збереження фізичних та хімічних властивостей матеріалу. Вони оснащені системами контролю натягу, які дозволяють уникнути нерівномірного розподілу плівки по рулону, а також температурними регуляторами, що запобігають термічним пошкодженням матеріалу. Це особливо важливо для тонких або чутливих до механічного впливу плівок, які використовуються в упаковці харчових продуктів, фармацевтичній та інших галузях. 2. Машини для полівінілхлоридних (PVC) плівок розроблені для роботи з матеріалами, які відзначаються високою еластичністю та потребують точного контролю натягу під час перемотки. Завдяки використанню передових технологій ці верстати забезпечують рівномірний натяг, що зменшує ризик утворення складок і нерівностей на плівці. Крім того, вони оснащені інструментами для тонкого налаштування параметрів, що дозволяє досягти високої якості кінцевого продукту навіть при високошвидкісній роботі. Такі машини широко застосовуються у виготовленні плівок для будівельних 21 матеріалів, декоративних покриттів і пакувальної продукції, де необхідна естетична досконалість і довговічність. 3. Для поліетилентерефталатних (PET) плівок та інших термопластичних матеріалів використовуються перемотувальні машини, розроблені з урахуванням підвищених вимог до точності і стабільності процесу. PET-плівки мають високу механічну міцність і термостійкість, тому під час перемотки важливо забезпечити однаковий натяг і рівномірне намотування для запобігання утворенню дефектів. У таких верстатах застосовуються передові системи управління, які дозволяють автоматично коригувати натяг залежно від швидкості та діаметра рулону. Це гарантує, що матеріал зберігає свої властивості, такі як прозорість, блиск і стійкість до розриву, що є ключовим для його подальшого використання у виробництві пакувальної плівки, етикеток та електроніки. Кожен тип перемотувальної машини створений для забезпечення високої якості обробки плівки, відповідно до її фізичних і механічних властивостей. Використання правильного обладнання дає змогу оптимізувати виробничі процеси, мінімізувати втрати матеріалу, підвищити продуктивність і забезпечити відповідність продукції найвищим стандартам якості. Завдяки сучасним технологіям, виробники можуть адаптувати процес перемотки до різноманітних вимог, задовольняючи потреби різних галузей промисловості. 1.4.5. За типом приводу Центрально-привідні перемотувальні машини (Center-Driven Winders) характеризуються тим, що намотування матеріалу здійснюється навколо центрального ядра, яке приводиться в рух за допомогою мотора. Така конструкція забезпечує стабільний натяг матеріалу, що є ключовим фактором для отримання високоякісних рулонів. Завдяки рівномірному розподілу плівки по всій довжині рулону, центрально-привідні машини ідеально підходять для роботи з матеріалами, які потребують точного контролю натягу, таких як ламіновані або багатошарові плівки. Це забезпечує високу якість кінцевого 22 продукту, мінімізуючи ризик дефектів, зокрема зморщок чи розшарувань. Подібні системи активно використовуються в пакувальній, текстильній і фармацевтичній промисловості, де необхідна точність і стабільність процесів. Поверхнево-привідні перемотувальні машини (Surface-Driven Winders), у свою чергу, використовують зовнішнє коло або ролики для створення натягу і перемотування матеріалу. Ця технологія розроблена спеціально для обробки тонких або делікатних плівок, які легко піддаються деформації. Поверхнево- привідна конструкція дозволяє звести до мінімуму механічний вплив на матеріал, зберігаючи його фізичні властивості. Крім того, такі машини забезпечують високу швидкість намотування і рівномірний розподіл плівки на рулоні, що робить їх ідеальними для масового виробництва. Завдяки цьому, вони часто застосовуються для обробки полімерних плівок, які використовуються у виробництві харчової упаковки, етикеток і декоративних матеріалів. Кожен з цих типів машин має свої переваги і обмеження, які визначають доцільність їх використання залежно від конкретних умов виробництва. Вибір між центрально-привідними і поверхнево-привідними машинами залежить від типу оброблюваного матеріалу, вимог до продуктивності, а також необхідного рівня якості рулонів. Обидва типи машин є невід'ємною частиною сучасних технологій перемотки, забезпечуючи гнучкість і високу ефективність виробничих процесів. 1.4.6. За швидкістю перемотки Швидкість перемотки є важливим параметром, що впливає на продуктивність машини. Деякі перемотувальні верстати можуть працювати зі швидкістю до 150 метрів за хвилину, що забезпечує високу ефективність виробництва. Висока швидкість перемотки дозволяє значно підвищити обсяги виробництва, однак потребує точного контролю параметрів для запобігання дефектам матеріалу. 23 1.5. Порівняння функціональних можливостей Для порівняння функціональних можливостей різних машин для перемотки плівки доцільно виділити ключові аспекти, що впливають на ефективність та якість роботи обладнання. Розглянемо основні характеристики та функціональні можливості, які відрізняють ручні, напівавтоматичні та повністю автоматичні перемотувальні машини, а також впливають на вибір методу намотування, тип приводу і швидкість роботи. 1.5.1. Рівень автоматизації 1. Ручні машини: • Простота експлуатації та обслуговування: Не вимагають складного налаштування, що дозволяє оператору швидко запускати процес перемотки. • Низька продуктивність: Продуктивність обмежується швидкістю роботи оператора, тому такі машини підходять для малих обсягів виробництва. • Гнучкість у використанні: Використовуються для спеціалізованих або невеликих виробничих завдань, але мають обмежені можливості автоматизації процесу. 2. Напівавтоматичні машини: • Сенсорний інтерфейс та управління ПЛК: Включає систему управління з можливістю налаштування параметрів перемотки, таких як натяг і швидкість. • Вища продуктивність: Завдяки автоматичному контролю натягу та швидкості, ці машини здатні обробляти більші обсяги плівки порівняно з ручними машинами. • Обмежена автоматизація деяких функцій: Наприклад, зміна сердечників та нарізка матеріалу можуть виконуватися вручну, що знижує рівень автоматизації. 3. Повністю автоматичні машини: 24 • Максимальна автоматизація: Підтримують повний автоматичний цикл роботи, включаючи автоматичне завантаження/розвантаження, зміну сердечників, горизонтальне різання та вивантаження готових рулонів. • Висока продуктивність: Можуть працювати з мінімальним втручанням оператора, що значно знижує витрати на робочу силу і підвищує швидкість виконання процесу. • Розширені функції безпеки: Включають автоматичне вимкнення при розриві плівки або відсутності паперового сердечника, що підвищує надійність і безпеку обладнання. 1.5.2. Метод намотування 1. Центральне намотування: • Перевага рівномірного натягу: Забезпечує стабільний натяг плівки, що важливо для точності і якості намотування. • Обмеження за швидкістю: Підходить для низько- та середньошвидкісних операцій, але може обмежувати продуктивність на високих швидкостях. 2. Поверхневе намотування: • Підходить для високих швидкостей: Забезпечує швидке намотування без значної зміни натягу, що особливо підходить для тонких плівок. • Неоднорідність натягу: Може виникати проблема із стабільністю натягу, яка потребує додаткового контролю. 3. Комбіноване центральне-поверхневе намотування: • Гнучкість для різних матеріалів: Поєднує переваги двох методів, що дозволяє обробляти як тонкі, так і товсті плівки. • Складність конструкції: Вимагає більш детального налаштування і контролю, але забезпечує найкращі результати для різноманітних плівок. 25 1.5.3. Тип приводу 1. Центрально-привідні машини: • Стабільність натягу: Забезпечують рівномірний натяг і намотування, що позитивно впливає на якість кінцевого продукту. • Більша вимога до обслуговування: Центричний привід потребує регулярного технічного обслуговування для забезпечення постійної якості натягу. 2. Поверхнево-привідні машини: • Підходять для делікатних матеріалів: Поверхневий привід дозволяє уникнути надмірного натягу і підходить для тонких плівок. • Висока швидкість: Забезпечує швидке намотування, але може вимагати додаткових систем контролю натягу для підтримання стабільності процесу. 1.5.4. Кількість валів 1. Одновальні машини відрізняються простотою конструкції та низькою вартістю, що робить їх ідеальним вибором для невеликих обсягів виробництва. Вони підходять для обробки стандартних матеріалів, які не вимагають складних налаштувань або високої продуктивності. Через обмежені можливості налаштувань такі машини зазвичай використовуються в невеликих підприємствах або для виконання спеціалізованих завдань, де точність і швидкість не є критично важливими. Проста конструкція також забезпечує мінімальні витрати на обслуговування, що додає їм популярності серед початківців або малих виробництв. 2. Двовальні машини пропонують вищу продуктивність і гнучкість у порівнянні з одновальними. Вони призначені для середніх обсягів виробництва, де потрібен точний контроль процесу перемотки. Завдяки двом валам, такі машини забезпечують стабільність натягу матеріалу і дозволяють налаштовувати параметри для обробки різних типів плівок. Проте їхня складна конструкція вимагає від операторів відповідної кваліфікації та, в деяких випадках, додаткового навчання. Двовальні системи ідеально підходять для 26 підприємств, які прагнуть підвищити якість і ефективність виробництва без значного збільшення витрат. 3. Багатобарабанні машини є найбільш продуктивними і сучасними системами, здатними обробляти великі обсяги матеріалу з високою точністю та швидкістю. Вони використовуються на великих виробництвах, де важлива максимальна автоматизація і безперебійна робота. Завдяки розвиненим системам управління, такі машини забезпечують точний контроль натягу і мінімізують ризик дефектів, що особливо важливо для термопластичних плівок і ламінованих матеріалів. Високий рівень автоматизації та складна конструкція роблять багатобарабанні машини дорогими в придбанні та обслуговуванні, тому вони переважно використовуються на підприємствах з інтенсивним виробництвом і великим бюджетом. 1.5.5. Швидкість перемотки Вища швидкість перемотки безпосередньо впливає на підвищення продуктивності, дозволяючи обробляти великі обсяги матеріалу за коротший період часу. Це є важливим фактором для великих виробництв або підприємств, де важливо зберегти високий темп роботи та мінімізувати час на виконання одного циклу перемотки. Однак, при високих швидкостях, необхідно забезпечити точний контроль за натягом і іншими параметрами процесу. Недостатній контроль може призвести до деформацій матеріалу, що особливо актуально для делікатних плівок, які потребують мінімізації ризику пошкоджень. Це вимагає використання спеціальних систем управління, які можуть підтримувати стабільність процесу перемотки навіть при високих швидкостях. 1.6. Використовувані технології та компоненти 1. Програмовані логічні контролери — є основними компонентами управління сучасними автоматизованими системами. Вони забезпечують надійну автоматизацію, гнучке програмування і можливість інтеграції з іншими системами. Використання ПЛК дозволяє автоматизувати процес 27 перемотки, забезпечуючи контроль над кожним етапом, від налаштування натягу до управління швидкістю намотування. Операторські панелі HMI 2. Панелі людино-машинного інтерфейсу (HMI) забезпечують інтуїтивне управління параметрами машини. Використання інтерфейсу HMI, дозволяє операторам контролювати налаштування машини та здійснювати моніторинг стану в реальному часі. Це полегшує управління, оскільки параметри можна змінювати прямо на панелі, що особливо зручно для швидкого переналаштування машини. Окрім того, такі панелі підтримують віддалене управління, що додає додаткову гнучкість і знижує потребу в постійному нагляді оператора. 