Hidraulikus tengelyek beépítése az általános vezérléstechnikába
Építőlemez-gyártógépek vezérlése a TwinCAT hidraulikus pozicionáló szoftverrel
Hajók, mobilházak és más könnyűszerkezetes építmények kedvelt építőanyagai a kis fajlagos tömegükhöz képest szilárd, kompozit építőlemezek. Ezek gyártása termelékenyen csak nagy mértékben automatizált gyártósorokon lehetséges. Egy ilyen gépsor vezérlését a Beckhoff PC-alapú automatizálási rendszere vezérli, amely a hidraulikus pozicionálóelemek szerves integrációjára is példát mutat.
A németországi Bad Aibling-ben működő Lightweight Solutions GmbH. által gyártott, Lisocore® elnevezésű, könnyű építőlemezek – a hagyományos faanyagok keretein túllépve – számos különféle, új területen használhatók. Az ilyenfajta építőelemeket előállító, új gépek kifejlesztésében a Beckhoff Antomation már a kezdetektől fogva szerepet vállalt: a PC-alapú vezérléstechnika biztosítása keretében a hidraulikus szervotengelyek gördülékeny rendszerbe integrálását lehetővé tevő, „Hydraulic Positioning” nevű TwinCAT-szoftver-moduljával járult hozzá a munkához.
Beckhoff vezérlő a nagynyomású présgépben
A Lightweight Solutions vállalat egyetemi kutatásokból kiinduló, innovatív mikrovállalko-zásként, ma divatos kifejezéssel „startup” cégként kezdte meg működését. Kezdetben fő munkafolyamatának, egy innovatív, könnyű építőlemez gyártási folyamatának a kiforrottságát kellett ellenőrizni, majd igen rövid időn belül a sorozatgyártás szintjére emelni. A Beckhoff már a prototípus-tervezéstől kezdve kivette a részét mindebből. A PC-alapú vezérléstechnika mellett szóló döntő érv az volt, hogy a Lightweight Solutions a lehető leghamarabb szerette volna elkezdeni a prototípusok gyártását, a lehető legrugalmasabb szoftveres háttérrel[1].
Michael Schäpers, a Lightweight Solutions operatív partnere a Lisocore® könnyű építőlemez magszerkezetét ellenőrzi, mielőtt az a hidraulikus présbe kerülne
A kezdeti időkben a PC-alapú vezérléstechnika igen előnyösnek bizonyult, mert a be-kimeneti rendszer és a szelepvezérlő egységek között terepi busz segítségével járulékos modulok nélküli, közvetlen kapcsolatot biztosított. Mindezek mellett az ikerprés hidraulikus hajtásainak szinkronizált vezérlését, és az adagolóegység vezérlését is könnyedén meg lehetett valósítani a TwinCAT Hydraulic Positioning nevű (hidraulikus pozicionáló) könyvtár segítségével. Az első, háromdimenziós magszerkezeti elemeket már 2006-ban teljes mértékben a Lightweight Solutions által épített préssel állították elő. Ezzel a géppel nem csupán prototípusokat és mintákat gyártottak, hanem éveken keresztül a sorozatgyártást is ezzel végezték.
Komoly fejlesztési potenciál a TwinCAT Hydraulic Positioning szoftver révén
Napjainkban egy tágas gyártócsarnok ad otthont négy darab, az elsőnél lényegesen nagyobb présnek, melyek EtherCAT-hálózaton keresztül vannak összekötve, vezérlésüket pedig egy-egy Beckhoff C6920 típusú ipari számítógép biztosítja. Ezek a gépek alkotják a gyártósor utolsó állomását, ahol a magszerkezeti elemekből a végterméket alakítják ki. Közben a Beckhoff a TwinCAT Hydraulic Positioning könyvtárat átültette a TwinCAT 3 rendszerbe, megőrizve a jól bevált funkcióit.
Az új generációs gépek üzembiztonságát tovább növelték.
