Mise à niveau de l'automatisation des machines de refendage : le rôle clé du contrôle PLC et du paramétrage

Dans le contexte d'une production industrielle moderne axée sur l'efficacité, la qualité et la flexibilité, l'automatisation des machines de refendage traditionnelles est devenue le seul moyen pour les entreprises d'améliorer leur compétitivité. Dans ce processus de transformation, les automates programmables industriels (API) jouent un rôle essentiel grâce à leurs fonctions de contrôle essentielles et à leurs paramétrages précis, véritables « cerveau » de l'ensemble du système. Ensemble, ils transforment un simple appareil mécanique en une installation de production intelligente, précise, stable et performante.

1. Limitations et exigences de mise à niveau des machines de refendage traditionnelles

Les machines de refendage traditionnelles, telles que celles dotées d'entraînements mécaniques, de contrôle par relais ou de microcontrôleurs simples, sont généralement associées aux problèmes suivants :

• Faible efficacité : la vitesse de changement de commande est lente et l'ajustement repose sur l'expérience du maître, ce qui prend du temps et est fastidieux.

• Mauvaise précision : le contrôle de la tension est instable, ce qui est sujet à des problèmes tels que le serpentage, le froissement et la rupture du matériau, et le rendement est faible.

• Flexibilité insuffisante : difficile de s’adapter à différents matériaux, différentes largeurs et diamètres de bobines.

• Faible degré d’informatisation : absence de fonctions d’enregistrement des données de production, de diagnostic des pannes et de surveillance à distance.

• Maintenance difficile : La ligne relais est complexe et nécessite un dépannage.

L’objectif principal des mises à niveau de l’automatisation est de résoudre ces problèmes grâce aux transmissions électriques et au contrôle par ordinateur, et les PLC sont la pierre angulaire pour atteindre cet objectif.

2. Le rôle essentiel du PLC dans la mise à niveau de l'automatisation de la machine de refendage

Le PLC n’est plus seulement un simple contrôleur logique qui remplace les relais, il a évolué vers une plate-forme complète intégrant le contrôle logique, le contrôle de mouvement et le contrôle de processus.

1. Centre central de commandement et de coordination

L'automate programmable (API) est au cœur du système de contrôle de la machine de refendage. Il reçoit les instructions et les signaux de l'interface homme-machine (IHM) et de divers capteurs (tels que le correcteur EPC, le capteur de tension, le codeur), et transmet les commandes de contrôle aux actionneurs (tels que le servomoteur/moteur à fréquence variable, les composants pneumatiques, les électrovannes) par le biais d'opérations logiques et du traitement de programmes internes. Il coordonne le fonctionnement ordonné et synchrone des différentes unités telles que le déroulage, la traction, le refendage et l'enroulement.

2. Contrôle de tension de haute précision

Le contrôle de la tension est au cœur de la machine de refendage et affecte directement sa qualité. Grâce à des algorithmes de contrôle PID avancés, l'automate programmable traite le signal de retour du capteur de tension en temps réel, ajuste dynamiquement le couple ou la vitesse des servomoteurs de déroulement et de rembobinage, et assure un contrôle constant ou progressif de la tension. Ce contrôle est essentiel pour la manipulation de films extrêmement fins, de fibres extensibles ou de papiers épais, évitant ainsi efficacement l'étirement, l'affaissement et le froissement du matériau.

3. Contrôle précis du mouvement synchrone

Les machines de refendage modernes utilisent souvent des systèmes multi-servo. Un automate programmable (API) contrôle plusieurs servomoteurs via des bus haut débit (par exemple, EtherCAT, Profinet) pour assurer une synchronisation électronique précise des cames entre les axes. Par exemple, l'arbre d'enroulement doit ajuster automatiquement sa vitesse à mesure que le diamètre du rouleau augmente pour maintenir une vitesse linéaire constante, et l'arbre de coupe doit être parfaitement synchronisé avec l'avance du matériau pour garantir une coupe nette. Tout cela est calculé et exécuté avec précision par le bloc fonctionnel de contrôle de mouvement intégré à l'API.

4. Changement automatique de commande et gestion des recettes

C'est la clé pour améliorer l'efficacité. Les opérateurs peuvent prédéfinir des « recettes » pour différents produits sur l'IHM, notamment :

◦ Largeur de refendage

◦ Longueur/quantité de refendage

◦ Consigne de tension

◦ Rétracter le cône

◦ Paramètres de vitesse

Lors du changement de commande, appelez la recette correspondante en un clic et le PLC pilotera automatiquement le servomoteur pour déplacer le porte-outil à la largeur spécifiée et définir tous les paramètres de fonctionnement, ce qui réduit considérablement le temps de réglage et la dépendance aux compétences de l'opérateur, et réalise la flexibilité de la production.