3. Частотні перетворювачі — відіграють важливу роль у забезпеченні точного контролю швидкості двигуна, що особливо важливо для процесу перемотки, де точний натяг і швидкість є критичними параметрами. Частотний перетворювач, дозволяє регулювати швидкість обертання двигуна відповідно до необхідного натягу і типу матеріалу, що запобігає пошкодженню плівки. Використання таких перетворювачів підвищує продуктивність, дозволяє зменшити витрати на енергію та зберегти ресурс двигуна, продовжуючи його термін служби. 4. Сенсори та датчики — різні сенсори, такі як оптичні, ультразвукові та індуктивні датчики, дозволяють забезпечити точне положення плівки під час намотування. Наприклад, інфрачервоні або лазерні датчики можуть використовуватися для контролю діаметра рулона, що дозволяє зупинити процес при досягненні заданого розміру. Це також зменшує відходи матеріалу, забезпечуючи високоточну роботу машини. Окрім цього, сенсори можуть бути інтегровані в систему ПЛК для реалізації функції зворотного зв'язку і більшої точності контролю процесу. 5. Системи керування натягом — є необхідними для стабільного процесу перемотки, адже саме вони контролюють натяг плівки під час її намотування або розмотування. Зазвичай, для цього використовують магнітні 28 порошкові гальма або електромагнітні муфти. Магнітні порошкові гальма забезпечують плавне регулювання натягу, зменшуючи розриви плівки і підвищуючи якість рулонів. Деякі системи мають можливість автоматично регулювати натяг залежно від товщини плівки, що оптимізує якість кінцевого продукту. 6. Системи приводу та моторів — Сучасні машини для перемотки часто оснащені серводвигунами або змінно-швидкісними двигунами з високим обертальним моментом, що дозволяє забезпечити плавний запуск і зупинку процесу намотування. Використання спеціалізованих двигунів з функцією регулювання обертів знижує енерговитрати та забезпечує рівномірний натяг по всій довжині рулона. Це особливо корисно для обробки тонких і чутливих матеріалів, що підвищує продуктивність і стабільність роботи машин. 7. Технології дистанційного керування — технології дистанційного керування є сучасним трендом в автоматизації. Це дозволяє здійснювати моніторинг і керування процесом перемотки з будь-якого місця через інтернет- з’єднання. За допомогою віддаленого доступу оператори можуть змінювати налаштування, проводити діагностику, а також отримувати попередження про можливі несправності або необхідність обслуговування. Дистанційний доступ не тільки підвищує ефективність роботи, але й знижує витрати на персонал і обслуговування, що робить ці технології особливо актуальними для великих виробництв. 8. Інтеграція з інформаційними системами — системи автоматизації можуть бути інтегровані з інформаційними системами підприємства, такими як ERP або MES-системи. Це дозволяє відстежувати ключові параметри, такі як витрати матеріалів, продуктивність машини і час простоїв, що сприяє ефективному управлінню ресурсами і плануванню виробництва. Також завдяки інтеграції з системами збору даних можливо в режимі реального часу відстежувати продуктивність машини, що дозволяє підвищити загальну ефективність виробництва. 29 9. Системи безпеки — для забезпечення безпечної роботи машин використовуються різноманітні технології, зокрема аварійні кнопки, світлові бар’єри та сенсори розриву плівки. Аварійні кнопки дозволяють негайно зупинити роботу у випадку небезпеки, а світлові бар’єри попереджають випадковий доступ до рухомих частин машини. Окрім цього, система може автоматично зупинятися при виявленні несправностей або розриву плівки, що не тільки зберігає матеріал, але й забезпечує безпечну експлуатацію обладнання. 10. Програмне забезпечення для візуалізації і моніторингу — дозволяє відображати параметри роботи машин на екранах, що забезпечує більш ефективний моніторинг. Системи моніторингу збирають дані про продуктивність, використання енергії та інші параметри, що дозволяє зменшити час простою обладнання і швидше реагувати на зміни. Візуалізація також допомагає операторам і технічному персоналу швидше виявляти і усувати несправності, підвищуючи ефективність обслуговування машин. Застосування сучасних компонентів та технологій у системах перемотки плівки значно підвищує продуктивність, точність та надійність роботи обладнання. Автоматизовані системи, оснащені ПЛК, HMI-панелями, частотними перетворювачами та сенсорами, забезпечують контроль і гнучкість, необхідні для ефективного управління процесом перемотки плівки. Інтеграція віддаленого керування та інформаційних систем також сприяє оптимізації виробництва, що дозволяє підвищити загальну ефективність підприємства та забезпечити високу якість продукції. 1.7. Аналіз технологій та обладнання основних виробників у сфері автоматизованих систем перемотування плівки 1. Feldman ST Швидкозростаюча компанія в галузі гнучких промислових пакувальних рішень. Заснована у 2018 році Моше Фельдманом, який має багаторічний 30 досвід роботи в галузі виробництва пластмас, компанія спеціалізується на розробці та виробництві машин для перфорації, різання, перемотування та друку. Їхні машини в першу чергу обслуговують галузі, які працюють з такими матеріалами, як стретч-плівка, алюмінієва фольга та папір для випікання. Одним з їхніх видатних продуктів є перемотувач MODEL CL Coreless Rewinder, який пропонує автоматичне перемотування стретч-плівки без використання сердечників, що робить його більш ефективним і зменшує кількість відходів. Ця модель використовує тришпиндельну систему револьверного типу, яка дозволяє виконувати одночасні операції та значно скорочує час циклу. Це особливо корисно для компаній, які прагнуть оптимізувати швидкість виробництва та підвищити операційну ефективність. MODEL S Extended(рис. 1.1) - ще одне інноваційне рішення, призначене для високошвидкісного перемотування, з точним контролем натягу і можливістю роботи з рулонами великого розміру, що ще більше підвищує його універсальність у виробничій лінії. Рис.1.1 Feldman’s Model S Extended Automatic Compact High-Speed PE/PVC Stretch Film Slitter-Rewinder 31 Ці машини демонструють прагнення компанії Feldman ST впроваджувати передові технології автоматизації в пакувальному секторі. На додаток до технології, Feldman ST пишається тим, що пропонує надійне обслуговування клієнтів. Вони надають перед- і післяпродажну технічну допомогу, підтримку в установці і навіть проводять приватні демонстрації машин для клієнтів, щоб переконатися, що машини відповідають їхнім конкретним потребам. Такий практичний підхід, а також широка комерційна мережа в Європі, Америці та Океанії допомогли Feldman ST швидко розширити свою присутність на світовому ринку. Цей фокус на поєднанні інновацій з турботою про клієнтів робить Feldman ST лідером в індустрії гнучкого пакувального обладнання, постійно впроваджуючи нові технології для оптимізації продуктивності та зниження енергоспоживання в усіх лінійках своєї продукції. 2. Maklaus Визнаний світовий лідер у розробці та виробництві високоавтоматизованого обладнання для перемотування та конвертування стретч-плівки. Компанія фокусується на інтеграції передових технологій автоматизації у свою продукцію, що дозволяє звести до мінімуму втручання оператора та забезпечити максимальну продуктивність. Заснована в 1993 році, компанія Maklaus значно зросла, обслуговуючи різні галузі, такі як пакування, логістика та сільське господарство, де стретч-плівка відіграє вирішальну роль. Яскравим прикладом технології Maklaus є серія автоматичних перемотувачів стретч-плівки, яка пропонує рішення для виробництва попередньо розтягнутої, міні-рулонів і рулонів стретч-плівки без сердечника(рис. 1.2). Ці машини оснащені вдосконаленими системами контролю натягу, які забезпечують рівномірне перемотування плівки та високу швидкість роботи. Функції автоматизації включають автоматичну заміну рулонів, інтегровані системи різання та високоточний контроль параметрів намотування, що сприяє зменшенню відходів та експлуатаційних витрат. 32 Рис.1.2 Maklaus Automatic RES 08 Rewindinder Maklaus також наголошує на енергоефективності та простоті використання. Їхні машини спроектовані так, щоб вимагати мінімального обслуговування, зі зручними інтерфейсами для моніторингу та налаштування виробничих параметрів. Крім того, включення модульних компонентів дозволяє налаштовувати їх відповідно до конкретних потреб різних виробничих середовищ, забезпечуючи максимальну гнучкість. Компанія пропонує індивідуальну технічну підтримку, починаючи від налаштування машини і закінчуючи довгостроковим технічним обслуговуванням, 33 гарантуючи, що клієнти можуть оптимізувати продуктивність машин на своїх виробничих лініях. Постійні інновації проявляються у впровадженні технологій Індустрії 4.0, таких як інтеграція Інтернету речей та моніторинг даних у режимі реального часу, що дозволяє проводити віддалену діагностику та оптимізацію продуктивності. Ця тенденція до розумніших, більш підключених машин виводить Maklaus на передові позиції в індустрії гнучкого пакування, забезпечуючи ефективність і надійність виробничих процесів. 3. Lingtie Ключовий гравець в індустрії перемотування плівки, спеціалізується на виробництві передових перемотувальних машин, які зосереджені на підвищенні якості та точності обробки плівки. Маючи більш ніж десятирічний досвід, машини Lingtie широко використовуються в галузях, які потребують точної підготовки плівки для друку, пакування та ламінування. Один з флагманів компанії, автоматичний перемотувач плівки LT- 600(рис. 1.3), призначений для точного вирівнювання плівки, що має вирішальне значення для забезпечення високої якості продукції в процесах друку та пакування. Ця машина чудово справляється з нерівностями країв і забрудненням поверхні завдяки вбудованій системі очищення, яка видаляє пил і сміття з плівки перед перемотуванням. Ця особливість робить її ідеальною для галузей, де якість плівки має першорядне значення, наприклад, для пакування харчових продуктів або медичного застосування. Машини Lingtie оснащені найсучаснішими системами управління з використанням ПЛК і сенсорних інтерфейсів для точного налаштування параметрів перемотування. Їхні машини пропонують багатофункціональні можливості, такі як автоматичне регулювання натягу, програмовані налаштування довжини та автоматична заміна рулонів, що підвищує операційну ефективність. Крім того, машини Lingtie відомі своєю довговічністю і здатністю працювати з широким спектром матеріалів, включаючи ПВХ, ПЕТ і алюмінієву фольгу. 34 Рис.1.3 Lingtie LT-600 Компанія також надає пріоритет кастомізації, пропонуючи клієнтам індивідуальні рішення для задоволення конкретних виробничих потреб. Обслуговування клієнтів є комплексним, пропонуючи підтримку в установці, навчання та постійну технічну допомогу. Машини Lingtie популярні як на внутрішньому, так і на міжнародному ринках, особливо в Південно-Східній Азії та на Близькому Сході. 