پروژه: دستگاه شیارزنی و برش کاشی با پوزیشنینگ  و کنترل موقعیت با  سروو موتور V90  زیمنس

(Tile Scoring & Splitting Machine)

شرح کاربرد و عملکرد

در انتهای خط پرداخت (Calibration/Polishing)، کاشی‌ها باید مطابق الگوی تولید، در محل دقیق زیر «واحد شیارزنی و تیغ برش» قرار بگیرند تا شیارهای کنترل‌شده ایجاد و سپس جداسازی (Split) انجام شود. دستگاه شامل:

• نوار نقاله تغذیه سروویی (محور X): هم‌گام‌سازی سرعت با خط و ایستادن دقیق کاشی زیر تیغ برش.

• محور سروویی پوزیشن تیغ/گاید (محور Y): جابه‌جایی سریع و دقیق یونیت شیارزن روی بال‌اسکرو برای تنظیم فاصله/الگوی شیار برحسب سفارش.

•  محور Z برای بالا/پایین‌کردن مجموعه تیغ برش.

کنترل حرکت، پروفایل‌های شتاب/توقف، رجیستر با لبه‌ی جلویی کاشی، جبران خطا و اینترلاک‌های ایمنی همگی توسط S7-1500T انجام می‌شود.

اسم و قطعات اصلی سیستم

• کنترلر حرکتی: CPU 1511T-1 PN 

• سروو درایوها: SINAMICS V90 PN (نسخه 3AC 400 V) × 2 محور

• موتورها: SIMOTICS S-1FL6 (انکدر مطلق 20 بیت)

• HMI: KTP700 Basic/Comfort (نمایش وضعیت، تغییر دستورالعمل شیار)

• ماژول اندازه‌گیری پالس/انکدر: TM PosInput (برای انکدر نوار مرجع/مستر)

• حفاظت ایمنی: استفاده از STO روی V90 (از ترمینال‌ها) + ورودی/خروجی ایمن (F-DI/F-DO) یا رله ایمنی مجزا

• سنسورها: فتو سنسور عبور لبه کاشی (Trigger)، انکدر خطی/غلتکی مرجع روی نقاله، سنسور فشار هوا، سوییچ‌های لیمیت

توپولوژی کنترلی و شبکه

• PROFINET بین S7-1500T و V90 PN (پروفایل PROFIdrive Telegram 105/111)

• TM PosInput به انکدر مرجع نقاله برای هم‌گام‌سازی سرعت/فاز محور X

• TO (Technology Object) برای هر محور در TIA Portal (Positioning/Speed/S-curve)

• کتابخانه Cam/Sync برای سناریوهای رجیستر و ایست دقیق زیر تیغ

مشخصات فنی محورها 

محور X – نوار نقاله تغذیه/ایست دقیق

• انتقال: کوپل مستقیم به غلتک Ø100 mm (r=0.05 m)

• سرعت خط: تا 1.0 m/s

• شتاب: 2 m/s² (هم‌گام‌سازی سریع با خط)

• اینرسی معادل شفت: ≈ 0.0225 kg·m² (غلتک 8 kg + بار معادل)

• گشتاور شتاب: ~0.9 N·m ؛ با اصطکاک/رزرو، Tp ~1.8 N·m

• سرعت موتور: ω = v/r ≈ 20 rad/s (~190 rpm)

• توان مکانیکی در نامی: ~30–100 W (با رزرو)

• انتخاب موتور/درایو: V90-PN + 1FL6 400 W (رزرو کافی برای ضربه‌های لحظه‌ای و تغییر قطر مؤثر)

• فیدبک: مطلق 20 بیت؛ رجیستر با انکدر مرجع خط روی TM PosInput

محور Y – پوزیشنینگ تیغ/گاید (بال‌اسکرو 10 mm/rev)

• جرم مؤثر روی اسلایدر: ~15 kg

• پروفایل حرکت نمونه: جابه‌جایی 200 mm در 0.3 s (Trapezoidal)

• با ta=0.075 s → a ≈ 11.85 m/s² ، vmax ≈ 0.89 m/s

• گشتاور موردنیاز روی اسکرول (با η≈0.9 و اصطکاک ~100 N): ~0.49 N·m

• سرعت دورانی اسکرول: n ≈ 5330 rpm

• توان مکانیکی پیک: ~0.27 kW → با ضریب اطمینان 2×

• انتخاب موتور/درایو: V90-PN + 1FL6 750 W (برای سرعت بالا و رزرو گشتاور)

