要設(shè)計(jì)一條用于卷繞設(shè)備的驅(qū)動(dòng)鏈，必須全方位入手。Lenze 告訴您：基于我們多年來(lái)豐富的實(shí)踐知識(shí)，我們可以避免在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中犯那些代價(jià)高昂的錯(cuò)誤?；诖?，Lenze 為您設(shè)計(jì)了一款集成了我們多年來(lái)豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)的驅(qū)動(dòng)選型軟件 DSD。我們通過(guò)本實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)報(bào)告向您闡述卷繞設(shè)備如何針對(duì)不同卷繞材料進(jìn)行便捷的選型，并介紹如何利用規(guī)劃數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化后續(xù)的調(diào)試工作。

首先必須了解卷繞的工藝過(guò)程

卷繞驅(qū)動(dòng)用于在加工過(guò)程前后存儲(chǔ)連續(xù)物料。依據(jù)卷繞過(guò)程，這些驅(qū)動(dòng)主要以準(zhǔn)靜態(tài)方式操作。以同步方式操作的卷繞驅(qū)動(dòng)可以用于，如間歇性操作設(shè)備（沖壓機(jī)、切割單元...）。即將被卷繞的材料類(lèi)型和外形范圍非常廣。它們可以是平的（紙張、塑料、金屬箔、織布、網(wǎng)狀織物或織物板等等）或者圓的（絲、繩子、紗、線(xiàn)）。依據(jù)材料和設(shè)備類(lèi)型，平的材料采用中心繞線(xiàn)機(jī)或端面繞線(xiàn)機(jī)。在中心繞線(xiàn)機(jī)中，該驅(qū)動(dòng)器位于卷軸中心；在端面繞線(xiàn)機(jī)，該驅(qū)動(dòng)器位于周邊。用數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，卷起卷繞材料（一個(gè)卷軸）就是一個(gè)螺旋動(dòng)作，在平的材料網(wǎng)中，是一層卷一層；在圓材料中，則是每層相互緊鄰然后疊加卷繞的。卷繞材料以定義好的可變或固定張力進(jìn)行卷繞而生產(chǎn)速度則根據(jù)材料質(zhì)量和當(dāng)前直徑而定。依據(jù)產(chǎn)品，卷繞系統(tǒng)的張力范圍十分廣泛，從大約0.5 N 到 30,000 N。生產(chǎn)速度范圍也很廣，從大約 5 到 2,000 m/min。驅(qū)動(dòng)功率范圍為 0.1 kW 至 400 kW 。

通過(guò) DSD 控制選型

電機(jī)的規(guī)格由轉(zhuǎn)矩決定。對(duì)于中心繞線(xiàn)機(jī)，固定驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩所需的最大值會(huì)發(fā)生在卷軸直徑最大值并在達(dá)到此值時(shí)速度處于最低點(diǎn)的時(shí)候。針對(duì)這些要求，運(yùn)行在弱磁范圍內(nèi)的異步電機(jī)優(yōu)勢(shì)尤其明顯。中心繞線(xiàn)機(jī)要安裝的由張力速度生成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其單位額定值顯著大于實(shí)際卷繞過(guò)程的過(guò)程功率。盡管在卷繞過(guò)程中高速度和高轉(zhuǎn)矩不會(huì)同時(shí)發(fā)生，但是該驅(qū)動(dòng)必須具備可應(yīng)對(duì)這二者同時(shí)發(fā)生這一情況的能力。這一聯(lián)合功率被稱(chēng)作基礎(chǔ)過(guò)程功率。含定義材料張力的中心卷繞機(jī)主要設(shè)計(jì)用于固定操作狀態(tài)。變頻器的動(dòng)態(tài)過(guò)電流儲(chǔ)量在多數(shù)情況下也能夠讓處于緊急狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)器在期望時(shí)間內(nèi)快速減速。然而考慮到較高的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較短的制動(dòng)距離，選型過(guò)程就必須要考慮制動(dòng)轉(zhuǎn)矩參數(shù)。在卷繞機(jī)間歇操作模式下，該動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩通常決定了選型過(guò)程。由于卷繞驅(qū)動(dòng)的選型，正確驅(qū)動(dòng)元件的相應(yīng)選擇，卷繞機(jī)和電機(jī)控制步驟都很復(fù)雜并且需要大量的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)這一問(wèn)題，我們已經(jīng)將所有這些相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用知識(shí)寫(xiě)入 DSD 中。這樣只需使用該軟件，就可以讓每個(gè)設(shè)備工程師能夠輕松地處理選型過(guò)程并且在任何時(shí)候都能夠找到可行解決方案。除了物理驅(qū)動(dòng)選型和產(chǎn)品配置處，我們?nèi)碌?“DSD 卷繞技術(shù)助手”還能幫您檢查是否超出系統(tǒng)限制值并為多個(gè)可選解決方案提供一些有價(jià)值的建議。