35 4. Kram FC Пропонує машини, орієнтовані в першу чергу на ПВХ і ПЕ плівки. Сила компанії полягає в універсальності її обладнання, яке призначене для роботи з різними типами плівок, включаючи як клейкі, так і стретч-плівки. Машини Kram FC широко використовуються в галузях, які потребують високоякісних пакувальних рішень, особливо там, де товщина та гнучкість плівки мають вирішальне значення. Серія автоматичних перемотувачів Kram FC(рис. 1.4-1.5) особливо відома своєю здатністю перетворювати великі майстер-рулони на менші рулони, зберігаючи при цьому цілісність і якість плівки. Ці машини оснащені складними системами контролю натягу, які дозволяють точно намотувати рулони на різних швидкостях, забезпечуючи стабільну якість продукції. Крім того, компанія робить акцент на енергоефективних конструкціях, прагнучи зменшити енергоспоживання без шкоди для продуктивності. Рис.1.4 Kram FC Pre stretch film rewinder 36 Kram FC також пропонує ряд додаткових функцій, таких як програмовані логічні контролери (ПЛК) і панелі з людино-машинним інтерфейсом (HMI), які забезпечують простий у використанні контроль для регулювання параметрів намотування. Їхні машини можуть працювати з плівками різної товщини, що робить їх придатними для застосування в широкому діапазоні - від обгортання харчових продуктів до промислового пакування. Одним із важливих аспектів є їхня спрямованість на мінімізацію простоїв виробництва завдяки таким функціям, як автоматична заміна рулонів і швидкі протоколи технічного обслуговування. Машини розроблені для довгострокової надійності, з високоякісними компонентами, які забезпечують довговічність і простоту експлуатації. Компанія також надає комплексну післяпродажну підтримку, допомагаючи клієнтам оптимізувати продуктивність своїх перемотувальних ліній шляхом навчання та технічного обслуговування. Рис.1.5 Kram FC Pre stretch film rewinder 37 5. Somatec Sondermaschinen GmbH Німецька компанія, яка спеціалізується на розробці та виробництві спеціальних машин, зокрема, на перемотуванні пластикових плівок. Машини Somatec призначені для роботи з широким спектром плівок, включаючи тонкі, м'які та крихкі матеріали. Ця універсальність дозволяє їхній продукції задовольняти потреби різних галузей, починаючи від гнучкого пакування і закінчуючи технічними плівками та клейкими стрічками. Однією з ключових пропозицій є серія Rewinder(рис. 1.6), яка включає машини, здатні обробляти делікатні плівки на високих швидкостях без шкоди для цілісності плівки. Системи оснащені вдосконаленим контролем натягу та адаптивними механізмами намотування, які дозволяють точно обробляти плівки різної товщини та властивостей. Машини Somatec також здатні виконувати різні функції, такі як обрізка країв, прорізання та автоматична заміна рулонів, що робить їх високоефективними та універсальними. Рис.1.6 Somatec UW1200-1900 E automatic rewinder Somatec відомий тим, що інтегрує в свої машини передові електронні системи управління. Ці системи, часто засновані на ПЛК і серводвигунах, забезпечують високий рівень точності контролю натягу плівки та швидкості намотування. Це гарантує, що навіть найтонші плівки можуть бути оброблені без пошкоджень, зменшуючи відходи матеріалу. Крім того, їхні машини часто 38 включають функції автоматичного контролю якості, такі як оптичні датчики, які відстежують дефекти плівки і відповідно коригують процес перемотування. Компанія робить акцент на кастомізації, пропонуючи індивідуальні рішення для різних промислових потреб. Їхні машини розроблені для легкої інтеграції в існуючі виробничі лінії, а їхня модульна структура забезпечує гнучкість у розширенні або модернізації функцій машини. Орієнтація Somatec на енергоефективну конструкцію в поєднанні зі зручним інтерфейсом і низькими вимогами до обслуговування робить їхні машини ідеальними для великотоннажних виробництв. Обладнання Somatec широко використовується в Європі, Азії та США, особливо в галузях, що вимагають високої точності та гнучкості в обробці плівки. Продукція компанії високо цінується за свою надійність і тривалий термін служби, що сприяє зниженню операційних витрат клієнтів. 6. Ozkamakina Турецька компанія, відома своїми інноваційними рішеннями в галузі перемотування та конвертації плівки. Компанія виробляє ряд машин, включаючи автоматичні та напівавтоматичні перемотувачі, призначені для високошвидкісної роботи та ефективного виробництва. Машини Ozkamakina особливо добре підходять для обробки стретч-плівки, палетної плівки та інших типів пакувальних плівок, що робить їх ключовим гравцем в пакувальній промисловості. Автоматична перемотувальна машина ASR 1200-XL(рис. 1.7) є одним з найвідоміших продуктів Ozkamakina. Вона здатна працювати зі стретч- плівками товщиною від 17 до 23 мікрон, перетворюючи великі майстер-рулони в менші, більш зручні розміри для роздрібної торгівлі та промислового використання. Машина може досягати швидкості перемотування до 150 метрів на хвилину, що значно підвищує продуктивність у великих виробничих умовах. Озкамакіна також інтегрує в свої машини передові системи управління 39 ПЛК, що дозволяють точно регулювати параметри перемотування і забезпечують стабільну якість плівки протягом усього процесу. Окрім високої швидкості, машини Ozkamakina мають зручні інтерфейси, що дозволяють операторам швидко та легко регулювати налаштування. Компанія надає пріоритет енергоефективності, використовуючи такі компоненти, як перетворювачі частоти, для оптимізації енергоспоживання своїх машин. Це призводить до економії коштів і зменшення впливу на навколишнє середовище, що стає все більш важливим у сучасному виробничому секторі. Рис.1.7 Ozkamakina ASR 1200-XL 40 Верстати Ozkamakina оснащені автоматизованими функціями, включаючи системи заміни валків, механізми контролю натягу і вбудовані ріжучі інструменти, які ще більше підвищують їх експлуатаційну ефективність. Компанія пропонує широкий спектр можливостей кастомізації, що дозволяє клієнтам пристосовувати машини до своїх конкретних потреб, незалежно від того, чи потрібні їм різні типи плівок або різна швидкість виробництва. Ozkamakina завоювала міцні позиції як на внутрішньому, так і на міжнародному ринках, експортуючи свою продукцію в більш ніж 50 країн світу. Зосередженість компанії на інноваціях та задоволенні потреб клієнтів здобула їй репутацію надійного постачальника передових рішень для перемотування та конвертації. 7. Horsen Machinery Базується в Китаї, відома своїми економічно ефективними рішеннями в галузі перемотування плівок. Маючи понад 10-річний досвід, Horsen спеціалізується на виробництві одно- та двовальних автоматичних перемотувальних машин, які працюють з різними типами плівок, включаючи стретч-плівки, термоусадочні плівки та клейкі плівки. Їхні машини призначені для галузей, які потребують високого рівня автоматизації за доступною ціною, що робить їх популярним вибором на ринках, що розвиваються. Серія автоматичних перемотувачів Horsen здатна обробляти плівки шириною до 1200 мм(рис. 1.8). Ці машини призначені для роботи з мінімальним втручанням людини, оснащені автоматичними системами завантаження та розвантаження рулонів, що зменшує витрати на робочу силу та підвищує операційну ефективність. Вбудовані системи контролю натягу забезпечують рівномірне перемотування, а швидкість машин можна регулювати залежно від товщини та типу плівки, що обробляється. 41 Рис.1.8 Horsen Machinery верстат для перемотування плівки Продукція Horsen Machinery оснащена інтуїтивно зрозумілими панелями керування, які забезпечують операторам повний контроль над процесом перемотування. Машини здатні здійснювати високошвидкісне перемотування, досягаючи швидкості до 180 метрів за хвилину, що робить їх придатними для великомасштабного виробництва. Довговічність машин Horsen є ще однією ключовою особливістю, оскільки вони побудовані з високоякісних компонентів, які забезпечують тривалий термін служби і низькі вимоги до технічного обслуговування. Прихильність Horsen Machinery до доступної автоматизації зробила її ключовим постачальником для малих і середніх підприємств (МСП) в Азії, Африці та Латинській Америці. Компанія пропонує відмінне післяпродажне 42 обслуговування, надаючи технічну підтримку, запасні частини та навчання, щоб допомогти клієнтам отримати максимальну віддачу від своїх машин. 1.8. Порівняння пристрою з аналогами за ключовими параметрами Таблиця 1.1 Порівняння параметрів верстатів для перемотування плівки Підтримувані Точність Спеціальні Параметр Модель матеріали контролю функції Розроблений Віддалене - Stretch Висока верстат керування Сенсорний StretchFilm PVC, PE, Feldman ST Висока екран, авто- 200 Stretch заміна роликів SuperReel Повна Maklaus Stretch, Cling Середня 1500 автоматизація Видалення пилу, Auto- Lingtie Stretch, PVC Висока вирівнювання Winder XT країв Автоматизоване Плівки до SmallRoll завантаження PRM-Taiwan 300 мм Висока Rewinder паперових ширини центрів Auto- Підтримка Гідрографічні TSAUTOP Hydro Висока автообгортки та плівки Rewinder віконних плівок PVC/PE Обробка тонких Kram FC Rewinder PVC, PE, PET Середня та м'яких 1200 матеріалів 43 Продовження табл.1.1 Сенсорний Somatec Rollmaster Stretch, Плівки Низька контроль Sondermaschinen 600 для друку якості Контроль Ozkamakina ASR Stretch, Палітні швидкості, Середня 1200-XL плівки велика продуктивність Таблиця 1.1 демонструє порівняння параметрів різних моделей верстатів для перемотування плівки. Вона містить наступні основні характеристики: • Параметр — визначає ключові технічні показники, за якими проводиться порівняння. • Модель — позначає назву або код конкретного верстата, що бере участь у порівнянні. • Підтримувані матеріали — описує типи плівки або інших матеріалів, з якими може працювати кожен верстат. • Точність контролю — вказує на здатність верстата забезпечувати точний контроль процесу, що важливо для стабільної якості продукції. • Спеціальні функції — додаткові можливості, які пропонують окремі моделі верстатів, такі як автоматичне налаштування натягу, дистанційне управління, або система запобігання розриву плівки. Ця таблиця дозволяє оцінити переваги та обмеження кожної моделі верстатів з точки зору продуктивності та функціональності. 44 Таблиця 1.2 Порівняння електричних параметрів обладнання Максимальні Потужність Частотний Параметр оберти двигуна(кВт) перетворювач двигуна(об/хв) Розроблений 7.5 CFM310 3000 верстат Feldman ST 5.5 Вбудований 2500 Maklaus 4.5 Вбудований 2200 Lingtie 4 Вбудований 3000 Kram FC 5 ABB 1800 Somatec 7.5 Вбудований 2800 Sondermaschinen Ozkamakina 6 Siemens 2500 PRM-Taiwan 4.5 Вбудований 2200 TSAUTOP 3.5 Вбудований 2000 Таблиця 1.2 представляє порівняння електричних параметрів обладнання, що використовується для управління процесом перемотування плівки. У таблиці розглядаються наступні показники: • Потужність двигуна — характеризує максимальну потужність, яку може споживати двигун, що важливо для забезпечення необхідної сили та швидкості роботи. • Частотний перетворювач — описує модель або тип частотного перетворювача, який використовується для регулювання швидкості двигуна, що є ключовим для точного контролю процесу. 