A két- és négy munkaállásos prések erőteljes dugattyúi tönkretehetik a gépet, ha egy szelephibát túl későn, vagy egyáltalán nem vesznek észre. A kialakuló hibák kellő időben történő felfedése érdekében a hidraulikai könyvtár a szelepek működésének ellenőrzésére szolgáló programfüggvényeket is tartalmaz. Igen előnyösnek bizonyult, hogy az EtherCAT interfész által nyújtott lehetőségek nem csupán az enkóderek, hanem szelepek esetében is kihasználhatók. Mindennek köszönhetően különféle diagnosztikai információk – többek között a szelepszárak pillanatnyi helyzete – minden különösebb többletráfordítás nélkül kinyerhetők a rendszerből. A hidraulikai könyvtár segítségével felépített modellel összehasonlítva elemezhető a szelepek viselkedése, szükség esetén figyelmeztetéseket vagy riasztásokat generálva. A problémák – például egy elővezérlő szelep táplálási hibái vagy egy főszelep eltömődése technológiai szennyeződések miatt – ily módon megelőző jelleggel feltárhatók és orvosolhatók.
A vezérlőszekrénybe építhető, többmagos processzorral ellátott C6650 típusú ipari PC ellátja a teljes Lisocore® gyártóüzem magas szintű vezérlési és felügyeleti műveleteit
Az összetett gyártási folyamatok hatékony vezérlése
A jelentős mértékben automatizált gyártósorokon fedőrétegekkel veszik körül a Lisocore® magszerkezetet, ezáltal szendvicsszerkezetű elemeket hozva létre. Ez a folyamat bonyolultabb, mint amilyennek első látásra tűnik. Összesen 15 ezer szerelési pont alkotta, alaktartó kötéseket hoznak létre mindössze 20 másodperc alatt, ami különösen dinamikus pozicionálást igényel. A paneleket eközben folyamatosan továbbítják előre, ezért a marófejeket minden egyes soron a „repülő olló elv” szerint kell szinkronizálni (továbbítás közbeni megmunkálás), végre kell velük hajtani a feldolgozási műveleteket, és vissza kell állítani őket a kiindulási helyzetbe, készen a következő feldolgozási műveletre. Az üzemnek csak ezen a részén több mint 20 szervotengely működik.
Amint a fedőrétegek megfelelően összeálltak a magszerkezettel, a még mindig törékeny „szendvicslapok” egy hidraulikusan működtetett, emelőrácsos asztalra kerülnek. Ez egy többszintű présbe továbbítja a lapokat, melyben – szilárdító ragasztó hozzáadásával – egyidejűleg az egyes elemek elnyerik végső, pontos méreteiket.
Az emelőrácsos szerkezetek egyik hátrányos tulajdonsága, hogy berezgésre hajlamosak, amit nehéz elkerülni, még a végállásukban is. Ezek káros hatása csak hosszas várakozási időkkel küszöbölhető ki, feleslegesen késleltetve ezzel a szendvicsszerkezetű panelek továbbítását. Ez végső soron nem csak a gyártósor áteresztőképességének romlását eredményezi, hanem – a ragasztó kiszámíthatatlan kötése miatt – a méretpontosságot is hátrányosan befolyásolja. E probléma megoldására ún. állapot-visszacsatolást alkalmaznak: a hidraulikus munkahengerek belső nyomásértékei alapján korrekciós értékeket határoznak meg, amelyeket a szelepvezérlő jelek beállításához használnak. Az ily módon létrehozott, „elektronikus” csillapítás révén az emelőrácsos asztal a végső pozíciójában gyorsan stabilizálható.