• فیدبک: مطلق 20 بیت؛ توقف تکرارپذیر ≤ ±0.05 mm (به کیفیت مکانیک بستگی دارد)

نکته: J بازتابی بال‌اسکرو کوچک است (≈3.8e-5 kg·m²)، بنابراین انرژی ترمزی محور Y کم است؛ مقاومت ترمز داخلی V90 معمولاً کافی است اما برای سیکل‌های پرتکرار بررسی EMC/گرمایی توصیه می‌شود.

الکتریکال و قدرت

• ورودی قدرت: 3AC 400 V, 50/60 Hz

• منبع 24 Vdc: SITOP PSU 10 A برای PLC/IO/HMI/سنسورها

• جانمایی: راک کنترل (PLC, TM, شبکه), بخش قدرت (V90ها + راکتور/فیلتر), ریل‌های ایمنی و فرمان

• حفاظت: MCB/MCF برای هر درایو، کنتاکتور اصلی، ترمینال STO سیم‌کشی ایمنی

• کابل‌کشی موتور/انکدر: MOTION-CONNECT با شیلدینگ صحیح؛ رعایت زمین‌کردن ستاره‌ای

محاسبات نمونه‌ی توان مصرفی خط

برآورد محور-به-محور

• محور X (400 W نامی) → متوسط واقعی ~ 120–200 W

• محور Y (750 W نامی) → متوسط واقعی ~ 300–500 W (بسته به سیکل)

با ضریب همزمانی 0.6 برای بارهای هم‌پوشان:

• Pmech,avg≈(0.4+0.75)×0.6=0.69  kWP_{mech,avg} \approx (0.4 + 0.75)\times 0.6 = 0.69\;kWPmech,avg​≈(0.4+0.75)×0.6=0.69kW

• با بازده/ضریب توان درایوها (η≈0.9, PF≈0.9):
  Sline≈0.690.9×0.9≈0.85  kVAS_{line} \approx \frac{0.69}{0.9\times0.9} \approx 0.85\;kVASline​≈0.9×0.90.69​≈0.85kVA

• افزودن مصرف کمکی تابلو، HMI، پنوماتیک و …: ~0.2 kVA

• ظرفیت پیشنهادی فیدر تابلو: ≈1.1–1.3 kVA (حاشیه 20–30%)

انرژی ترمزی/مقاومت ترمز

• انرژی جنبشی محور Y در vmax:
  Ek=12Jeqω2≈6  JE_k = \tfrac{1}{2}J_{eq}\omega^2 \approx 6\;JEk​=21​Jeq​ω2≈6J (کم)

• برای سیکل‌های توقف پرتکرار: بررسی مشخصه Braking Chopper داخلی V90 و زمان‌های Duty جهت جلوگیری از گرم‌شدن. در صورت نیاز مقاومت ترمز خارجی را با ضریب ایمنی حرارتی ≥2 انتخاب کنید.

منطق کنترلی و فلسفه کنترل

1. دریافت دستور محصول از HMI (الگوی شیار، فاصله، سرعت خط).

2. هم‌گام‌سازی سرعت محور X با انکدر مرجع نقاله (Gear-in/Sync).

3. تشخیص لبه جلویی کاشی → شروع پروفایل توقف دقیق زیر تیغ.

4. محور Y طبق دستور شیار جاری، به پوزیشن هدف می‌رود (TO Positioning با S-curve).

5. فعال‌سازی یونیت شیار/برش (ایر/سلونوئید) با اینترلاک‌های سرعت/مکان.

6. آزادسازی کاشی و هم‌گام‌سازی مجدد X با خط.

7. نظارت مداوم بر خطاهای فیدبک/گشتاور/اورلود، ثبت OEE، شمارش قطعه و آلارم‌ها.

نکات پیاده‌سازی و تیونینگ

• جِرک محدود (S-curve) برای کاهش لرزش لبه‌های شیار.

• Feedforward سرعت/شتاب روی محور Y برای پاسخ‌گویی تیزتر.