45 • Максимальні оберти двигуна (об/хв) — визначає максимальну швидкість обертання двигуна, яка впливає на продуктивність та ефективність роботи обладнання. Ця таблиця дозволяє зробити висновки щодо відповідності електричних параметрів обладнання технічним вимогам для забезпечення ефективної роботи системи. Таблиця 1.3 Системи керування та програмування Операторська Система Параметр Модель ПЛК панель програмування Розроблений FATEK FBs- Weintek Ladder Diagram, верстат 40MAJ MT8071iP FBs Macro Siemens PLC Feldman ST Siemens S7 Siemens HMI Programming Mitsubishi Mitsubishi PLC Maklaus HMI Mitsubishi PLC Programming Siemens PLC Lingtie Siemens PLC Siemens HMI Programming Allen-Bradley Allen-Bradley Allen-Bradley Kram FC PLC HMI Programming Somatec Siemens PLC Siemens PLC Siemens HMI Sondermaschinen Programming Siemens PLC Ozkamakina Siemens S7 Siemens HMI Programming Mitsubishi Mitsubishi PLC PRM-Taiwan Mitsubishi HMI PLC Programming 46 Таблиця 1.3 містить інформацію про системи керування та програмування, які використовуються в обладнанні для перемотування плівки. У таблиці розглядаються наступні параметри: • Модель ПЛК — показує тип програмованого логічного контролера (ПЛК), який є основним компонентом для автоматизації процесу, забезпечуючи надійне та точне керування. • Операторська панель — визначає тип або модель панелі оператора, яка дозволяє користувачам взаємодіяти з системою, здійснювати контроль і налаштування параметрів у зручному інтерфейсі. • Система програмування — описує, яка програмна платформа або мова програмування використовується для написання та налаштування логіки роботи ПЛК, що є важливим аспектом для розробки і технічної підтримки системи. Ця таблиця надає комплексний огляд елементів керування, які забезпечують функціонування обладнання відповідно до вимог процесу та зручність в експлуатації для операторів. Таблиця 1.4 Цінова категорія продукції Параметр Модель ціна Розроблений верстат - 10000$ Feldman ST StretchFilm 200 50,000$+ Maklaus SuperReel 1500 80,000$-150,000$ Lingtie Auto-Winder XT 30,000$-70,000$ PVC/PE Rewinder Kram FC 100,000$+ 1200 47 Продовження табл.1.4 Somatec Sondermaschinen Rollmaster 600 120,000$-200,000$ Ozkamakina ASR 1200-XL 40,000$-80,000$ PRM-Taiwan SmallRoll Rewinder 60,000$+ Auto-Hydro TSAUTOP 30,000$+ Rewinder Таблиця 1.4 надає інформацію про цінову категорію продукції, яка включає наступні параметри: • Модель — описує конкретну модель обладнання для перемотування плівки, що дозволяє користувачеві порівняти різні варіанти в межах доступного асортименту. • Ціна — вказує вартість кожної моделі, що дозволяє оцінити економічну доступність продукції, зіставити витрати та вибрати оптимальну модель відповідно до бюджету. Ця таблиця є корисним інструментом для порівняння вартості різних моделей, що допомагає споживачам прийняти обґрунтоване рішення на основі фінансових можливостей. 48 2 КОНСТРУКЦІЯ ТА ПРИНЦИП РОБОТИ ПЕРЕМОТУВАЛЬНОГО ВЕРСТАТА Сучасні виробничі процеси вимагають використання високоефективного обладнання, здатного забезпечити автоматизацію та оптимізацію різних етапів обробки матеріалів. Перемотувальні верстати грають ключову роль у цій системі, оскільки вони дозволяють перетворювати великі рулони плівки в менші, що полегшує їх транспортування, зберігання та подальшу обробку. Ці верстати використовуються в багатьох галузях, зокрема в упаковці, харчовій промисловості, виробництві будівельних матеріалів та багатьох інших. Конструкція перемотувального верстата повинна враховувати різноманітні фактори, такі як тип плівки, її фізичні властивості, а також специфічні вимоги виробництва. Це передбачає ретельне проектування, яке включає в себе вибір відповідних матеріалів, механізмів та систем управління, які забезпечують ефективність та надійність роботи обладнання. У процесі проектування важливо також враховувати елементи безпеки, адже робота з плівкою може супроводжуватися ризиками, пов'язаними з механічними впливами та електричними системами. Тому конструкція верстата повинна бути розроблена з урахуванням безпечних умов праці для операторів. Принцип роботи перемотувального верстата базується на використанні механізмів, які контролюють натяг плівки, швидкість перемотування та точність намотування. Сучасні верстати також оснащені електронними системами управління, які дозволяють автоматизувати ці процеси, що в свою чергу підвищує продуктивність та знижує ризики помилок. Отже, перемотувальні верстати є важливим елементом сучасного виробництва, що забезпечує ефективність, безпечність та автоматизацію 49 процесів обробки плівок. У наступних підрозділах детально розглянуто проектування, конструкцію та принципи роботи цих машин. 2.1. Проектування та розробка базової конструкції Проектування та розробка базової конструкції перемотувального верстата є ключовим етапом у створенні надійної та ефективної системи, здатної виконувати свої функції з високою точністю та надійністю. Базова конструкція верстата включає в себе механічні, електричні та електронні компоненти, які в сукупності забезпечують його стабільну роботу. Механічна частина конструкції складається з основної рами, валів, підшипників та інших елементів, які забезпечують фізичну підтримку плівки під час перемотування. Основна рама верстата виготовляється з металу, що забезпечує необхідну міцність і стійкість до навантажень. Важливим завданням при проектуванні рами є розрахунок її геометричних параметрів та матеріалу, які мають відповідати вимогам до жорсткості і надійності конструкції. Вали та підшипники, що використовуються в конструкції, відіграють ключову роль у забезпеченні плавного та рівномірного руху плівки. Для забезпечення точного перемотування важливо, щоб вали мали мінімальні відхилення від осі обертання, що дозволяє уникнути пошкодження плівки та зменшити втрати матеріалу. Електрична частина конструкції включає в себе електродвигуни, системи живлення, а також елементи керування електроживленням. Електродвигуни відповідають за привід валів, забезпечуючи обертання на заданій швидкості. Для керування електроживленням використовуються блоки живлення, реле, а також захисні елементи, що запобігають перевантаженням і коротким замиканням. Особливої уваги потребує система управління верстатом. Базується на мікроконтролері, який забезпечує збирання даних з датчиків, обробку 50 інформації та передачу команд на виконавчі механізми. Це дозволяє автоматизувати процеси та забезпечити високу точність управління. Проектування системи управління включає в себе вибір відповідного мікроконтролера, датчиків, а також розробку програмного забезпечення, що керуватиме процесом перемотування. Інтеграція компонентів є заключним етапом проектування конструкції верстата. На цьому етапі всі вибрані компоненти об'єднуються в єдину систему, що дозволяє забезпечити коректну роботу та синхронізацію. Важливо враховувати, що конструкція верстата повинна бути не лише функціональною, а й ергономічною, щоб дозволяти оператору легко та безпечно керувати верстатом. 2.2. Основні елементи конструкції 1. Програмований логічний контролер — слугує «мозком» перемотувальної машини. Він обробляє вхідні дані від різних датчиків і налаштувань користувача, перетворюючи їх у дії для двигуна, реле та інших елементів управління. Сучасні ПЛК відрізняються надійністю і можуть підтримувати складну логіку програмування, що дозволяє їм контролювати тонкі операції, такі як регулювання швидкості двигуна, натягу і аварійні зупинки. Така гнучкість дозволяє швидко переналаштовувати машину під різні типи плівок і специфікації перемотування. ПЛК також гарантує, що машина відповідає стандартам безпеки, інтегруючи механізми захисту від відмов. Наприклад, якщо система виявляє аномальне навантаження або несправність, ПЛК може автоматично зупинити роботу, запобігаючи механічним або електричним збоям. Такий рівень точності управління та безпеки є надзвичайно важливим у промислових умовах, де мінімізація простоїв та захист обладнання мають першорядне значення. 51 2. Human-Machine Interface (HMI) — часто це сенсорна панель оператора, яка забезпечує зручний інтерфейс для моніторингу та управління машиною. Він відображає в реальному часі дані про робочі параметри, такі як швидкість, натяг і вихідна довжина. За допомогою HMI оператори можуть налаштовувати параметри для кожного завдання, перевіряти діагностику системи і навіть виявляти конкретні несправності або проблеми, що підвищує ефективність і знижує ризик помилок. Наприклад, при перемотуванні плівки, де постійний натяг має вирішальне значення для уникнення розривів або зморшок матеріалу, HMI дозволяє операторам точно налаштувати параметри відповідно до властивостей матеріалу. Просунуті HMI також підтримують кілька мов і мають вбудовану діагностику для усунення несправностей. Це особливо корисно в умовах, коли швидкий доступ до інформації про стан машини та оперативне втручання є критично важливими для підтримки безперебійного виробництва. 3. Перетворювач частоти VFD, необхідний для керування швидкістю двигуна та підтримання точного натягу плівки. Він регулює швидкість двигуна, змінюючи електричну частоту, що подається на нього. У системах перемотування плівки, де стабільна та контрольована швидкість має вирішальне значення, VFD допомагає підтримувати рівномірний натяг незалежно від товщини плівки або швидкості перемотування, покращуючи таким чином якість вихідної продукції. Крім того, ЧРП пропонують переваги енергозбереження за рахунок зниження споживання енергії в умовах низького навантаження, що робить весь процес більш економічно ефективним. 4. Двигун є основним рушієм у процесі перемотування, відповідальним за протягування плівки через машину з контрольованою швидкістю. Двигуни, що використовуються в установках для перемотування плівки, часто розраховані на довговічність і високий крутний момент, що гарантує, що вони можуть витримувати тривалі періоди роботи і змінні швидкості, необхідні для різних типів плівки. У парі з VFD швидкість двигуна можна динамічно 52 регулювати на різних етапах виробництва, таких як початковий розгін, стаціонарна робота та уповільнення в кінці рулону, зберігаючи таким чином якість плівки та запобігаючи небажаним стрибкам натягу. 5. Блок живлення забезпечує стабільне та надійне живлення всіх електронних компонентів, включаючи ПЛК, HMI, ЧРП та реле. Промислові джерела живлення в автоматизованих системах часто включають регулювання напруги для захисту від стрибків або падінь напруги, які можуть порушити роботу машини або пошкодити чутливі електронні компоненти. Блок живлення також зазвичай підтримує різні вихідні напруги для різних компонентів, наприклад, знижує високу напругу для датчиків і реле, а також забезпечує високу вихідну потужність для електродвигуна. Така регульована потужність забезпечує безперервну роботу і подовжує загальний термін служби машини, запобігаючи передчасному зносу електричних частин. 6. Інтерфейсні реле — виконують роль керуючої ланки між ПЛК і потужними компонентами, дозволяючи ПЛК опосередковано керувати двигуном і активацією пристроїв. Ці реле виконують операції вмикання/вимикання на основі команд від ПЛК і захищають чутливі схеми керування від високих струмів, необхідних для керування двигунами. Інтерфейсні реле також важливі для ізоляції різних частин ланцюга, що дозволяє безпечно і надійно керувати потужними механізмами, такими як перемотувальні машини. За допомогою реле можна виконувати складні операції, такі як послідовна активація пристроїв і зміна напрямку руху двигуна, що додає гнучкості процесу автоматизації. Кожен компонент відіграє спеціалізовану роль у перемотувальній машині, забезпечуючи безперебійну роботу, високу якість продукції та довгострокову надійність. Інтеграція цих елементів в єдину автоматизовану систему забезпечує високоточне управління та адаптивність, що дозволяє операторам ефективно працювати з різними матеріалами та експлуатаційними вимогами. Таке налаштування не тільки підвищує продуктивність, але й 53 гарантує, що машина може стабільно виробляти високоякісну продукцію, залишаючись при цьому безпечною та ефективною. 