หากคุณเคยยืนอยู่ข้างเครื่องกัด CNC ความเร็วสูงหรือเครื่องกลึงที่มีความแม่นยำซึ่งทำงานด้วยการตัดที่ซับซ้อน คุณอาจสงสัยว่าทุกส่วนของกระบวนการเรียงกันอย่างราบรื่นได้อย่างไร หนึ่งในคำถามที่พบบ่อยที่สุดที่ฉันได้รับจากผู้สร้างเครื่องมือกล เทคโนโลยีการบำรุงรักษา และผู้จัดการฝ่ายผลิตคือ: VFD สำหรับสปินเดิลของเครื่องมือกลสามารถสื่อสารกับ PLC ได้หรือไม่ ในฐานะซัพพลายเออร์ของไดรฟ์พิเศษเหล่านี้ ฉันทำงานกับส่วนประกอบเหล่านี้ทุกวัน และคำตอบสั้นๆ ก็คือใช่ แต่ยังมีหลายสิ่งที่ทำให้การสื่อสารนั้นเชื่อถือได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมสิ่งนี้จึงเป็นส่วนสำคัญของประสิทธิภาพของเครื่องมือกลสมัยใหม่
เรามาเริ่มกันที่แต่ละส่วนเหล่านี้ทำหน้าที่อะไรเพื่อกำหนดขั้นตอน VFD (ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร) สำหรับสปินเดิลของเครื่องมือกลไม่เหมือนกับ VFD ที่คุณอาจใช้สำหรับสายพานลำเลียงหรือพัดลมพื้นฐาน สร้างขึ้นเพื่อรองรับความต้องการขั้นสุดของการตัดเฉือน ได้แก่ ความเร็วสูงที่สูงถึง 20,000 รอบต่อนาที การควบคุมแรงบิดที่แม่นยำสำหรับการตัดหนัก และการควบคุมความเร็วที่เข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยงการสึกหรอของเครื่องมือหรือข้อบกพร่องของชิ้นส่วน ในทางกลับกัน PLC (ตัวควบคุมลอจิกแบบตั้งโปรแกรมได้) คือ "สมอง" ของเครื่องจักร โดยจะรันโปรแกรมที่บอกเครื่องจักรว่าเมื่อใดที่ต้องย้ายแกน เปลี่ยนเครื่องมือ ปรับอัตราการป้อน และใช่ ควบคุมสปินเดิล เพื่อให้ทั้งสองทำงานร่วมกันได้ พวกเขาจะต้อง "พูดคุย" กันอย่างสม่ำเสมอ ไม่ว่ากระบวนการตัดเฉือนจะมีความต้องการมากเพียงใด
เมื่อฉันเริ่มต้นในอุตสาหกรรมนี้ครั้งแรก VFD ของสปินเดิลจำนวนมากทำงานโดยใช้สัญญาณเปิด/ปิดง่ายๆ หรือแรงดันไฟฟ้าแบบอะนาล็อกที่บอกให้สปินเดิลเพิ่มหรือลดความเร็วลง ซึ่งใช้งานได้กับแอปพลิเคชันพื้นฐาน แต่ถ้าคุณต้องการปรับความเร็วการตัดตรงกลาง ซิงค์ความเร็วสปินเดิลกับอัตราการป้อนสำหรับเธรด หรือรับข้อมูลแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับอุณหภูมิหรือโหลดของสปินเดิล สัญญาณอะนาล็อกยังไม่เพียงพอ อนาล็อกอาจมีแนวโน้มที่จะเกิดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าจากส่วนประกอบอื่นๆ ของเครื่องจักร ซึ่งนำไปสู่ความเร็วที่ไม่สอดคล้องกัน หรือแม้แต่ข้อความแสดงข้อผิดพลาดที่ทำให้เครื่องปิดกลางคัน นั่นคือที่มาของโปรโตคอลการสื่อสารแบบดิจิทัล และนั่นคือจุดที่ความมหัศจรรย์ที่แท้จริงเกิดขึ้นเมื่อเชื่อมต่อ VFD และ PLC
ปัจจุบันมีโปรโตคอลทั่วไปหลายโปรโตคอลที่ใช้ในการใช้งานเครื่องมือกล และ VFD บางชนิดไม่รองรับ ในฐานะซัพพลายเออร์ ฉันแน่ใจว่า VFD สำหรับสปินเดิลของเครื่องมือกลที่เราจัดเตรียมไว้ให้นั้นทำงานร่วมกับมาตรฐานการสื่อสาร PLC ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด รวมถึง PROFINET, Modbus RTU/TCP และ Ethernet/IP โปรโตคอลเหล่านี้ช่วยให้ PLC ส่งมากกว่าคำสั่งความเร็ว โดยสามารถบอกให้สปินเดิลเปลี่ยนความเร็วจาก 1,000 RPM เป็น 15,000 RPM ในหน่วยมิลลิวินาที ปรับแรงบิดตามวัสดุที่ถูกตัด และดึงข้อมูลแบบเรียลไทม์ เช่น โหลดของสปินเดิล อุณหภูมิ หรือรหัสสัญญาณเตือน ตัวอย่างเช่น หากเครื่องตัดเริ่มสึกหรอในระยะยาว PLC จะสามารถสื่อสารกับสปินเดิล VFD เพื่อปรับความเร็วเล็กน้อยเพื่อชดเชย ทำให้รักษาคุณภาพของชิ้นส่วนให้สม่ำเสมอโดยไม่ต้องหยุดการผลิต
