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-天気予報コム-


    

アルミ押出プレス

等速押出/等温押出

制御システム

RcdWin

機能説明

20181009版プログラムの最新情報 等速押出(RcdWin)パンフレをダウンロードできます。
(右クリックー>対象をファイルに保存 で、ダウンロードできます。)









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 圧力制限と傾斜押しの例     設定速度は 2.2㎜/sec。



説明>圧力がリリーフバルブ値をオーバーしているため、トルクを下げています。後半は、製品温度が上昇して不良にならないように、ラム速度を傾斜させています。



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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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8 制御画面

RcdWinで制御を行っているときには、ディスプレイに次の図のような画面が表示されます。
中央にあるグラフの表示は押出時の制御状況を表示します。
その他のグラフの外にある数値等の表示は押出が終わったときにその押出が終わったビレットの押出時の状況、或いは制御パラメータの表示です。



図8-1 RcdWinの制御画面



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9 押出データ検索画面

RcdWinMoniはrcdWinが登録したデフォルトで20,000件の押出データを日付と時間を指定して検索し、制御状況を表示します。



図9-1 RcdWinMoniの制御画面

説明>[CSV出力]ボタンを実行で、1時間分のデータがCSVファイルに出力されます。
上段の[ログデータ検索実行]ボタンの開始時間と同じにすれば、表示されたデータがCSVファイルに書き込 まれます。
18 ラム速データのスペクトル解析のように、いろいろな解析に利用できます。



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10 リモートメンテナンス

インターネットを利用してプログラムのメンテナンスを行います。

  • リモート監視用のソフトTeamViewer Host.exeをインストールします。
  • プログラム費用は無料です。押出の調査依頼時に、等速押出しパソコンにログインして、押出データを調査致します。
  • 等速押出パソコンには、過去の押出状況が再現できるように、データがログされています。
  • 調査時には、ローカルなネットワークをインターネットのネットワークに接続する必要があります。
  • これは、ローカルネットワーク用のハブに、インターネットのLANケーブルを差しこんで行います。
  • リモートメンテナンスは、日本だけでなく、韓国、中国の工場に対しても行っています。



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11 パソコン画面

  • 等速(RcdWind)、押出管理(EM)、押出データ解析(EDA)など、たくさんのプログラムが稼働します。
  • そのため、ディスプレイは大きな27インチWQHDを使用しています。
  • 防塵パソコンラックは、27インチWQHDディスレイの全部を見ることができる、まもる君Light48を使用しています。



図11-1 等速(RcdWin)と押出管理(EM)



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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


図13-4 等温押出例  韓国で行ったもの。
温度の誤差は+-5℃で、設定温度525℃、ビレット温度は、450℃
温度の誤差を+-1℃にすれば、製品温度はさらに直線になります。



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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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17 アルミ押出のリアルタイムモニタ

 

リアルタイムモニタプログラムに代わって、現在は押出データ解析(EDA)の1画面として、リアルタイムモニタを作りました。 押出1個ずつ表示するのではなく、複数の押出を連続して表示します。EDAは、RcdWindと違って、複数のパソコンにインストールすることができます。 EDAは、ダイス単位に、以前どのような速度で押出をしたかの履歴をみるもできます。作業者にとって、便利なツールです。



17-1 リアルタイムモニタと等速コントローラ




図17-1 押出データ解析(EDA)の一部の画面。複数のパソコンにインストールできます。



18 ラム速データのスペクトル解析

 



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RcdWinMoniプログラムで出力した等速12.7[mm/s],  等速1.9[mm/s] のCSVファイルに対して、スペクトル解析を行ってみました。 ラム速度が遅いと、振動の周期が早くなり、振幅も大きくなることが分かりました。

ラム速が早いと、±0.10[mm/s]で振動、周期は、約1秒。
ラム速が遅いと、±0.15[mm/s]で振動、周期は、約0.5秒。

定期的に行うことにより、機械のメンテナンスに役立ちます。
不良発生時の解析データとして役立ちます。

18-3にべつの工場のラム速データのスペクトル解析を載せます。機械によりラム速データが異なることがわかります。



18-1 等速12.7[mm/s]のスペクトル解析




図18-1 スペクトルには3個山があります。ラム速は、4.39[V]-4.32[V]=0.07[V]±0.035[V]で振動(±0.105[mm/s])で振動 周期は、約1秒です。

18-2 等速1.9[mm/s]のスペクトル解析




図18-2 スペクトルには3個山があります。ラム速は、0.83[V]-0.73[V]=0.1[V]±0.05で振動(±0.15[mm/s])で振動 周期は、約0.5秒

18-3 別工場の等速1.9[mm/s]のスペクトル解析




図18-3 スペクトルには山がありません。ラム速は、1.16[V]-1.19[V]=0.03[V]±0.015で振動(±0.045[mm/s])で振動



19 ラム速立上の自動調整による最適化

 



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等速押出の最大の目標は、オーバーシュートしないで、なるべく早く立ち上げることです。 パラメータには立上係数と立上時間がありますが、それを最適化しました。



19-1 オーバーシュートした時の自動調整




図9-1 説明>設定速度5.9[mm/sec] 立ち上がり係数1.0でオーバーシュートしました。そのため、係数が0.9になりました。




図19-2 説明>設定速度5.9[mm/sec] 立上がり係数0.9で押出しをして、問題ないので係数が0.9のままです。。


19-2 立上がりが遅い時の自動調整





図19-3 設定速度9.7[mm/sec] 立ち上がり係数1.0で押出しをして、9秒で等速にならないので、係数が1.1になりました。


図19-4 設定速度9.7[mm/sec] 立ち上がり係数1.1で押出しをして、問題ないので係数が1.1のままです。




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