2.3. Роль мікроконтролера в управлінні Мікроконтролери відіграють ключову роль у забезпеченні надійної та автоматизованої роботи перемотувальних верстатів, які призначені для перетворення великих рулонів плівки на менші рулони, придатні для подальшого використання або продажу. Використання мікроконтролера дозволяє автоматизувати складні процеси, такі як регулювання швидкості перемотування, контроль натягу плівки, вимірювання довжини перемотаної плівки та забезпечення точності при обробці. Розглянемо детальніше основні функції мікроконтролера у таких системах. Основні функції мікроконтролера в управлінні верстатом: 1. Регулювання швидкості перемотування Одна з ключових функцій мікроконтролера – це підтримка стабільної швидкості перемотування плівки. Мікроконтролер керує двигунами, які відповідають за обертання рулонів, і регулює швидкість обертання відповідно до параметрів, встановлених оператором. Це забезпечує рівномірне перемотування і захищає плівку від розривів або складок, які можуть виникнути через нерівномірну швидкість. Мікроконтролер також дозволяє налаштувати режим роботи відповідно до типу плівки та її механічних характеристик. 2. Контроль натягу плівки Натяг плівки є критичним параметром у процесі перемотування, оскільки навіть незначні зміни у натягу можуть призвести до пошкодження матеріалу або до неякісного намотування рулону. Мікроконтролер отримує дані від датчиків натягу, розташованих на різних етапах процесу, і коригує роботу двигунів і гальмівних механізмів, щоб натяг залишався стабільним. 54 Завдяки цьому плівка намотується щільно і рівномірно, а рулони не потребують додаткової обробки після перемотування. 3. Вимірювання довжини перемотаної плівки та автоматична зупинка Мікроконтролер може точно вимірювати довжину плівки, що вже перемотана, за допомогою лічильників або спеціальних сенсорів. Коли перемотування досягає встановленої довжини, мікроконтролер автоматично зупиняє процес, запобігаючи перевищенню необхідного обсягу. Це забезпечує ефективне використання матеріалу та зменшує витрати на додаткове налаштування або перезапуск обладнання. 4. Моніторинг і усунення помилок Більшість сучасних перемотувальних верстатів оснащені датчиками, які здатні виявляти дефекти плівки, перекоси або обриви. Мікроконтролер збирає дані з цих датчиків у режимі реального часу та виконує аналіз на наявність помилок. У випадку виявлення проблеми, система автоматично зупиняє роботу верстата або видає сигнал оператору про необхідність втручання. Це значно підвищує якість перемотування і знижує ризик псування плівки та обладнання. 5. Інтеграція з іншими системами автоматизації Мікроконтролери, які застосовуються у перемотувальних верстатах, можуть бути інтегровані з іншими автоматизованими системами на виробництві. Це дозволяє оптимізувати процеси управління виробництвом, зокрема забезпечує можливість віддаленого моніторингу та контролю параметрів, що сприяє загальній підвищеній ефективності. Приклади ПЛК для використання в перемотувальних верстатах: 1. Siemens SIMATIC S7-1200 — Цей контролер є одним з найпоширеніших у сфері автоматизації виробничих процесів. Він підтримує високу гнучкість у налаштуваннях і забезпечує надійний контроль за всіма етапами перемотування плівки. Крім того, контролер легко інтегрується з 55 іншими компонентами систем автоматизації завдяки своїй сумісності з сучасними промисловими протоколами зв’язку. 2. Mitsubishi FX5U — Контролери серії FX5U від Mitsubishi є високошвидкісними і здатними обробляти великий обсяг даних, що робить їх ідеальними для швидкісного перемотування плівки. Вони підтримують численні функції для роботи з сенсорами та приводами, а також мають надійні системи самодіагностики. 3. Omron CP1E — ПЛК серії CP1E від Omron – це економічно вигідний контролер, який підходить для керування невеликими та середніми верстатами. Він підтримує необхідний базовий функціонал для контролю перемотування і має зручний інтерфейс для налаштування, що дозволяє його швидко адаптувати до різних параметрів плівки. 56 3 РЕАЛІЗАЦІЯ ВЕРСТАТА ДЛЯ ПЕРЕМОТКИ ПЛІВКИ 3.1. Процес виготовлення та складання верстата Процес розробки та складання верстата для перемотки рулонів складався з кількох етапів, кожен з яких потребував ретельного вибору компонентів та їх інтеграції у єдину систему. Основною метою було створення ефективного та надійного механізму, здатного автоматично перетворювати великі рулони на менші з високою точністю та стабільністю. Для досягнення цього застосовано передові технології автоматизації та компоненти з відомими характеристиками надійності. В першу чергу, було встановлено ПЛК для управління усіма процесами, що відбуваються на верстаті. Саме цей контролер приймає сигнали з сенсорів, управляє обертанням двигуна, активує реле і взаємодіє з оператором через панель. Оператор через панель може налаштовувати параметри намотування, а контролер забезпечує виконання всіх команд з урахуванням зворотного зв'язку. Для подачі живлення було обрано надійний блок живлення, який забезпечує стабільну напругу для всіх компонентів. Діодний міст та твердотільні реле гарантують ефективне перетворення струму та надійне управління електричними ланцюгами, без зносу контактів, що є типовим для звичайних механічних реле. Крім того, для забезпечення безпеки та запобігання перегріву було встановлено термостат, який контролює температуру в електричному шафі та виконує аварійне відключення за потреби. Кожен компонент був обраний не випадково, а виходячи з вимог до надійності, продуктивності та сумісності з іншими елементами системи. Критеріями вибору слугували надійність, зручність інтеграції, а також перевірена репутація виробників обладнання. Зібраний верстат дозволяє 57 автоматизувати процес перемотки рулонів та мінімізувати участь людини в цьому процесі. 3.1.1. Програмований логічний контролер FATEK FBs-40MAJ ПЛК FATEK FBs-40MAJ(рис. 3.1) є основою для керування всіма процесами верстата. Він приймає сигнали від датчиків, управляє двигунами, активує реле і взаємодіє з операторською панеллю. Цей контролер має 40 входів/виходів, що дозволяє підключати велику кількість сенсорів і виконавчих пристроїв. FATEK FBs-40MAJ підтримує широкий спектр інструкцій і функцій, які можна програмувати через WinLadderPro, спеціалізоване програмне забезпечення для розробки програм керування. Рис.3.1 ПЛК FATEK FBs-40MAJ Вибір на користь FATEK FBs-40MAJ був зроблений через його високу надійність, гнучкість у програмуванні та доступність. Цей контролер 58 підтримує значну кількість входів і виходів, що дозволяє підключити до нього всі необхідні компоненти системи без необхідності додаткових модулів. Крім того, FATEK має хорошу сумісність з іншими компонентами автоматизації, такими як панелі оператора та реле. Простота програмування через WinLadderPro дозволила швидко адаптувати керуючу програму під конкретні вимоги верстата, що скоротило час налаштування системи. 3.1.2. Реле інтерфейсне PI84-024DC-M41G-TS-2012 Реле PI84-024DC-M41G-TS-2012(рис. 3.2) є інтерфейсним реле, яке використовується для управління різними елементами верстата на низьковольтному рівні. Воно здатне перемикати електричні ланцюги, дозволяючи контролювати більші навантаження, які безпосередньо не можуть бути підключені до ПЛК. Це реле має напругу живлення 24 В постійного струму (DC), що є стандартом для більшості промислових додатків. Його контакти витримують високе навантаження та забезпечують довготривалу стабільну роботу. Рис.3.2 Реле інтерфейсне PI84-024DC-M41G-TS-2012 59 PI84-024DC-M41G-TS-2012 було обрано завдяки його високій надійності, компактним розмірам та можливості працювати в умовах підвищеного навантаження. Його стабільна робота дозволяє контролювати процеси перемотування та забезпечує швидкий і точний відгук на сигнали від ПЛК. Крім того, дане реле забезпечує ізоляцію між низьковольтними ланцюгами контролера та високовольтними компонентами системи, що значно підвищує безпеку обладнання. Завдяки модульній конструкції реле легко монтується у розподільну шафу та займає мінімум місця, що важливо для компактних електрощитів. 3.1.3. Асинхронний двигун 7,5 кВт Асинхронний двигун потужністю 7,5 кВт(рис. 3.3) є основним джерелом механічного руху верстата для перемотування. Цей двигун використовується для приведення в рух механізму, який здійснює перемотування плівки з великих рулонів у менші. Асинхронні двигуни широко застосовуються у промисловості завдяки їх простоті, надійності та ефективності. Двигун працює на змінному струмі та здатен забезпечувати стабільний обертальний момент, необхідний для плавного процесу перемотування. Рис.3.3 Асинхронний двигун 7,5 кВт 60 Асинхронний двигун було обрано завдяки його здатності витримувати великі навантаження і забезпечувати стабільну роботу протягом тривалого часу. Потужність 7,5 кВт була визначена виходячи з потреби в достатньому обертальному моменті для обертання великих рулонів плівки. Асинхронні двигуни мають просту конструкцію, що знижує ймовірність поломок, та вимагають мінімального обслуговування, що є важливим фактором для промислового обладнання, яке працює на постійній основі. Крім того, цей тип двигуна добре підходить для інтеграції з системами автоматичного управління, що дозволяє точно контролювати швидкість і напрямок обертання. 3.1.4. Панель оператора Weintek MT8071iP Панель оператора Weintek MT8071iP(рис. 3.4) є інтерфейсом між оператором і системою управління верстата. Це сенсорний екран, який дозволяє оператору моніторити процес перемотування, змінювати параметри роботи верстата, а також оперативно отримувати повідомлення про поточний стан системи чи помилки. Панель працює на базі програмного забезпечення, що дозволяє легко налаштувати інтерфейс для зручності оператора. Рис.3.4 Асинхронний двигун 7,5 кВт 61 Панель оператора Weintek MT8071iP була обрана через її зручний інтерфейс, сумісність із ПЛК FATEK, високу якість зображення та можливості інтеграції з промисловими протоколами зв'язку. Ця модель має достатньо великий сенсорний дисплей (7 дюймів), що забезпечує зручність для оператора під час роботи зі верстатом. Крім того, панель підтримує віддалений доступ, що дозволяє оператору або технічному персоналу проводити налаштування та діагностику системи дистанційно, якщо це необхідно. Цей пристрій також стійкий до умов промислового середовища, що забезпечує його довговічність і надійність у використанні. 3.1.5. Блок живлення NDR-120-24 Блок живлення NDR-120-24(рис. 3.5) забезпечує стабільну подачу напруги 24 В постійного струму, яка потрібна для живлення всіх елементів керування верстатом, включаючи ПЛК, панель оператора та реле. Цей блок живлення має високу ефективність перетворення електроенергії, компактний дизайн та забезпечує захист від перевантаження, перенапруги та короткого замикання, що робить його ідеальним для промислових застосувань. Рис.3.5 Блок живлення NDR-120-24 62 NDR-120-24 був обраний завдяки своїй надійності, ефективності та відповідності вимогам до живлення компонентів системи. Ця модель підтримує широкий діапазон вхідної напруги (85-264 В змінного струму), що дозволяє використовувати її в різних умовах, не побоюючись стрибків напруги. Крім того, вихідна потужність у 120 Вт забезпечує стабільну роботу системи навіть при пікових навантаженнях. Блок живлення має компактний розмір, що дозволяє його зручно розмістити в шафі керування верстатом, не займаючи зайвого простору. 