印刷機(jī)中心收卷的樣機(jī)選型

這一任務(wù)就是將 80g/mm2 基礎(chǔ)重量的紙卷繞至尺寸為 80mm 至 800mm 的管上。該印刷設(shè)備上的紙張移動(dòng)速度為 400m/min。張力要求最小直徑時(shí)為 250N，最大直徑時(shí)為 200N。

DSD 會(huì)一步一步引導(dǎo)用戶(hù)進(jìn)行所需的所有選型步驟。首先，工程設(shè)計(jì)工程師們可以選擇最簡(jiǎn)單高效的“開(kāi)環(huán)扭矩張力控制模式”。依據(jù)該模式，DSD 會(huì)進(jìn)行設(shè)備背景技術(shù)檢測(cè)，隨后輸入卷軸的尺寸和材料、張力、速度以及加速度數(shù)據(jù)、靜止相數(shù)以及設(shè)備能效值。輸完主要數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)即完成了整個(gè)過(guò)程描述，DSD 使用這一過(guò)程描述來(lái)確認(rèn)該卷軸的相關(guān)具體要求（轉(zhuǎn)矩、速度以及功率）。此外，在加速度階段修改的直徑會(huì)自動(dòng)包含在計(jì)算中；這也是獲取最佳解決方案的一個(gè)小技巧。這種情況會(huì)產(chǎn)生一個(gè) 1.5kW 的固定卷繞功率以及一個(gè) 11kW 的基礎(chǔ)過(guò)程功率。在確定好驅(qū)動(dòng)軸電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)以及該驅(qū)動(dòng)理念之后，再選擇最合適的電機(jī)。在這里還有另一個(gè)小技巧：在該關(guān)鍵性的選型步驟中，可以在 DSD 中交互式地調(diào)節(jié)弱磁場(chǎng)以便生成最小的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率。所有操作都可使用轉(zhuǎn)矩-速度特征曲線(xiàn)進(jìn)行。這樣就選好了減速機(jī)、制動(dòng)器、編碼器、變頻器和可選的電氣制動(dòng)電路。值得一提的是，DSD 在線(xiàn)幫助還可以為最佳選型過(guò)程持續(xù)提供有價(jià)值的操作建議。

在我們的例子中，我們用異步技術(shù)計(jì)算生成了一個(gè) 4kW 的能效電機(jī)（MH 系列）帶一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器、一個(gè) 45Nm 的彈簧制動(dòng)器、一個(gè) i=3 的齒形皮帶、一個(gè)伺服控制的 5.5kW 變頻器（9400 系列）和一個(gè)用于緊急停止的 120W 制動(dòng)電阻。進(jìn)行好完整的選型后，DSD 會(huì)以變量圖表、利用率和技術(shù)系數(shù)進(jìn)行一個(gè)綜合性的系統(tǒng)分析。整個(gè)選型過(guò)程以及文檔生成只需大約 10-20 分鐘，沒(méi)有比這個(gè)更快速、更便捷的方法了！我們還建議您考慮不同的解決方案。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò) DSD 快速生成。DSD 可以幫您以緊湊的格式將這些解決方案一一列舉出來(lái)并相互比較。這樣的話(huà)，您就可以評(píng)估不同驅(qū)動(dòng)理念和產(chǎn)品的利弊，也可以有確定適合解決方案的清晰依據(jù)了。