เรามาพูดถึงวิธีการทำงานนี้ในการตั้งค่าเครื่องมือกลในโลกแห่งความเป็นจริงกันดีกว่า เมื่อปีที่แล้ว ลูกค้าที่สร้างเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์อะลูมิเนียมที่มีความแม่นยำสูงติดต่อมาเนื่องจาก VFD สปินเดิลเก่าของพวกเขาไม่สามารถสื่อสารกับ PLC ใหม่ได้อย่างน่าเชื่อถือ ส่งผลให้เกิดเศษชิ้นส่วนและการหยุดทำงานบ่อยครั้ง ไดรฟ์เก่าของพวกเขาใช้เฉพาะสัญญาณอะนาล็อก และสถานที่ของพวกเขามีเครื่องจักรอื่นๆ จำนวนมากทำงานอยู่ซึ่งทำให้เกิดการรบกวนทางไฟฟ้า ซึ่งทำให้สัญญาณความเร็วกระวนกระวายใจ เราขอแนะนำ VFD สำหรับสปินเดิลของเครื่องมือกลที่รองรับ PROFINET ซึ่งเป็นโปรโตคอลที่ออกแบบมาสำหรับระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เนื่องจากมีภูมิคุ้มกันต่อเสียงรบกวนมากกว่าและมีการถ่ายโอนข้อมูลที่รวดเร็วกว่า เมื่อเราเปลี่ยนไดรฟ์เก่าและตั้งโปรแกรมให้ PLC สื่อสารกับไดรฟ์นั้น ปัญหาก็หมดไป ตอนนี้ PLC สามารถปรับความเร็วของแกนหมุนให้สอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของแกน ลดรอบเวลาลง 12% และตัดชิ้นส่วนที่เป็นเศษได้ 8% นั่นคือการสร้างความแตกต่างจากการสื่อสารที่ดี
สิ่งที่ต้องพิจารณาอีกประการหนึ่งคือความเข้ากันได้ PLC บางตัวอาจไม่สามารถใช้งานได้กับทุกโปรโตคอลการสื่อสาร VFD ดังนั้นการตรวจสอบทั้งสองอย่างก่อนตัดสินใจซื้อจึงเป็นสิ่งสำคัญ ตัวอย่างเช่น หากโรงงานของคุณใช้ Allen-Bradley PLC การเลือก VFD ที่รองรับ Ethernet/IP จะทำให้การรวมระบบง่ายขึ้นมาก เนื่องจากได้รับการออกแบบมาให้ทำงานร่วมกันได้อย่างราบรื่น นี่เป็นจุดที่ไดรฟ์พิเศษ เช่น อินเวอร์เตอร์ความถี่แกนหมุน CNC 380v ของเราโดดเด่น—ได้รับการกำหนดค่าล่วงหน้าให้ทำงานกับ PLC ทั่วไป ดังนั้นคุณจึงไม่ต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์ในการแก้ไขปัญหาการสื่อสารระหว่างการติดตั้ง ฉันเคยเห็นลูกค้าเสียเงินหลายพันดอลลาร์เพราะพวกเขาซื้อ VFD ที่ใช้งานได้กับโปรโตคอลที่เป็นกรรมสิทธิ์เท่านั้น และ PLC ของพวกเขาเข้ากันไม่ได้ การสละเวลาในการจับคู่โปรโตคอลล่วงหน้าจะช่วยลดอาการปวดหัวได้มากในภายหลัง
ความแม่นยำคือทุกสิ่งในเครื่องมือกล และนั่นคือจุดที่การสื่อสารแบบดิจิทัลโดดเด่นเหนือวิธีอนาล็อกแบบเก่า เมื่อใช้อนาล็อก สัญญาณความเร็วมักจะเป็นสัญญาณ 0-10V หรือ 4-20mA ซึ่งหมายความว่าความเร็วอาจแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับแรงดันตกหรือสัญญาณรบกวน ด้วยโปรโตคอลดิจิทัล ข้อมูลจะถูกส่งเป็นรหัสไบนารี่ ดังนั้นจึงแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงคำสั่งจริง นั่นหมายความว่าสปินเดิลจะทำงานที่ 10,000 RPM พอดีเมื่อ PLC บอกไม่มากไม่น้อยไปกว่านี้ สำหรับการใช้งานเช่น การหล่อแบบตายตัวหรือการทำแม่พิมพ์ ซึ่งความเร็วเพียง 1% ก็สามารถทำลายชิ้นส่วนได้ ระดับความแม่นยำนั้นไม่สามารถต่อรองได้
