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ソリューション画像



-天気予報コム-


    

アルミ押出プレス

等速押出/等温押出/製品速度押出

制御システム

RcdWin

機能説明











1 高速押出し

1-1 高速押出し

ラム速と設定速度の誤差がゼロになるように制御電圧をフィードバックすれば等速制御を実現できます。ここで、押出機の特性から求まる制御電圧をフィードバックから求めた電圧にフィードフォワードとして加えます。これにより、ラム速の立上がりが早くなります。このフィードフォワードの制御電圧は、オーバーシュートに対しては、即応性のある制御電圧として利用することが出来ます。

一方、フィードバックのゲインをあげることにより立ち上がりを早くする場合には、ハンチング、オーバーシュートの問題が顕著になります。

高速押し出しという言葉の意味は、フィードフォワードを考慮しない制御にたいして、フィードフォワードを考慮する方法をいろいろなダイス、設定速度にあてはめてみた結果から判断したものです。

技術的には、フィードフォワードだけはでなくフィルター、ゲインのパラメータの動的な変更など種々の要素が絡んでいます。

高速押出しの例を図1-2から図1-4に示します。


1-2 押出機の特性

ここで言う押出機の特性とは、押出しの定常状態(ラム速が設定速度を維持している状態)の時のラム速と制御電圧との関係のことです。これは一次式で現すことができます。この関係を有効に利用することにより、立上がりを早くし、オーバーシュートを減少できます。

問題は、この関係が変化するということです。小さな変化(例えば季節的なもの、設備の関連の油圧異常など)に対しては、動的に関係式を補正します。ただ、もしオーバーシュートが目立つ、立上がりが悪い、などの現象が起きるようであれば、関係式を簡単な操作で入れ直すことができます。また、自動的に関係式を補正して行くように設定することもできます。RcdWinでは、最新のデータから関係式を計算し、図1-1のように表示する機能を持っています。




図1-1 押出機の特性のグラフ Press Machine


図1-2 フィードフォワードあり 設定速度は 6.2㎜/sec。立ち上がりずらいダイスです。


図1-3 フィードフォワードあり 設定速度は 10.5㎜/sec 。立ち上りが中ぐらいのダイスです。


図1-4 フィードフォワードあり 設定速度は 16㎜/sec 。立ち上りの早いダイスです。

注)押し出し開始から20秒以降、計測データがギザギザしているのは、計測時に圧縮したデータを表示しているためです。





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2 オーバーシュート防止

ラム速度の立ち上げのフィードバックゲインと等速でのフィードバックゲインを別にしているので、等速部分とは独立にオーバーシュート防止の調整を行えます。

また、フィードフォワードではラム速の勾配、誤差、押し出し機の特性を考慮して、オーバーシュートが極力起きないようにまたハンチングを防止して制御信号を計算しています。



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3 省エネルギー

ラム速度が上昇するに伴い必要以上の制御電圧をかけても、無効流量となり、油温上昇、電力の損失につながります。これを防止するため、ラム速度と圧力の関係から、制御電圧が必要以上に大きくなるのを防止します。

ポンプの定格負荷と最大吐き出し流量を入力することにより、定格オーバーを防止します。



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4 圧力制限

プレスの圧力が圧力制限を値をなるべく越えないように制御します。この値は、コンピュータのキーボードから、対話形式で設定できます。

次のような目的に効果があります。

  • モーター負荷の軽減。
  • 電力の節減。
  • リリーフから逃げてゆく無効流量の防止。
  • 油温の上昇の防止。
  • ラム速をゆっくり立ちあげる。或いは、機器、ダイス、マンドレルへの圧力負荷を軽減するために、圧力が制限値に達すると同時に下げることもできます。




図4-1 圧力制限オフ 設定速度は 7.4㎜/sec。


図4-2 圧力制限オン 設定速度は 9.2㎜/sec。

注)押し出し開始から20秒以降、計測データがギザギザしているのは、計測時に圧縮したデータを表示しているためです。



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5 傾斜押し

ビレットの後半部分になると、材質によっては、速度をゆっくり落として行き、製品の温度を適切にたもつ必要のあるものがあります。RCDでは図5-1のような傾斜パターンを、コンピュータのキーボードから対話形式で設定できます。 br />