3.1.6. Діодний міст BEG-143-270 Діодний міст BEG-143-270(рис. 3.6) використовується для випрямлення змінної напруги, перетворюючи її в постійну напругу, що є необхідним для стабільної роботи деяких компонентів у схемі керування. Він забезпечує надійний випрямлення струму, дозволяючи уникнути стрибків і коливань, які можуть пошкодити обладнання або знизити його ефективність. Рис.3.6 Діодний міст BEG-143-270 BEG-143-270 обраний через свою високу надійність і здатність працювати з великими струмами. Цей діодний міст може витримувати значні 63 навантаження, що робить його придатним для промислового обладнання з великим споживанням енергії, як-от асинхронний двигун у цьому проекті. Його надійна конструкція також забезпечує довготривалу експлуатацію без потреби в частому обслуговуванні або заміні. 3.1.7. Твердотільне реле RP1D06D8 Твердотільне реле RP1D06D8(рис. 3.7) використовується для безконтактного перемикання електричних ланцюгів. Це реле дозволяє плавно і швидко контролювати вмикання і вимикання компонентів системи, не створюючи механічного зносу, який виникає у звичайних електромеханічних реле. Завдяки використанню напівпровідників для перемикання, воно має тривалий термін служби і високу надійність. Рис.3.7 Твердотільне реле RP1D06D8 64 RP1D06D8 було обрано через його здатність ефективно і надійно працювати в умовах частого перемикання, що є необхідним у багатьох автоматизованих процесах. Це твердотільне реле забезпечує відсутність іскріння, знижуючи ризик виникнення пожежі та забезпечуючи більш стабільну роботу системи. Завдяки високій швидкості перемикання і відсутності механічних частин, RP1D06D8 ідеально підходить для використання в промислових умовах, де важливі швидкість, безпека та надійність. 3.1.8. Термостат PTVT Термостат PTVT(рис. 3.8) використовується для контролю та регулювання температури в електричнній шафі та забезпечує надійний захист від перегріву. Цей термостат автоматично вмикає або вимикає охолоджувальні чи нагрівальні елементи залежно від встановлених температурних параметрів, щоб підтримувати оптимальні умови для роботи електронних компонентів. Рис.3.8 Термостат PTVT 65 Термостат PTVT був обраний завдяки своїй здатності ефективно контролювати температуру, що є важливим для підтримки стабільної роботи системи в умовах підвищеного тепловиділення. Електронні компоненти, такі як ПЛК, блоки живлення та інші, можуть значно нагріватися під час роботи, і перегрівання може призвести до скорочення їх терміну служби або до виходу з ладу. PTVT дозволяє уникнути цих проблем, автоматично активуючи вентилятори або інші системи охолодження, коли це необхідно, забезпечуючи стабільну роботу і довговічність системи. 3.2. Середовища програмування для мікроконтролерів У сучасній промисловій автоматизації мікроконтролери займають важливе місце як засоби для виконання складних функцій керування. Основними підходами до програмування мікроконтролерів є використання різних мов програмування, залежно від вимог до функціональності та архітектури системи. Давайте розглянемо основні підходи до програмування мікроконтролерів, які використовуються в промислових системах, і ті, які можна застосувати у випадку вашого проекту. 1. Програмування на асемблері — передбачає використання мови низького рівня, яка напряму відображає машинні інструкції. Завдяки цьому програміст отримує можливість писати код, максимально оптимізований для конкретного апаратного забезпечення, забезпечуючи повний контроль над процесом обробки інформації на рівні процесора. Такі програми відзначаються високою продуктивністю та ефективністю, що робить асемблер незамінним у задачах, де важливі найвища швидкість виконання або суворі обмеження на апаратні ресурси. Однак, складність цієї мови значно ускладнює її вивчення, розробку та подальше обслуговування коду, що обмежує її використання виключно вузькими сферами, наприклад, у вбудованих системах чи реальному часі. 66 Попри переваги, такі як максимальна оптимізація для апаратного забезпечення та забезпечення найвищої продуктивності коду, асемблер має й суттєві недоліки. Висока складність його освоєння та розробки ускладнює роботу з ним, а погана масштабованість значно ускладнює перенесення коду на інші платформи чи процесори, що робить його менш універсальним у порівнянні з мовами високого рівня. 2. Програмування на C і C++ ці мови поєднують високу продуктивність із достатньою гнучкістю. Вони дозволяють створювати ефективний код, який може взаємодіяти безпосередньо з апаратними ресурсами, такими як регістри, порти або периферійні пристрої, що є вкрай важливим у системах з обмеженими ресурсами. Мова C вже давно стала стандартом для розробки прошивок мікроконтролерів, особливо у промислових додатках, де стабільність і безпека є ключовими вимогами. Завдяки своїй здатності виконувати низькорівневі операції, вона забезпечує максимальний контроль над поведінкою апаратури, залишаючись водночас простішою для розуміння порівняно з асемблером. C++ доповнює можливості C, додаючи концепції об'єктно-орієнтованого програмування. Це дозволяє розробникам організовувати код у вигляді класів і об'єктів, що спрощує управління складними проектами, сприяє повторному використанню коду і робить розробку більш структурованою. Особливо це стає важливим у великих проектах, де масштабованість і підтримка коду є ключовими факторами. Використання об'єктно-орієнтованого підходу дозволяє не тільки впорядкувати процес розробки, але й забезпечити кращу модульність системи, що спрощує тестування і обслуговування. Попри всі переваги, програмування на C і C++ вимагає значного рівня технічної підготовки. Ці мови вимагають від програміста розуміння роботи апаратури на низькому рівні, таких як конфігурація регістрів чи робота з пам’яттю. Написання ефективного коду на C/C++ потребує знання архітектури мікроконтролера, зокрема його периферійних компонентів, і особливостей 67 роботи процесора. Помилки, пов’язані з неправильним використанням пам’яті чи некоректною взаємодією з апаратними модулями, можуть стати причиною серйозних збоїв у системі, тому розробникам потрібно бути дуже уважними. Ще однією важливою особливістю C і C++ є доступ до численних бібліотек, які значно спрощують процес розробки. Вони дозволяють зосередитися на бізнес-логіці, не витрачаючи багато часу на реалізацію базових функцій. Однак використання сторонніх бібліотек потребує ретельного аналізу їхньої якості та оптимізації, адже додатковий код може вплинути на загальну продуктивність і займати зайві ресурси. 3. Ladder Logic (релейна логіка) — це графічна мова програмування, яка використовується для розробки програм для програмованих логічних контролерів (ПЛК). Її структура імітує електричні схеми з реле, що робить її зручною для інженерів-електриків. Основними елементами є контакти (замикаючі та розмикаючі), які перевіряють стан сигналів, і котушки, що керують виконавчими механізмами. Ця мова застосовується в промисловій автоматизації для управління виробничими процесами, такими як робота конвеєрів, систем ЧПУ та інших автоматизованих систем. Програмування здійснюється у спеціалізованих середовищах, таких як WinProLadder (FATEK), Siemens TIA Portal або Mitsubishi GX Works. Ці інструменти дозволяють не тільки створювати програми, але й тестувати їх за допомогою вбудованих емуляторів. Ladder Logic забезпечує надійність і простоту налаштування, що робить її популярною в середовищах, де необхідно швидко адаптувати програми під нові вимоги. Вона широко використовується в проектах, що вимагають високої стабільності та мінімальних ризиків помилок. Основними перевагами є зрозумілість мови, що зменшує час на навчання, та її ефективність у стандартних задачах управління. Однак, вона має обмеження для реалізації складних алгоритмів чи обробки великих обсягів 68 даних. У таких випадках релейну логіку часто комбінують з іншими мовами, наприклад, Structured Text. Ladder Logic залишається стандартом у промисловій автоматизації, забезпечуючи баланс між простотою розробки, надійністю та гнучкістю налаштувань. 4. Functional Block Diagram (FBD) — це графічна мова програмування, що широко використовується для розробки програм для програмованих логічних контролерів (ПЛК). Вона базується на представленні функцій у вигляді блоків, які виконують різні операції: обчислення, логічні функції або обробку сигналів. Блоки з’єднуються лініями, що передають дані, утворюючи структуровану програму, яка відображає потік процесу. Цей метод особливо ефективний у випадках, коли потрібна реалізація складних алгоритмів або інтеграція різних компонентів в одну систему управління. Завдяки наглядності, FBD дозволяє легко візуалізувати взаємодію між компонентами, що полегшує тестування та налагодження. Його використовують у таких середовищах, як Siemens TIA Portal, Codesys і Mitsubishi GX Works. FBD часто застосовується у процесах автоматизації, включаючи контроль виробничих ліній, енергетичні системи, водопостачання та інші складні системи. Зручний графічний інтерфейс дозволяє проектувати програми, зосереджуючись на функціональності системи, а не на деталях реалізації. Основними перевагами FBD є наочність, можливість швидкого створення прототипів та зручність інтеграції з іншими системами. Проте інженерам, які звикли до текстових мов програмування або релейної логіки, FBD може здатися менш інтуїтивним. Це також вимагає знання специфічних функціональних блоків і особливостей роботи середовища розробки. 69 Functional Block Diagram є стандартом у багатьох галузях промислової автоматизації, пропонуючи гнучкий і потужний підхід до проектування складних систем управління. 5. Structured Text (ST) — це мова програмування високого рівня, що використовується для розробки програм для програмованих логічних контролерів (ПЛК). ST є схожою на мови програмування Pascal або C і дозволяє писати складні алгоритми в структурованому текстовому вигляді. Вона ідеально підходить для реалізації складних математичних обчислень, гнучкої логіки управління та інтеграції складних підсистем у систему автоматизації. ST є потужним і універсальним інструментом для створення складних систем автоматизації. Зокрема, вона використовується для управління роботами, автоматичними верстатами, інтелектуальними мережами та іншими комплексними промисловими процесами. Завдяки своїй високій гнучкості, мова дозволяє програмістам реалізовувати будь-які алгоритми, від простих операцій до складних функцій управління. Основні переваги ST — це її гнучкість і здатність підтримувати складні алгоритми, що дозволяє розв'язувати широкий спектр завдань у промисловій автоматизації. Водночас, для ефективного використання ST необхідні певні знання в програмуванні, оскільки мова вимагає чіткої структурованості та дотримання правил синтаксису. Тому, хоча ST є потужним інструментом, вона може бути складною для початківців або тих, хто не має досвіду програмування в текстових мовах. 3.3. Етапи створення програми для ПЛК у WinLadderPro 1. Визначення вимог та специфікацій На початковому етапі було визначено вимоги до керування перемотувальним верстатом, зокрема: • Регулювання швидкості обертання валів. 70 • Регулювання ширини рулону. • Контроль натягу плівки. • Відстеження довжини перемотаної плівки. • Відрізання плівки при досягненні заданої довжини. • Оцінка стану системи та виявлення можливих помилок. На основі цього було сформовано технічне завдання, яке включало опис функціоналу, що реалізовуватиметься програмою. 2. Розробка алгоритму управління Наступним етапом було створення алгоритму управління процесами перемотування. Алгоритм описував послідовність дій для контролю всіх параметрів та управління роботою двигунів, датчиків і контролювальних пристроїв. 