Egy emelőrácsos asztal egy elkészült Lisocore® panelt távolít el a többszintű présből
A teljes rendszert egyetlen, többmagos ipari PC és a TwinCAT 3 szoftver vezérli
Az emelőrácsos asztal és a többszintű prések közötti mozgatáshoz intenzív kommunikációs folyamatok szükségesek, mert a gyártási folyamat közben, dinamikusan dől el, hogy a soron következő terméknek a négy szint melyikére kell kerülnie. A prés réteges kialakítása miatt a szintek helyzete is folyamatosan változik. Ezen a ponton mutatkozik meg a TwinCAT 3 szoftver és a vezérlőszekrénybe épített, élvonalbeli, többmagos (Intel® Core™ i7, négymagos) processzorral rendelkező C6650 típusú ipari számítógép ereje. Ugyanez az elrendezés található számos más, továbbító futószalagok és feldolgozó állomások közötti, szinkronizált átadó pontokon is. Mivel a teljes gyártóüzem szoftvere egyetlen, közös, PC-alapú környezetben készült, nem kell az adatokat és jeleket különféle vezérlőtípusok között átadni, továbbítani.
Még az üzemen belül használt, számos különféle technológia sem jelent hátrányt. A hidraulikus tengelyek vezérlését a feladathoz illesztett szoftverkönyvtár támogatja. Ezzel párhuzamosan működnek – mindenféle fennakadás nélkül – a különféle szervohajtások összetett mozgásvezérlési mechanizmusai és a hulladékhő-hasznosító rendszer is. Mint erről Jens Hülsebusch, a Beckhoff Rendszertervezési Részlegének projektmenedzsere tájékoztatott, mindehhez közel 900 darab EtherCAT-slave egység (IP20 és IP67 védettségű be-kimeneti (I/O) terminálok, AM8000 sorozatú, egykábeles (OCT) szervomotorokat vezérlő, AX5000 sorozatú szervohajtások) szükséges, melyeket két darab EtherCAT-master egység fog össze egy hálózatba. A rendszer a 130 db numerikus vezérlésű (NC-) tengely célértékeit 2 ms-on belül határozza meg.
„A TwinCAT 3 szoftver és többmagos képességei nélkül nem lehetett volna ilyen rendszert megvalósítani” – fejtette ki Michael Schäpers, a Lightweight Solutions operatív partnere. „A különféle feladatokat egymástól függetlenül négy processzormag látta el. Emellett, a Beckhoff belső, EtherCAT-alapú technológiájának köszönhetően nem kellett az üzemen belüli kommunikációs vonalak miatt sem aggódnunk, sőt a gépekből kinyert folyamatadatok alapján egyszerűen kialakíthatók üzemen belüli visszacsatoló mechanizmusok. E különleges lehetőségnek köszönhetően könnyebb új folyamatokat és termékeket kifejleszteni. Elengedhetetlen, hogy a gépeket rugalmasan kezelhessük, és egyszerűen férjünk hozzá a vezérlők adataihoz. A Beckhoff rendszere mellett szóló másik érv a TwinCAT 3 Scope nevű „oszcilloszkóp” szoftver, mely segítségével a folyamatok lefutása részletesen elemezhető, valamint az új folyamatokhoz is segít betölteni mindenféle szükséges információt. Összességében mindezek felbecsülhetetlen mértékben gyorsítják fel a folyamat- és termékfejlesztést.”
Az intelligens programokon keresztül a teljes automatizálási technológia már a gyártómű SAP vállalatirányítási rendszeréhez is hozzá van kapcsolva. A jövőre vonatkozóan Michael Schäpers a következőket szögezi le: „A különleges rendeltetésű gépek gyártóiként folytatjuk az együttműködést a Beckhoffal, elősegítve az Ipar 4.0 alapelveinek megvalósulását.”
A képek jogtulajdonosa: Lightweight Solutions, Germany
Lásd még:
www.lightweight-solutions.com/lisocore
www.beckhoff.com/hydraulic
[1]Lásd: Építőlemez-gyártás PC-alapú automatizálással és többmagos TwinCATtechnológiával.
BECKHOFF Automation Kft.
1097 Budapest, Gubacsi út 6.
Tel.: + 36 1 501 9940
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.beckhoff.hu
Még több Beckhoff