5. Contrôles de sécurité intégrés

L'API peut intégrer des modules de sécurité (ou connecter des relais de sécurité via des bus de sécurité) pour traiter les signaux provenant d'équipements de sécurité tels que les boutons d'arrêt d'urgence, les rideaux lumineux de sécurité et les capteurs de zone, et réaliser des fonctions d'arrêt de sécurité qui répondent aux niveaux de sécurité (tels que SIL2/PLd) pour assurer la sécurité du personnel et des équipements.

6. Collecte de données et mise en réseau de communication

En tant que nœud d'information, le PLC peut collecter et enregistrer l'état de fonctionnement de l'équipement, la sortie, l'alarme de défaut et d'autres données en temps réel, et télécharger ces données vers le système SCADA ou MES (système d'exécution de fabrication) via Ethernet industriel pour réaliser une visualisation des données au niveau de l'usine et une gestion de la production, posant ainsi les bases des usines numériques.

3. Paramétrage : transformer les fonctions PLC en un pont pour une productivité réelle

Quelle que soit la puissance de l'automate programmable industriel (API), son pilotage nécessite des paramètres adaptés. Le paramétrage consiste à traduire les exigences du processus en commandes exécutables par la machine, et le degré de précision détermine directement le résultat final de la production.

Les principales catégories de paramètres comprennent :

• Paramètres mécaniques : tels que le rapport de transmission, le diamètre du rouleau, le numéro de ligne du codeur, etc., ils constituent la base sur laquelle l'API peut effectuer des calculs précis de position et de vitesse.

• Paramètres de tension :

◦ Consigne de tension initiale : définie en fonction des différentes propriétés du matériau (par exemple, PP, PET, feuille d'aluminium).

◦ Paramètres PID (échelle, intégrale, différentiation) : Le réglage de ces trois paramètres détermine directement la vitesse de réponse, la stabilité et la capacité anti-interférence du contrôle de tension. L'ingénieur de mise en service doit procéder à des ajustements précis en fonction des conditions du site.

◦ Coefficient de conicité : contrôle la courbe de la tension décroissante avec l'augmentation du diamètre de la bobine pendant l'enroulement, pour éviter que le noyau ne soit écrasé ou que le matériau extérieur ne glisse.

• Paramètres de vitesse : y compris le temps d'accélération et de décélération (courbe en S), la vitesse de fonctionnement maximale, etc., une accélération et une décélération en douceur contribuent à réduire l'impact sur le matériau et à assurer un démarrage et un arrêt en douceur.

• Paramètres de correction de guidage (EPC) : contrôle la sensibilité et la vitesse de réponse du capteur de guidage et de l'actionneur pour garantir que le bord ou la ligne centrale du matériau est toujours aligné.

• Paramètres d'axe : pour le refendage à couteau circulaire, la quantité de chevauchement de la fraise, la profondeur de coupe, etc. doivent être définies ; pour le refendage et le découpage à couteau, il est nécessaire de calculer avec précision la synchronisation de phase entre la fraise volante et la fraise inférieure.

La valeur du paramétrage : Un excellent paramétrage peut donner toute sa mesure aux performances matérielles de l'équipement, trouver le meilleur équilibre entre vitesse, précision et stabilité, et constitue le « secret » pour obtenir une production de haute qualité et efficace.

4. Résumé

La modernisation de l'automatisation de la machine de refendage la transforme d'un dispositif « à entraînement mécanique » en un dispositif intelligent « défini par logiciel ». Cette transition :

• Le PLC fournit la base matérielle et la plate-forme de capacités pour un contrôle complexe, un mouvement de haute précision et une prise de décision intelligente.

• Le paramétrage est « l'âme » et la « connaissance » injectées dans la plateforme, qui porte le processus de production spécifique et l'expérience opérationnelle.

Ces deux éléments se complètent et sont indispensables. Seul un système PLC puissant et ouvert, complété par une optimisation des paramètres et une recherche approfondie et minutieuse des procédés, permettra aux entreprises d'exploiter pleinement le potentiel de la machine de refendage et, in fine, d'obtenir des gains significatifs en termes de qualité, d'efficacité et de maîtrise des coûts, tout en gagnant des avantages sur le marché.