3. Створення логічної схеми програми На основі алгоритму була побудована логічна схема програми у вигляді послідовності релейно-контактних діаграм. Діаграми визначають логічні умови для роботи всіх елементів системи: датчиків, виконавчих механізмів та елементів зворотного зв'язку. 4. Програмування в WinLadderPro У середовищі WinLadderPro було створено новий проект, а на панелі програмування створено структуру логічних діаграм, необхідних для реалізації всіх функцій: • Ініціалізація змінних: У налаштуваннях проекту було визначено основні змінні, що відповідають параметрам системи (швидкість, натяг, довжина плівки тощо). • Створення модулів: Було створено окремі модулі (рутинні операції) для контролю швидкості обертання, натягу плівки, вимірювання довжини і діагностики стану. • Таймери і лічильники: Використано вбудовані таймери та лічильники для синхронізації дій і точного відстеження перемотування. 71 5. Налаштування датчиків і виконавчих механізмів На наступному етапі було визначено параметри взаємодії з фізичними компонентами. WinLadderPro дозволяє налаштовувати вхідні та вихідні порти для з'єднання з датчиками та виконавчими механізмами, тому в проекті було налаштовано відповідні порти для контролю швидкості і натягу. 6. Тестування програми у симуляторі WinLadderPro Програму протестовано у вбудованому симуляторі WinLadderPro. Це дозволило перевірити коректність роботи логічних діаграм, а також коректність обробки сигналів від датчиків та команд для виконавчих пристроїв без підключення до фізичного обладнання. 7. Завантаження програми на ПЛК Після успішного тестування у симуляторі програму завантажено на фізичний ПЛК Fatek за допомогою інтерфейсу завантаження WinLadderPro. Після завантаження було проведено тестування на реальному обладнанні з метою перевірки точності виконання програмних інструкцій і відповідності їх технічним вимогам. 8. Фінальне тестування та налагодження Протягом тестування на реальному обладнанні виявлено можливі відхилення або недоліки у логічних умовах були виправлені шляхом налаштування або коригування діаграм і змінних у WinLadderPro. 3.4. Опис програми для ПЛК Програма починається з кількох основних елементів, які контролюють і ініціалізують роботу верстата через ПЛК. На першому етапі відбувається робота з релейною логікою та обчисленнями, які дозволяють контролеру здійснювати необхідні дії для запуску обладнання. Лінії N000–N004(рис. 3.9) M1921 — це контакт, який визначає початкову умову для запуску програми. Він використовується для ініціалізації початкового стану системи та 72 забезпечує запуск певного режиму роботи верстата. Наприклад, цей контакт може бути активований оператором або в результаті сигналу від датчика, що дозволяє системі переходити до активного режиму роботи. 150P.M-BUS — блок зв’язку по протоколу Modbus, який є одним з ключових елементів інтеграції верстата з іншими компонентами системи. Цей блок налаштований на передачу даних, з параметрами Pt=2 (тип зв'язку) та WR=D0 (адреса даних для запису). Він забезпечує синхронізацію та обмін даними між контролером і додатковими пристроями, такими як частотні перетворювачі чи операторська панель. EN (Enable) — сигнал, що дозволяє активувати блок зв’язку. Він забезпечує активацію блоку тільки в необхідні моменти, щоб уникнути зайвих обмінів даними та підвищити стабільність роботи системи. ACT і ERR — індикатори активного стану та помилки. В разі помилки стан буде записаний в регістр M33, що дозволяє оператору або програмі отримувати інформацію про несправності, а успішний обмін даними позначається індикатором M34. Лінії N005–N006(рис. 3.9) Ця частина програми відповідає за обчислення та обробку важливих параметрів для процесу перемотування. 200.I->F і 204.FMUL — це арифметичні операції, що використовуються для перетворення значень з цілочисельного формату в формат із плаваючою комою та виконання множення. Цей етап є необхідним для точного контролю швидкості перемотування та інших параметрів, які потребують високої точності. Значення з регістра R152 перетворюється у формат з плаваючою крапкою, що дозволяє використовувати його для подальших обчислень, таких як множення (результат зберігається у R154). Це забезпечує гнучкість у налаштуванні швидкості і плавність роботи механізмів, що критично для якісної перемотки плівки. 73 Рис.3.9 Лінії N000–N010 Лінії N007–N010(рис. 3.9) Ця секція коду відповідає за підготовку результатів обчислень та передачу даних у наступні регістри для подальшої обробки. MOV (Move) — команди для переміщення обчислених значень у інші регістри. Це важливий етап, оскільки дозволяє організувати та упорядкувати потік даних, що контролює виконавчі механізми системи, такі як двигуни та ролики. Наприклад, результати множення або інших обчислень передаються до регістрів, що керують роботою приводів. Це дозволяє оперативно змінювати параметри роботи верстата у відповідь на вхідні сигнали від датчиків або команди оператора. 74 Лінії N011–N017(рис. 3.10) Ця частина програми активує декілька контактів для забезпечення безпечної та автоматизованої роботи верстата: M80 — головний контакт, який відповідає за активацію автоматичного режиму роботи. При його активації включається основний робочий процес, і верстат переходить у стан, що дозволяє виконувати всі необхідні операції в автоматичному режимі. M35 — контакт, який використовується в декількох секціях програми. Контролює додаткові функції або модулі, окремі приводи чи частини системи, які необхідно активувати в певні моменти для забезпечення безперервної роботи процесу. Рис.3.10 Лінії N011–N017 Лінії N019–N021(рис. 3.10) Контакти M7, M8, M9, M11, M13, M60, M53 та M15, активуються і контролюють роботу різних виконавчих механізмів: M7, M8, M9, M11, M13, M15 — зв'язані з початковими операціями перемотування та підготовкою верстата до роботи. M60 — відповідає за регулювальні механізми, пов'язані з поточною швидкістю та навантаженням. 75 Лінії N023–N026(рис. 3.11) Ця секція відповідає за кінцеві етапи роботи виконавчих механізмів: M112, M113, M52, M53 та інші контакти виступають у ролі кінцевих вимикачів або сигналів зворотного зв’язку від датчиків. Вони можуть сигналізувати про завершення одного робочого циклу і підготовку до наступного, або ж про перехід системи у стан очікування. Ця частина програми виконує роль завершального контролю, забезпечуючи точне позиціонування плівки та коректне завершення операцій. Система готова повернутися у початковий стан або перейти до нового циклу. Рис.3.11 Лінії N019–N026 Ключові Операції та Функції: • Арифметичні операції (переміщення, множення, поділ) — Програма широко використовує команди для обробки даних, що дозволяє динамічно керувати процесом. Команди переміщення значень між регістрами та їх маніпуляція забезпечують точність налаштування швидкості, напруги та інших параметрів роботи. • Управління виконавчими механізмами — Контакти M7–M15 відповідають за контроль та управління двигуном та роликами. Вони синхронізують роботу цих компонентів та забезпечують контрольоване перемотування плівки. 76 • Управління зв’язком — Модуль Modbus на початку програми здійснює обмін даними між основними компонентами системи. Він забезпечує стабільність та узгодженість роботи верстата, дозволяючи контролеру отримувати та передавати важливу інформацію в реальному часі, що критично для автоматизації. Лінії N031–N035(рис. 3.12) Реле M160 і M172 — у цьому блоці використовується логіка, яка активує реле M172, коли значення в регістрі R10 перевищує поріг у 170. Після цього спрацьовують реле M1 і M40. M1 і M40 можуть бути відповідальними за активацію певних механізмів або частин верстата, таких як двигуни або виконавчі механізми, у разі досягнення певного рівня значення. Ця логіка дозволяє програмі контролювати виконання дій на основі станів датчиків або інших параметрів машини. Рис.3.12 Лінії N031–N035 Лінії N037–N040(рис. 3.13) Реле M161 — у цьому сегменті активується реле M161, пов'язане з таймером T100. Таймер встановлює затримку на виконання дій. Ця затримка на 15 одиниць часу дозволяє синхронізувати дії у верстаті та запобігти передчасному запуску механізмів. Це корисно для таких процесів, де потрібен точний контроль за інтервалами часу. 77 Рис.3.13 Лінії N037–N040 Лінії N041–N042(рис. 3.14) Реле M162 — цей блок керує робочими режимами верстату залежно від стану реле M162 та пов'язаного з ним таймеру. Рис.3.14 Лінії N041–N042 Лінії N044–N050(рис. 3.15) Використання M60 і M63 допомагає регулювати роботу певних частин системи, створюючи умови для автоматизації послідовності дій. Це особливо важливо для забезпечення коректного запуску та завершення процесів. Рис.3.15 Лінії N044–N050 Паралельне підключення реле для керування — тут використані реле M50, M60, а також таймери для створення затримок. Ця схема паралельного підключення дозволяє забезпечити правильний порядок активації двигунів або 78 інших механізмів. Послідовність, що забезпечується затримками, знижує ризик виникнення помилок у роботі системи. Лінії N053–N057(рис. 3.16) M163 та M17 працюють разом для перевірки виконання умов перед переходом до наступного етапу роботи верстата. M163 може сигналізувати про готовність системи, а M17 перевіряє проміжні умови. Це забезпечує контроль за послідовністю процесу, де важлива точність. Цей сегмент містить математичні операції, де відбувається додавання значень у регістрах R104, R122, R124 і R126. Ці обчислення можуть бути частиною алгоритму управління, де параметри, розраховані на основі вхідних даних, використовуються для налаштування робочих параметрів верстата. Рис. 3.16. Лінії N053––N057 Лінії N060–N062(рис. 3.17) M166 при виконанні певної умови, яка може бути пов'язана з внутрішнім станом системи або сигналами датчиків. Це реле може служити для ініціації подальших операцій або для перевірки готовності до наступного етапу. У рядках N060–N062 відбувається перевірка значень у регістрах R126 і R176, з якими порівнюються значення R26 та R127 відповідно. Умови перевірки включають порівняння “більше або дорівнює” для обох значень, що може бути частиною логіки контролю параметрів, таких як температура або 79 тиск, у технологічному процесі. Якщо всі умови виконані, активується реле M176. Рис.3.17 Лінії N060––N062 Лінії N063–N067(рис. 3.18) Активується реле M164 разом із M11, яке може мати функцію блокування або управління залежно від стану M164. Цей сегмент містить лінії коду, де відбувається активація реле M164 та M173. Використовуються таймери T106 і T107 для того, щоб встановлювати певні часові інтервали. T106 відлічує певний час до досягнення значення R115, що є вказівкою для системи переходити до наступного етапу або завершувати певну операцію. Рис.3.18 Лінії N063––N067 Лінії N068-N070(рис. 3.19) M174 – коли ця умова виконується, запускається таймер T107. Таймер має налаштування на 15 одиниць часу, після чого додає 1 до лічильника R17 за допомогою блоку 11P (позитивний лічильник). Це означає, що кожного разу 80 після завершення відліку таймера, значення у R17 збільшується, що може використовуватися для підрахунку кількості циклів або часу, витраченого на певну операцію. R17 порівняно з порогами – 172 і 174. Якщо R17 більше або дорівнює 174, програма переходить до дій, інакше вона продовжує поточну операцію. Після завершення умови, значення R17 обнуляється за допомогою команди MOV (08), що необхідно для підготовки до наступного циклу. Рис.3.19 Лінії N068––N070 Лінії N070-N071(рис. 3.20) Коли активується умова M166, виконується блок додавання з плаваючою точкою FADD для додавання значень з R104 у R150. Хоча операндом є 0, ця дія може використовуватися для скидання значень або для початкової ініціалізації. Після цього, високошвидкісний лічильник HSCTR (92) для R20 скидається – це необхідно для підрахунку імпульсів або подій на високій швидкості, забезпечуючи точний облік у швидких процесах. Рис.3.20 Лінії N070––N071 81 Лінія N073(рис. 3.21) Блок 11D додає значення з R4096 до R20, що дозволяє накопичувати результат у R20. Далі, команда HSCTW (93D) записує значення високошвидкісного лічильника у регістр CV. Це забезпечує перенесення даних із лічильника в окремий регістр для подальшої обробки або аналізу, надаючи доступ до зібраних даних із високошвидкісного підрахунку. Рис.3.21 Лінія N073 Лінії N075-N076(рис. 3.22) Тут програма виконує перетворення значення R20 з цілочисельного формату на формат з плаваючою точкою за допомогою команди I->F (200D). Це перетворення є необхідним для роботи з даними в більш точному форматі. Далі виконується множення значень з плаваючою точкою FMUL (204), де значення R22 множиться на R108, а результат записується в R24. Цей процес дозволяє використовувати значення з високою точністю, що особливо важливо для операцій, пов’язаних із точними вимірюваннями або калібруванням. Рис.3.22 Лінії N075––N076 Лінії N077-N079(рис. 3.23) Ділення з плаваючою точкою за допомогою блоку FDIV (205), де значення з R24 ділиться на 1000, і результат записується в R26. Це, ймовірно, використовується для нормалізації або масштабування даних. 