図5-1 傾斜押しのパターン


図5-2 パラメータ入力画面


図5-3 傾斜押し 設定速度は 6.1㎜/sec 終速度 5mm/sec。


図5-4 傾斜押し 設定速度は 9.7㎜/sec 終速度 5.4mm/sec。

注)押し出し開始から20秒以降、計測データがギザギザしているのは、計測時に圧縮したデータを表示しているためです。



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6 ダイスデータベース

ダイスデータベースに制御情報を登録し、RCDと接続することにより以下のような利点があります。

  • 押出し速度管理。
  • ダイスごとの最適制御。
  • 頭出しの自動化。
  • 作業者の負荷軽減と作業の標準化。
  • 作業指示書の簡易化。

詳細はダイスデータベースDIESを参照してください。



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7 頭出しの自動化

ダイスデータベースDIESを参照してください。



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8 制御画面

次は収集データのモニター画面の例です。表示するデータにより多少の変更があります。 現場の制御画面ではボタンや入力BOXがありません。


図8-1 RcdWinMoniプログラムで収集したログデータをモニターしている画面

注>RcdWinMoniはrcdWinが登録したデフォルトで20,000件の押出データをrcdWinと同じPC、或いはネットワーク上のPCから日付と時間を指定して検索し、制御状況をモニターします。制御パラメータを変更して、出力電圧をシミュレーションできます。計測した押出データの出力電圧とシミュレーション値の比較ができます。



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9 押出データ収集データベース

押出データ収集データベースRCCを参照してください。



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10 コントローラのネットワー ク対応

コントローラをネットワーク対応させることにより、以下のメリットがあります。

  • 押出プロセスログデータをネットワークから取得でます。
  • コントローラの制御パラメータを、コントローラを止めずにネットワークから変更できます。
  • インターネットを利用して、リモートメンテナンスができます。
    セキュリティについて> RCD事務所以外からのアクセスは グローバルIPの指定により拒否できます。 ラム速関連パソコンだけでVPNランを作成するので、他の社内のパソコンにはアクセスできません。
  • WEBサーバーを設置し、押出プロセス ログデータをSQLサーバーに登録することにより、インターネットエクスプローラ(IE)で制御状況をモニターできます。また、押出プロセス ログデータの帳票印刷も可能になります。




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11 ラム速度制御盤

設置する場所によりパソコン用の盤とFAクーラーが必要です。.



図11-1 パソコン制御盤とFAクーラー



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12 等温押出制御

傾斜押しでは、アルミ形材の温度の上昇防ぐために、コンピュータに設定したパラメータにより設定速度を滑らかに傾斜させました。ラム速度は、その設定速度の傾斜に追随します。近年、アルミ形材の温度を放射温度計で測れるようになりました。そのため、コンピュータに予め設定した傾斜のパラメータではなく、直接形材の温度を監視しながら、形材の温度上昇を防止できるようになりました。等温押出の FIG12-1、FIG12-2 を見ると、傾斜押しと同じような設定速度のパターンになっています。傾斜押しと異なる設定速度のパターンを示すのは、温度に余裕がある場合です。この場合、FIG12-3,FIG12-4のように設定速度が傾斜するのではなく上昇しています。

注>温度の不感帯、傾斜の強度パターン、サンプリング周波数などの設定により設定速度のパターンは変化します。



図12-1 製品温度上昇防止のため、速度が傾斜しています


図12-2 製品温度上昇防止のため、速度が傾斜しています


図12-3 製品温度に余裕があるため、速度が上昇しています


図12-4 製品温度に余裕があるため、速度が上昇しています

注>図のピンクの線が温度です。



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13 生産量の増加と等温押出

アルミの押出で生産量を上げるためには、ラム速度の立ち上がり時間を短くし、設定速度を高くします。ただし、設定速度を上げると製品の品質不良発生の要因になるので、どれだけ設定速度を上げることができるかは難しい問題です。

品質不良発生の原因として製品の温度上昇があります。等温押出では、押出が定常後の製品温度の上昇を防止できます。そのため、定常後の温度の上昇分⊿Tを、設定速度⊿Vに換算します。そして、⊿Vを設定速度の上昇分とします。これにより、温度上昇に起因する品質不良 発生を防止し、尚且つ生産量を増加させることができます。なぜなら、⊿Vの速度上昇にたいして、増加する⊿Tの温度上昇は等温押出で防止できるからです。

設定温度は押出が設定速度に到達し、定常状態になった時の温度にします。これにより、設定速度が与えられれば、設定温度は自動的にコンピュータにより押出制御中に求まるので、設定温度の指定の必要がありません。

押出時間は1分から30分と、アルミの合金やダイスの形状により異なります。等温押出は設定速度を上げることにより、生産量を増加させる方法なので、押出時間が長いものほど効果があります。