ฉันยังถูกถามด้วยว่าการสื่อสารนี้เป็นแบบสองทิศทางหรือไม่ และนั่นคือประเด็นสำคัญ หลายๆ คนคิดว่าเป็นเพียง PLC ที่ส่งคำสั่งไปยัง VFD แต่ VFD ก็สามารถส่งข้อมูลกลับไปยัง PLC ได้เช่นกัน นั่นเรียกว่า “การตรวจสอบสถานะอุปกรณ์” และเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการบำรุงรักษาและประสิทธิภาพการทำงาน ตัวอย่างเช่น หากสปินเดิลร้อนเกินไปเนื่องจากแบริ่งสึกหรอ VFD จะสามารถส่งสัญญาณเตือนกลับไปยัง PLC ซึ่งอาจทำให้สปินเดิลช้าลงเพื่อทำให้เย็นลง หรือแจ้งเตือนให้ผู้ปฏิบัติงานกำหนดเวลาการบำรุงรักษาก่อนที่จะเกิดความล้มเหลวร้ายแรง ความสามารถในการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์นี้ช่วยลดเวลาหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน ซึ่งเป็นเรื่องใหญ่สำหรับผู้จัดการฝ่ายผลิตที่ต้องการเพิ่มเวลาทำงานอยู่เสมอ
แน่นอนว่ามีปัจจัยบางประการที่อาจส่งผลต่อการสื่อสารระหว่าง VFD และ PLC แม้ว่าจะใช้โปรโตคอลเดียวกันก็ตาม การเดินสายไฟถือเป็นเรื่องใหญ่ เนื่องจากสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมมี EMI (การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า) จำนวนมากจากมอเตอร์ ช่างเชื่อม และอุปกรณ์อื่นๆ ดังนั้นการใช้สายอีเธอร์เน็ตที่มีฉนวนหุ้มและการเก็บสายให้ห่างจากสายไฟจึงเป็นสิ่งสำคัญ หากเดินสายไฟใกล้กับสายไฟฟ้าแรงสูงมากเกินไป สัญญาณอาจผิดเพี้ยน ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการสื่อสาร อีกปัจจัยหนึ่งคือการเขียนโปรแกรม PLC หากไม่ได้ตั้งค่าคำแนะนำในการส่งคำสั่งความเร็วหรือการอ่านข้อมูลอย่างถูกต้อง แม้แต่ VFD และโปรโตคอลที่ดีที่สุดก็จะไม่ทำงาน นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมการทำงานกับซัพพลายเออร์ที่ให้การสนับสนุนด้านการตั้งค่าและการเขียนโปรแกรมจึงมีคุณค่า เราช่วยให้ลูกค้ามั่นใจได้ว่าการสื่อสารได้รับการกำหนดค่าอย่างถูกต้องตั้งแต่เริ่มต้น
เรามาพูดถึงความเข้าใจผิดที่พบบ่อยกัน: บางคนคิดว่าเนื่องจาก VFD และ PLC ผลิตโดยผู้ผลิตที่แตกต่างกัน พวกเขาจึงไม่สามารถสื่อสารได้ แม้ว่าโปรโตคอลที่เป็นกรรมสิทธิ์บางโปรโตคอลจะจำกัดความเข้ากันได้ แต่โปรโตคอลทางอุตสาหกรรมที่พบมากที่สุดนั้นเป็นมาตรฐานแบบเปิด ซึ่งหมายความว่าผู้ผลิตทุกรายสามารถสร้างอุปกรณ์ที่รองรับได้ ด้วยเหตุนี้การเลือก VFD ที่ใช้โปรโตคอลแบบเปิดเช่นเดียวกับที่เรานำเสนอจึงมีความสำคัญมาก ทีมของเราทำงานร่วมกับลูกค้าเพื่อยืนยันความเข้ากันได้กับ PLC รุ่นเฉพาะของพวกเขา ดังนั้นพวกเขาจึงไม่ต้องกังวลว่าจะเกิดปัญหา
