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絞線機藉由 伺服馬達及邊緣運算技術 提高張力控制穩定度
4月10日 2023
前言
當我們將目光放在電纜絞線製程時,穩定高速生產的關鍵取決於轉體上放線裝置的張力控制精度。與傳統帶式張力裝置乃至於空壓張力煞車相比,非接觸式的 Hysterisis brake系統突破前兩者機械原理的功能上限,大幅提升了生產品質的穩定度。二十多年來,這項技術協助很多電纜廠產出各式高品質的電纜。
圖1 絞線機上的伺服系統
圖2 電纜遮蔽示意圖
圖3 Pioneer 邊緣運算主機板
伺服控制系統的投入 近年隨著科技進步與研發方面的投入,先鋒機械利用伺服控制系統將張力控制的精度和穩定度提升到更高的境界。伺服控制技術被廣泛應用在特高壓電纜遮蔽、控制電纜、複合電纜、和銅鋁導體電纜的生產上。精度與穩定度提升帶來的品質進步,廣受業界人士的好評。 藉由伺服馬達取代空壓/磁滯煞車作為絞線機的張力控制手段,當面臨伺服馬達軸數過多(例如: 96B鎧裝機),數據量過於龐大時,PLC控制器會因為運算能力不足而產生延遲,解析度下降,成為張力控制穩定度提昇的瓶頸,影響成品品質,例如: 遮蔽線的間距不均勻、複合線的絞合鬆緊度差異。 為了近一步提升生產精度,將伺服馬達高精準度與低延遲的特性發揮到極致。先鋒機械研發團隊投入邊緣運算板的開發,希望透過邊緣運算技術將伺服馬達蒐集到的原始數據先行處理計算,同時進行線上閉迴路修正。這樣一來,PLC將大幅減輕運算負擔,專注於處理決策面的工作。
邊緣運算技術介紹 邊緣運算是一個在感應器訊號來源上直接進行數據處理和分析的技術。相比過去將數據收集後傳輸到遠端中央化計算資源統一處理,邊緣運算大幅降低數據傳輸的成本和延遲時間,並增強數據隱私和安全。同時,分散式計算方便無限制的疊加計算能力,不會因為傳輸或計算能力限制而降低資訊的解析度影響生產精度與效能。 伺服馬達張力控制成效 絞線製程中的張力誤差越小,我們就更有機會用更高的速度生產更高品質的電纜。也因為如此,先鋒選擇伺服控制系統,比起空壓或磁滯煞車,伺服馬達有著更高的解析度與更快的反應速度,能在誤差發生時,及時反饋修正誤差。
圖4 附在伺服馬達伺服器(下)的邊緣運算主機板 (上)
轉動慣量的變化 絞線的過程中,絞線機每個鐵軸 從滿軸運轉到空軸,張力裝置的扭矩產生的張力會隨著力臂的變化逐漸提升,同時每個鐵軸的轉動慣量也大幅變化,導致導體上的有效張力會因為機台的加減速存在巨大的落差。 然而,邊緣運算系統能夠即時收集線速度與轉速度訊號,精密計算出外徑和轉動慣量變化,同時利用數位孿生技術(Digital twin)隨時修正伺服系統扭力輸出,達到恆定張力的目標。
圖5 製造過程中磁滯煞車和伺服馬達之間的張力變化範圍差異 斷線檢出耗費時間 斷線對絞線機來說可能是一場惡夢。假設線頭在集合眼膜前停下來,只靠接線的便可以重新投入生產。然而,當線頭不幸被拖超過了集合眼膜,就不是重新接線那麼簡單,需要花費大量的時間重新穿線。不少操作員為了避免這類的情況發生,不願意將絞線機開到目標速度。 邊緣運算系統透過微分運算可以快速評估每個給線裝置實際放線的狀況,並且在以微秒為單位的時間內判斷斷線事件的發生,從而大幅減少實際斷線到機台停機之間的煞停距離。 結語 因為採用伺服系統,絞線機對張力控制的精準度與穩定性有顯著的提升。而邊緣運算的應用大大降低數據傳輸的延遲和PLC的運算負擔。近年,電纜廠接到的訂單愈來越多元,結構複雜度與對品質的要求也越來越高,但這類的電纜也有較高的附加價值。想要擺脫傳統電纜沒有贏家的價格泥巴戰,投入更高的成本產出更高品質的產品或許也是一種不一樣的選擇。
圖6 Pioneer 絞線機

 

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