図13-1 等速押出に比べて設定速度を割増しています。ラムの立上がりで設定温度を自動的に求めます。等温押出で、ラム速度が傾斜しているのがわかります。


図13-2 押出の真ん中で製品温度が乱れています。そのため、自動的に一時等速モードに切り変わっています。製品温度が正常になると自動的に等温押出をします。


図13-3 等温押出システム図



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14 アルミニウム押出管理とRcdWin

14-1 最適押出

最適な押出制御とは、不良品がでない、生産性が高い、品質がよいの3つです。この目的のために、ダイスごとに押出制御パラメータを変更します。パラメータには押出速度(設定ラム速度)、プラー張力、ストレッチ量、製品速度、ビレット温度、ファンパターン、ホール数、製品温度、早い立ち上がりで製品が飛出す特性を持つダイス、コンピュータ制御(rcdWin使用)の有無などがあります。

14-2 押出パラメータの自動化


押出順番をスケジューリングされたダイスNOを選択するだけで、前回押出のパラメータが各機械にセットされます(押出速度制御パソコン、押出プレス、プラー、ビレットヒーターなど )。オペレータには、前回の値が表示されるので、問題があった場合は修正します。次に該当ダイスを 使用した押出を行う場合は、修正した値がオペレータに表示され、その値で押出が行われます。 スケジューリングに変更があった場合は、変更のあったダイスNOをタッチパネルから入力します。押出順のスケジュールは自動的に再スケジュールされます。



14-3 押出管理のメリット


  • パラメータの設定が自動化され、オペレータの作業が軽減します。
  • 不良が発生した場合、制御パラメータを調査できます。rcdWinMoniを使用すれば、その時の押出をモニターできます。
  • 押出が標準化され、オペレータによりまちまちなパラメータになりません。
  • 最適押出しパラメータを効率よく見つけ出すために、前回の押出パラメータがフィードバックされています。
  • 押出順のスケジュールに変更があった場合も、再スケジュールします。そのため、緊急なダイスにも対応できます。

14-4 押出管理 システム図





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15 PCとNPLCの分散制御

 

アルミ押出機のPC(パソコン)制御が、LANに接続したPCとネットワークPLCを使用して分散制御ができるようになりました。PCの役割は押出機の制御ロジックの実行です。ネットワークPLCの役割は設備との信号のやり取りです。

分散制御によるPCのメリットは以下です

  • PCはPLCとLANケーブルで接続しているだけなので、工場内のどこにでも置くことができます。
  • 過電圧の心配がなく、電気的に安全です。
  • 工場の設備管理者が苦手なPCの計測ボードをメンテする必要がありません。


分散制御によるPLCのメリットは以下です。

  • 対環境性がすぐれているので、機械やセンサーのすぐそばに置くことができます。
  • 苦手な計算や制御ロジックはPCが行います。
  • 工場の設備担当者はPLCの扱いに慣れています。


PCは計算やデータベースなど得意な分野の仕事に集中できるようになります。PLCは設備との信号のやり取りが主体ですが、簡単な制御ロジックを組み込むことも可能です。



注>ネットワークPLC: Ethernet機能付きPLC(Programable Logic Controller )。リレー回路の代替装置として開発された、手のひらにのる小さなコンピュータです。工場の自動機械の制御に使用されます。

15-1 パソコンとNPLCの分散制御図





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16 製品速度による等速押出

 

ラム速度の設定で等速押出をしていても、押出作業者が最終的にチェックするのは製品速度です。これは、頭出しの次の最初の1本目で行います。これを、コンピュータで自動化しました。ラム速度の設定ではなく、製品速度の設定をすれば、製品速度で等速押出をします。手動で押出をするときも、コンピュータで押出をするときも、製品速度で押出速度の管理ができます。

製品速度で等速押出をすることの利点は以下です。

  • 手動押出のときは製品速度、コンピュータの等速の時はラム速度の設定電圧というような速度の2重管理がなくなります。
  • 手動からコンピュータの等速に移行するときに、同じ製品速度が使用できるので移行がスムーズです。
  • 同じラム速度でも、製品ごとに速度が異なります。製品速度の設定の方が、ラム速度の設定より、作業しやすくなります。
  • 押出速度の製品速度でのチェックが不要です。製品の品質の検査の方に作業を集中できます。




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17 アルミ押出しのリアルタイムモニタ

 

押出しの現場には等速押出し用パソコンのモニタがあります。現場のパソコンと事務所のパソコンはLANケーブルで接続されていますが、管理事務所では、今まで現場の押出し状況がわかりませんでした。リアルタイムモニタにより、現場の状況把握ができます。その他に、過去の押出しデータの検索とグラフ化、CSVファイル化ができるようになりました。



17-1 リアルタイムモニタと等速コントローラ




17-2 リアルタイムモニタ画面







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