檢測(cè)方案：應(yīng)用調(diào)諧器

一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的選型過(guò)程通常都使用一個(gè)參考方案和一個(gè)最壞情況的方案。在實(shí)際情況中，該設(shè)備會(huì)處理各種產(chǎn)品以及公式。對(duì)于卷繞設(shè)備，不同厚度的材料卷繞速度也不同。為了確保該卷繞設(shè)備也能使用該操作方案，在已經(jīng)執(zhí)行了主要選型過(guò)程后利用能選擇過(guò)程和運(yùn)動(dòng)變量并自動(dòng)計(jì)算成為備選方案的應(yīng)用調(diào)諧器來(lái)為設(shè)備提供支持。所有相關(guān)結(jié)果的直接對(duì)比體現(xiàn)了過(guò)程側(cè)和驅(qū)動(dòng)側(cè)的更改。這樣的話(huà)，您就能夠立即建立起有關(guān)利用率、限值范圍或能效平衡的清晰概念了。

評(píng)估能效

在過(guò)去這些年里，人們?cè)絹?lái)越重視能源消耗問(wèn)題及由此帶來(lái)的環(huán)境影響和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用透明性。Lenze 倫茨在早期就對(duì)該問(wèn)題做出了響應(yīng)：通過(guò) DSD 中的“驅(qū)動(dòng)解決方案能效性能認(rèn)證”及其精心設(shè)計(jì)的相關(guān)功能為設(shè)備工程設(shè)計(jì)提供專(zhuān)業(yè)支持。這就意味著一旦確定了能效要求、能效成本、CO2 排放以及優(yōu)化潛力，并以圖形化的方式為用戶(hù)在后臺(tái)備好用于卷繞應(yīng)用輸入和所選的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這些最終會(huì)基于使用情況進(jìn)行鏡像處理。通過(guò)這種對(duì)比操作，可評(píng)估相互之間不同的解決方案，并解答疑問(wèn)，例如“哪個(gè)電機(jī)能效等級(jí)最適合該應(yīng)用”、“哪個(gè)減速機(jī)類(lèi)型能實(shí)現(xiàn)損耗最小化”、“是什么影響了能效平衡中的加速度”、“制動(dòng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生多少能量”、“投資成本多高，會(huì)引起多少運(yùn)營(yíng)成本”、“多久能生成出一個(gè)特定的解決方案”等等。

尤其是卷繞應(yīng)用為能效優(yōu)化解決方案提供了巨大的潛能。像這樣，特別是，計(jì)算多軸系統(tǒng)，選擇供電模塊并以能效方式表達(dá)出來(lái)等操作均可在 DSD 中完成。這樣就可以在設(shè)備相互連接的其他驅(qū)動(dòng)軸中利用退卷的再生能原。主要負(fù)載減少到最小而能效增加到最大。

針對(duì)工程鏈的能效

選好并優(yōu)化驅(qū)動(dòng)解決方案后，DSD 會(huì)提供多連接點(diǎn)以執(zhí)行更多的工程設(shè)計(jì)工作。例如，DSD 可定義多種產(chǎn)品特征，如減速電機(jī)的顏色、法蘭和端子盒的位置、插頭、附件、傳感器及其他特殊設(shè)計(jì)要求等等，從而提供所有關(guān)乎價(jià)格的因素，并備好內(nèi)容可用性。所應(yīng)用的 CAD 瀏覽器會(huì)為用戶(hù)立即展示驅(qū)動(dòng)選型的樣子并能為設(shè)計(jì)工程師提供不同格式的 CAD 數(shù)據(jù)。用戶(hù)還可以在自己的 CAD 中查看設(shè)備結(jié)構(gòu)中減速電機(jī)和變頻器的機(jī)械整合性是否正確。在這里，不同范圍和布局下的特定協(xié)議是重點(diǎn)。它們不僅用于記錄解決方案而且還為更多其他工程設(shè)計(jì)任務(wù)儲(chǔ)備信息，讓許多其它功能的實(shí)現(xiàn)成為可能。例如，即時(shí)提供大部分的重要調(diào)試數(shù)據(jù)。這個(gè)起始于過(guò)程描述，包括已經(jīng)輸入的過(guò)程參數(shù)以及最小和最大的卷軸直徑、加速度時(shí)間和線(xiàn)性速度等等。但是計(jì)算好的參數(shù)也有用，如，可以用于轉(zhuǎn)矩前饋控制的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；這就提供了更好的穩(wěn)定性和更精確的控制響應(yīng)。此外，充分了解所選的產(chǎn)品還有利于調(diào)試的順利完成。