82 Віднімання з плаваючою точкою FSUB (203), де значення R110 зменшується на R112, а результат записується в R28. Це може означати обчислення різниці між поточними значеннями в системі. Друга операція віднімання з плаваючою точкою FSUB (203) зменшує R110 на R118, записуючи результат в R30. Це забезпечує додаткове обчислення різниці для інших цілей контролю. Рис.3.23 Лінії N077––N079 Лінії N081, N083(рис. 3.24) Умова M166 разом із порівнянням R26 >= R28 визначає, чи значення у R26 не менше за значення у R28. Якщо умова виконується, встановлюється прапор M167, що може використовуватися як сигнал для наступних операцій. Знову використовується умова M166 разом із перевіркою R26 >= R30. Якщо значення у R26 більше або дорівнює R30, активується прапор M143, який може бути корисним для подальших умовних перевірок. Рис.3.24 Лінії N081, N083 83 Лінії N085-N088(рис. 3.25) Умова M167 з перевіркою R26 >= R110. Це сигналізує, чи є значення R26 більшим або рівним R110. Виконання цієї умови, впливає на контроль системи або викликає певні реакції. Перевірка M167 з умовою R253 = 40 встановлює прапор за точного збігу значення R253 з числом 40, що означає контроль певного параметра. M169 і M14 – додаткові сигнали, що контролюють інші частини програми. M169 і M15 – вказуває на новий статус або завершення певного етапу в операціях. Команда TUP (15) з таймером T104, що підраховує час і завершує підрахунок у R103. Таймер може використовуватися для обмеження часу на виконання певних операцій або для запуску подій після завершення визначеного часу. Рис.3.25 Лінії N085––N088 Лінії N089-N090(рис. 3.26) Цей фрагмент коду починається з активації умов для запуску таймера T104, що використовується для відліку часу, зберігаючи результат у регістрі R103. По завершенню відліку, виконується скидання маркерів M135, M170, M169, і M143, а також встановлення M1000. Це може означати завершення першого етапу процесу, підготування до нового циклу, або початок нового 84 етапу роботи. Додатково встановлюється M128 разом з M28 для забезпечення переходу на наступні кроки. Рис.3.26 Лінії N089––N90 Лінії N091-N093(рис. 3.27) Цей блок коду включає запуск таймера T102, що фіксує відлік часу у регістрі R102. Після завершення таймера, відбувається скидання маркерів M128 та M177 і одночасно встановлюється M132. Це вказує на перехід на новий етап операцій або на початок наступного циклу, дозволяючи програмі продовжити виконання в рамках встановлених умов. Рис.3.27 Лінії N091––N93 Лінії N094, N096(рис. 3.28) На даному етапі активація M170 разом з умовою M10 запускає таймер T105 для підрахунку часу, результат якого зберігається в R114. Після завершення таймера, відбувається скидання M132 і встановлення маркерів M61, M62 та M178. Це дозволяє продовжити виконання наступних кроків програми, забезпечуючи правильну синхронізацію між етапами. Рис.3.28 Лінії N094, N096 85 Лінії N097-N099(рис. 3.29) Цей блок використовує M132 у поєднанні з M9 для запуску наступного етапу процесу. Виконується встановлення M70 для подальшого використання в програмі, що вказує на початок нового етапу. Друга умова M132 забезпечує стабільний стан для наступних операцій. Використання M178 для умов визначає завершення попередніх етапів та переходить до нових завдань. Рис.3.29 Лінії N097––N99 Лінія N100 (рис. 3.30) Встановлення R128 = 1 використовується як основна умова для переходу до останніх операцій. Завершальні операції переміщення MOV встановлюють значення 1 або 0 для регістру R78 та обнуляють R128. Це оновлення стану системи або обнулення регістрів готує систему до нового циклу чи завершує поточний цикл, забезпечуючи готовність до наступного виконання програми. Рис.3.30 Лінія N100 Лінії N102–N104(рис. 3.31) Використовується серія умов на активацію та деактивацію певних внутрішніх маркерів M60, M45, M80, M172, M40 та M2. Наприклад, якщо маркер M2 активований (умова M2 замкнута), а також активований M172 і M40, тоді буде активовано маркер M60. Це означає, що відбувається перевірка кількох умов перед запуском певної дії або процесу, який пов'язаний з активацією M60. 86 Маркер M60 встановлюється або скидається, в залежності від комбінації умов на входах. Рис.3.31 Лінії N102––N104 Лінія N104(рис. 3.31) Секція з командами RST (Reset) очищає декілька регістрів пам'яті та внутрішніх змінних. Це включає регістри wM128, wM160, wM176, wM64, R150, та R17. Після активації певної умови або події система виконує скидання даних у цих регістрах, що використовується для підготовки до нового циклу або завершення операції. Встановлення і скидання внутрішніх маркерів (M60, M45 і т.д.) залежно від умов, що виконуються. Скидання певних регістрів і маркерів після завершення операцій (RST команди). 87 ВИСНОВКИ У процесі виконання кваліфікаційної роботи було досягнуто поставлених цілей і вирішено низку завдань, спрямованих на вдосконалення автоматизованої системи управління для верстата з перемотування плівки. Дослідження включало аналіз сучасних підходів, розробку технічних рішень та їх реалізацію на практиці: • Проведено ґрунтовний аналіз існуючих АСУ, що дозволило виявити сучасні тенденції розвитку в цій галузі. Особливу увагу приділено класифікації систем за рівнем автоматизації, типом приводу, кількістю валів і швидкістю роботи. Це дозволило сформулювати основні недоліки існуючих систем, серед яких виділено недостатню гнучкість алгоритмів, складність адаптації до змін виробничого процесу та обмежені можливості модернізації. • Розроблено нову конструкцію верстата, яка враховує специфічні вимоги сучасних виробничих підприємств. Впроваджені рішення базуються на використанні програмованого логічного контролера FATEK FBs-40MAJ, операторської панелі Weintek MT8071iP, частотного перетворювача CFM310 потужністю 7,5 кВт, а також інших сучасних компонентів, які забезпечують високу продуктивність, надійність та енергоефективність системи. • Виконано детальне проектування системи управління із застосуванням середовища програмування WinLadderPro. Створені алгоритми управління не тільки забезпечують високу точність і стабільність роботи, але й дозволяють легко адаптувати систему до різних типів плівки, що розширює функціональні можливості верстата. Зокрема, реалізовано алгоритми, які враховують змінні параметри, такі як натяг плівки, швидкість перемотування та методи намотування. 88 • У ході тестування було оцінено ефективність впроваджених рішень. Проведені випробування продемонстрували відповідність розробленої системи промисловим стандартам, зокрема щодо надійності, безпеки та швидкодії. Порівняльний аналіз із аналогічними системами на ринку показав значне зниження експлуатаційних витрат та підвищення точності виконання операцій. • Розроблена система управління має високу гнучкість та адаптивність, що дозволяє використовувати її в умовах динамічних змін виробничих параметрів. Це відкриває можливості для модернізації застарілих систем і створення нових автоматизованих рішень на її основі. • Отримані результати було апробовано на науково-практичних заходах, що підкреслює їх актуальність і практичну значущість. Зокрема, результати досліджень було представлено на конференції, де вони отримали схвальні відгуки фахівців у галузі автоматизації. 89 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Smith J. "Real-Time Systems". McGraw-Hill, 2019. 2. Шелудько М. О. "Автоматизовані системи управління: теорія і практика". Видавництво Київського університету, 2018. 3. White R. "Advanced Control Engineering". Butterworth-Heinemann, 2021. 4. Bertsekas D. "Networked Control Systems". MIT Press, 2017. 5. Ковальчук І. В. "Розподілені системи управління: принципи побудови". Видавництво "Наукова думка", 2019. 6. Bolton W. "Programmable Logic Controllers". Newnes, 2020. 7. Петров С. В. "Програмовані логічні контролери у промисловості". Харківський технічний університет, 2017. 8. Bishop R. "The Mechatronics Handbook". CRC Press, 2021. 9. Степанов В. І. "Робототехніка в промисловості". Видавництво "Техніка", 2018. 10. Johnson C. D. "Process Control Instrumentation Technology". Prentice Hall, 2016. 11. Rosenberg S. "Advanced Process Control". Wiley, 2019. 12. Kraslawski A. "Centralized and Decentralized Control Systems". Springer, 2018. 13. Davis R. "Centralized Control in Industrial Systems". CRC Press, 2020. 14. Murray R. M. "Distributed Control Systems: Theory and Practice". Wiley, 2019. 15. Seborg D. E. "Process Dynamics and Control". Wiley, 2016. 16. Russell S., Norvig P. "Artificial Intelligence: A Modern Approach". Prentice Hall, 2021. 17. Didych N., Rosiak Y. "Сучасні автоматизовані системи керування". ELARTU – репозитарій ТНТУ. 2023. 90 18. Білоусова Л. "Сучасний стан та перспективи розвитку ІТ в Україні". Economics.net.ua. 2023. 19. Атанасов М., Йона О. "Проблеми та перспективи застосування корпоративних технологій". Наукові журнали та конференції, Львівська політехніка. 2023. 20. Khalil Z. "Learning PLC Ladder Logic: The Basics". Center of Excellence in Advanced Manufacturing. 21. Chapter 2: Basic Ladder Logic Programming. Kent State University. 22. Learning PLC Ladder Logic. Villanova University. 23. Programmable Logic Controllers and Ladder Logic. Wake Technical Community College. 24. Simulation and Modeling of 3-Floor Elevator System using PLC. 25. MET 382: PLC Fundamentals. University of Utah. 26. EET 438B: Sequential Control and Data Acquisition Laboratory. Southern Illinois University. 27. Industrial Automation with PLCs. University of San Diego. ucsd.edu. 28. PLC Ladder Programming for Beginners. Engineering Tool Kit, UNC Charlotte. 29. Advanced Process Automation Techniques. Purdue University. purdue.edu. 30. Learning Ladder Logic: Applications in Industry 4.0. Career Services, College of Wooster. 31. Seborg D. E., Edgar T. F., Mellichamp D. A. "Process Dynamics and Control". Wiley, 2016. 32. Bolton W. "Programmable Logic Controllers". Newnes, 2020. 33. Russell S., Norvig P. "Artificial Intelligence: A Modern Approach". Prentice Hall, 2021. 34. Peters J., Herbert J. "Microcontrollers in Industrial Automation". Springer, 2019. 35. Murray R. M. "Distributed Control Systems". Wiley, 2019.