สำหรับร้านขายเครื่องจักรขนาดเล็ก คุณอาจคิดว่าการสื่อสารในระดับนี้ต้องใช้ความพยายามมากเกินไป แต่แม้กระทั่งสำหรับโรงงาน CNC หรือเครื่องกลึงขนาดเล็ก ก็ยังได้ประโยชน์เพิ่มมากขึ้น ร้านค้าเล็กๆ ที่ฉันทำงานด้วยเมื่อปีที่แล้วกำลังดำเนินการจัดอะไหล่แบบกำหนดเองสำหรับผู้ผลิตในท้องถิ่น และการตั้งค่าเก่าของพวกเขาใช้สวิตช์เปิด/ปิดง่ายๆ สำหรับสปินเดิล ดังนั้นพวกเขาจึงต้องปรับความเร็วด้วยตนเองโดยการหมุนโพเทนชิออมิเตอร์บนไดรฟ์ ด้วยการเปลี่ยนไปใช้ VFD สำหรับสปินเดิลของเครื่องมือกลที่สื่อสารกับ PLC ขนาดเล็ก ตอนนี้พวกเขาสามารถจัดเก็บโปรไฟล์ความเร็วได้หลายโปรไฟล์สำหรับวัสดุที่แตกต่างกัน เช่น อะลูมิเนียมและเหล็กกล้า ดังนั้น พวกเขาจึงไม่จำเป็นต้องปรับระบบขับเคลื่อนทุกครั้งที่เปลี่ยนงาน ซึ่งช่วยลดเวลาการเปลี่ยนงานลงได้ 20 นาทีต่อการดำเนินการแต่ละครั้ง ซึ่งช่วยประหยัดเงินได้หลายร้อยดอลลาร์ต่อเดือน
ตอนนี้ หากคุณอยู่ในตลาดสำหรับ VFD ใหม่สำหรับสปินเดิลของเครื่องมือกล หรือคุณกำลังมองหาการอัพเกรดการตั้งค่าปัจจุบันเพื่อปรับปรุงการสื่อสารกับ PLC ของคุณ สิ่งสำคัญคือต้องมองหาไดรฟ์ที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะสำหรับเครื่องมือกล ไม่ใช่แค่ VFD สำหรับการใช้งานทั่วไป VFD เอนกประสงค์อาจใช้งานได้กับพัดลมหรือปั๊ม แต่ไม่มีการควบคุมความเร็วหรือความสามารถในการสื่อสารที่จำเป็นสำหรับการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำ VFD เฉพาะทางสำหรับสปินเดิล เช่น อินเวอร์เตอร์ความถี่สปินเดิล CNC 380v ของเรา ได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับโหลดไดนามิกสูงของการตัดเฉือน รองรับโปรโตคอลการสื่อสารที่จำเป็น และผสานรวมกับ PLC ได้อย่างราบรื่น
หากคุณเบื่อหน่ายกับข้อผิดพลาดในการสื่อสาร ความเร็วของสปินเดิลที่ไม่สอดคล้องกัน หรือการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนจากการทำงานร่วมกันระหว่าง VFD และ PLC ที่ไม่ดี ถึงเวลาที่ต้องเปลี่ยนแปลงแล้ว เราได้ช่วยเหลือผู้สร้างและผู้ปฏิบัติงานเครื่องจักรหลายร้อยรายในการทำให้ระบบของพวกเขาทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ และเราก็สามารถช่วยคุณได้เช่นกัน ไม่ว่าคุณจะกำลังสร้างเครื่องจักรใหม่หรืออัปเกรดการตั้งค่าที่มีอยู่ ทีมของเราสามารถแนะนำคุณในการเลือก VFD ที่เหมาะสมสำหรับสปินเดิลของเครื่องมือกลที่ตรงกับ PLC ของคุณ ตั้งค่าโปรโตคอลการสื่อสาร และให้การสนับสนุนในทุกขั้นตอน ติดต่อเราวันนี้เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโซลูชันของเรา และวิธีที่เราสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องมือกลของคุณ
อ้างอิง
- "โปรโตคอลการสื่อสารทางอุตสาหกรรมสำหรับการใช้งานเครื่องมือกล" ธุรกรรม IEEE เกี่ยวกับสารสนเทศทางอุตสาหกรรม ฉบับที่ ฉบับที่ 17 ฉบับที่ 3 ปี 2021
- "ไดรฟ์ความถี่ตัวแปรสำหรับการตัดเฉือนที่แม่นยำ: ความเข้ากันได้และประสิทธิภาพ", วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการตัดเฉือน, เล่ม 1 25 ฉบับที่ 4, 2022
- "การบูรณาการ PLC และ Spindle Drive: แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม", นิตยสารระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม, ไตรมาสที่ 2 ปี 2023
- "ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าในการสื่อสารการขับเคลื่อนทางอุตสาหกรรม", วารสารวิศวกรรมแม่เหล็กไฟฟ้าและวิทยาศาสตร์, ปีที่ 1. 22, ฉบับที่ 2, 2022