• کالیبراسیون صفر مکانیکی با انداستاپ دقیق و مارکر انکدر مطلق (با حفظ مرجع پس از قطع برق).

• ایمنی عملکردی: STO برای توقف ایمن، قفل دُرب سرویس با F-DI/F-DO.

• EMC/نویز: جداسازی مسیر کابل قدرت و سیگنال، ارتینگ شیلد به یک نقطه مرجع.

لیست تجهیزات : 

• CPU 1511T-1 PN

• TM PosInput (1×SSI/TTL برای انکدر مرجع)

• HMI KTP700 Comfort

• SINAMICS V90 PN – سایز 400 W و 750 W

• SIMOTICS S-1FL6 متناظر (M/N/E кодینگ مطلق) + کابل‌های Motion-Connect

• SITOP PSU 24 V/10 A + ماژول حفاظتی

• راکتور/فیلتر خط در صورت نیاز به کلاس EMC بالاتر

• سنسورها: فتواسنسور عبور لبه، انکدر غلتکی خط، سوییچ‌های لیمیت، پرشر سوئیچ هوا

• رله/ماژول ایمنی یا I/O ایمن (برای STO، گاردها، دُرب سرویس)

خروجی‌های مهندسی که  در انتهای پروژه تحویل کارفرمای محترم شده است  : 

• نقشه‌های تک‌خط و چندخط (قدرت/کنترل/ایمنی)، لی‌اوت تابلو، جدول کابل‌ها

• پیکربندی کامل TO-ها در TIA Portal، GSDML V90 PN، پروفایل‌های حرکت

• گزارش سایزینگ محورها (گشتاور/سرعت/اینرسی/توان) با مفروضات بار

• فایل HMI (Recipe برای الگوهای شیار + صفحات سرویس و تیونینگ)

• دستورالعمل تیونینگ (P/PI/Notch)، تست FAT/SAT و معیارهای پذیرش

مشهد زیمنس به عنوان یکی از مجموعه‌های پیشرو در زمینه اتوماسیون صنعتی و راهکارهای نوین کنترل، سال‌هاست که در طراحی و اجرای پروژه‌های کنترل موقعیت و حرکت (Motion Control) با بهره‌گیری از محصولات و فناوری‌های زیمنس فعالیت می‌کند.

ما با تکیه بر تجربه‌ی گسترده و تیم مهندسی متخصص، توانسته‌ایم پروژه‌های متنوعی را در صنایع مختلف از جمله:

• نفت، گاز و پتروشیمی (کنترل دقیق فرآیندها، سیستم‌های پمپاژ و پایش ایمنی)،

• صنایع فولاد و فلزات (کنترل خطوط نورد، کوره‌ها و تجهیزات جابه‌جایی سنگین)،

• معادن و صنایع معدنی (اتوماسیون سیستم‌های خردایش، انتقال و بارگیری)،

• صنایع سیمان، کاشی و سرامیک (کنترل موقعیت، برش و حمل دقیق مواد)،

با موفقیت طراحی، اجرا و راه‌اندازی کنیم.

توانمندی‌های ما

• تسلط بر سیستم‌های پیشرفته کنترل موقعیت و حرکت بر پایه PLCهای سری S7-1500T و درایوهای SINAMICS (V90, S120, G120 و …).

• ارائه راهکارهای جامع الکتریکال و مکانیکال از طراحی تا اجرای تابلوهای قدرت و کنترل.

• تخصص در یکپارچه‌سازی سیستم‌های صنعتی شامل PLC، HMI، شبکه‌های صنعتی (PROFINET/Profibus) و ایمنی.

• انجام محاسبات دقیق سایزینگ و بهینه‌سازی انرژی برای افزایش راندمان و کاهش هزینه‌های بهره‌برداری.

• خدمات مهندسی، مشاوره، آموزش و پشتیبانی در تمام مراحل پروژه.

چشم‌انداز

در مشهد زیمنس، رسالت ما ارائه‌ی راهکارهایی هوشمند، پایدار و مطمئن برای ارتقای بهره‌وری و کیفیت خطوط تولید است. ما باور داریم که با تلفیق دانش مهندسی، تجربه صنعتی و تکنولوژی زیمنس، می‌توانیم ارزش‌آفرینی متمایزی برای صنایع کشور ایجاد کنیم.