為了能簡(jiǎn)化工程設(shè)計(jì)過(guò)程，Lenze 倫茨在整個(gè)工程設(shè)計(jì)過(guò)程中始終提供標(biāo)準(zhǔn)的、機(jī)電一體化的模塊（只需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置）。在 DSD 規(guī)劃頁(yè)面可以找到針對(duì)卷繞的機(jī)械過(guò)程描述。在調(diào)試階段，我們提供了針對(duì)卷繞的 FAST 技術(shù)模塊。該模塊包含了針對(duì)卷繞過(guò)程的功能塊結(jié)構(gòu)和邏輯控制并可使用 DSD 中的儲(chǔ)備信息進(jìn)行參數(shù)設(shè)置等。這樣就加速并簡(jiǎn)化了設(shè)備的工程設(shè)計(jì)過(guò)程并為其專(zhuān)注自己的需求提供了更大的空間。

就產(chǎn)品自身的簡(jiǎn)易性而言，DSD 簡(jiǎn)約而不簡(jiǎn)單。這款工程設(shè)計(jì)軟件的成功性還因?yàn)檫@個(gè)產(chǎn)品的所有功能和工作流程均根據(jù)規(guī)劃任務(wù)而設(shè)計(jì)，通過(guò)其數(shù)據(jù)準(zhǔn)備讓調(diào)試更快更簡(jiǎn)單。這使得 Lenze 倫茨和機(jī)械工程師們之間的互動(dòng)更為高效，同時(shí)也確保了最佳的設(shè)備工程設(shè)計(jì)結(jié)果，簡(jiǎn)化并高效地減少了設(shè)備的總成本，更快速地響應(yīng)市場(chǎng)。值得一提是，DSD 不僅僅能用于卷繞設(shè)備的工程設(shè)計(jì)，還可應(yīng)用到其他幾乎所有類(lèi)型的設(shè)備中去。

DSD 選型軟件提供如下功能:

o 提供應(yīng)對(duì)驅(qū)動(dòng)選型任務(wù)的最佳支持

o 從機(jī)電一體化系統(tǒng)角度規(guī)劃驅(qū)動(dòng)鏈 o 通過(guò)設(shè)備描述（過(guò)程、動(dòng)作、環(huán)境）介入工程設(shè)計(jì)

o 支持計(jì)算物理性要求、利用率和性能數(shù)值

o 創(chuàng)建各自所需的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

o 充分集成 Lenze 多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)及相關(guān)解決方案經(jīng)驗(yàn)

o 產(chǎn)品選擇和檢測(cè)具備目標(biāo)導(dǎo)向性

o 系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)可行性以及最佳解決方案

o 產(chǎn)品配置確保解決方案具備可設(shè)計(jì)性與市場(chǎng)性

o 支持驅(qū)動(dòng)解決方案之間的對(duì)比和優(yōu)化

o 應(yīng)用調(diào)諧器：快速比對(duì)不同應(yīng)用參數(shù)的解決方案

o 能效性能認(rèn)證 - 驅(qū)動(dòng)解決方案：支持特定解決方案的計(jì)算

o 提供解決方案及相關(guān)文檔（選型記錄、物料單等）

o 生成所選產(chǎn)品的 CAD 數(shù)據(jù)

o 支持國(guó)際項(xiàng)目的處理（支持 13 種語(yǔ)言，使用國(guó)際化單位）

用于平滑物料中心卷繞設(shè)備的工作原理

印刷設(shè)備的中央卷繞單元

DSD 中卷繞設(shè)備的選型

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