Építőlemez-gyártás PC-alapú automatizálással és többmagos TwinCAT-technológiával

A lightweight solutions vállalat lisocore^® elnevezésű könnyű építőlemeze úttörő jelentőségű mind a végtermék, mind az azt létrehozó gyártóberendezés tekintetében. A vállalat kezdettől fogva a Beckhoff PC-alapú automatizálási technológiájára alapozta gépeit. A gyártás egyedülálló folyamataihoz szükséges rugalmasság a Beckhoff ipari PC-nek és a TwinCAT 3 szoftverrel megvalósított többmagos technológiának köszönhető.

A lisocore^® ötletét Michael Schäpers vetette fel 2004-ben egy, a Rosenheimi Egyetemen tartott statikai témájú előadásában. Ekkor jött rá, hogy egy szendvicsszerkezet középső rétegét héjszerkezetként kialakítva ideális teherhordó anyag hozható létre. Az eredeti ötlet megvalósítására Bad Aibling városában megalapította a lightweight solutions GmbH vállalatot. A cég lisocore^® elnevezésű terméke egy rendkívül hatékony és könnyű építőlemez, melynek két vékony fedőrétege egy háromdimenziós magszerkezetet fog közre. A gyártás kulcsfontosságú lépése, hogy a fedőrétegek pontmarásával bemetszéseket alakítanak ki, amelyeken át erős ragasztó segítségével szilárdan rögzítik a magszerkezetet. „A végeredmény egy hagyományos megjelenésű, de a faforgácslemezhez képest egyedülállóan nagy teherbírású szendvicselem” – magyarázza Michael Schäpers ügyvezető igazgató. – „Az anyag attól olyan különleges, hogy a súlya a fele, a hajlító rugalmassági modulusa viszont kétszerese a hagyományos elemekének.”

A lisocore^® kompozitpanelek teljes gyártási rendszerének vezérlését és felügyeletét egy vezérlőszekrényben elhelyezett, többmagos processzorral ellátott, C6650 típusú ipari PC végzi

Egyedi megoldások speciális gépekhez

Egy teljesen új anyag gyártásánál a hagyományos gépek nem sokat segítenek – egyedi automatizálási megoldásra van szükség. Mint Michael Schäpers visszaemlékezett: „Amikor 2005-ben a Beckhoff vállalattal közösen kifejlesztettük az első gépet, úttörő munkát kellett végeznünk. A szükséges berendezések megtervezésére még nem volt kialakult gyakorlat, és tapasztalat is alig, ezért az automatizálásnak nagyon rugalmasnak kellett lennie. Valójában menet közben, a rendszer megépítése során dolgoztuk ki a pontos gyártási paramétereket. Ennek megfelelően, képesnek kellett lennünk arra, hogy gyorsan reagáljunk a változtatásokra, ami annyit jelentett, hogy a teljes rendszert terepibusz-technológiára kellett alapozni. Követelmény volt továbbá a rendszer gördülékeny bővítése az eredeti tervében nem szereplő új hajtásokkal és biztonsági modulokkal. Eleve kizártunk minden olyan előre összeszerelt modult és eszközt, amelyet utólag nem lehetett volna megváltoztatni.”

A lisocore^®-panel szerkezete

A teljes rendszert egy többmagos ipari PC vezérli

A lisocore^® gyártása jelenleg a lightweight solutions leányvállalata, az lws maschinenbau GmbH által kifejlesztett gyártósoron történik. Az 500 m2 területű gyártósor kifúrja a fedőrétegeket, felviszi a ragasztót, a fedőrétegeket a belső magra ráragasztva létrehozza a szendvicsszerkezetet, végül pedig a kész lapokat kötegeli és becsomagolja. A magpanelek különleges, szövés nélküli textíliából készülnek saját fejlesztésű, felső nyomóhengeres, hidraulikus sajtológépen; a négy ilyen gép mindegyikét egy-egy C6920 típusú, vezérlőszekrénybe szerelt ipari PC vezérli. Ennél a rendkívül nagy gyártósornál a legnagyobb feladat a teljes automatizálási rendszer egyetlen PC-n történő megvalósítása volt. A megoldás kulcsa abban rejlik, hogy a Beckhoff vállalat PC-alapú automatizálási technológiája lehetővé teszi bizonyos vezérlési feladatok hozzárendelését adott processzormagokhoz.

Panelek bútorokhoz és belsőépítészeti alkalmazásokhoz

„A TwinCAT 3 nélkül egy ilyen többmagos rendszer megvalósítása lehetetlen lett volna” – fejtette ki Michael Schäpers. „A különböző feladatok feldolgozásához négy processzormag állt rendelkezésünkre. További könnyebbséget jelentett, hogy a Beckhoff EtherCAT-alapú technológiájánál nem kellett foglalkoznunk a rendszeren belüli adatátviteli vonalakkal. Nagyon könnyű volt a gépből gyűjtött folyamatadatokat visszatáplálni a vezérlőrendszerbe – ez a speciális szolgáltatás segítségünkre van az új folyamatok és termékek fejlesztésekor. Teljeskörűen kell tudnunk kommunikálni a géppel, és hozzá kell férnünk a vezérlési adatokhoz.
A Beckhoff másik igen hasznos terméke a TwinCAT Scope: ezzel a szoftverben megvalósított „virtuális oszcilloszkóppal” részletesen elemezhetjük a munkafolyamatokat, egy új folyamathoz be tudjuk tölteni az összes szükséges adatot. Ezek a szolgáltatások óriási mértékben gyorsítják fel mind a gyártást, mind a folyamatfejlesztést.”

A teljes gyártósor vezérlőrendszere több, mint 2500 adatpontot kezel. A hardver 73 db AX5000 szervomeghajtóból, 51 db EtherCAT-csatolóból, 778 db EtherCAT-terminálból és 22 db be-kimeneti EtherCAT boxmodulból áll

A TwinCAT 3 széleskörűen támogatja a többmagos funkciókat

Michael Schäpers szerint a TwinCAT 3-szoftver többmagos képességei döntőek voltak az automatizálási rendszer kiválasztásánál. Ezeket a lehetőségeket a következőképpen használják ki: az első mag a kezelőfelületet futtatja Windows alatt, a második mag a további kezelőfelületekért felelős, valamint futtatja az NC-tengelyeket vezérlő TwinCAT NC PTP tengelypozicionáló szoftvert, a harmadik magon fut a síkprés szervohidraulikáját vezérlő TwinCAT-szoftver, a negyedik magon pedig a TwinCAT PLC.
A szervohidraulika különlegessége a vezérlési technológiával való kapcsolatának megvalósítása, különösen a sok NC-tengely miatt. Mind az elektromos, mind a hidraulikus vezérlések TwinCAT alatt futnak, ezért nagy pontossággal le lehet képezni a folyamatciklust.
A PC-alapú vezérlési technológia ezen képességeit kihasználva az összes funkció megvalósítható egyetlen számítógépen, ami további biztonságot jelent az alkatrészek rendelkezésre állásában. Mivel minden program egyetlen számítógépen fut, egy második ipari PC-vel könnyedén biztosítható a tartalékolás.

A feldolgozóállomások négyzethálós elhelyezése rendkívül kompakt és hatékony gépösszeállítást eredményezett

Minden vezérlési adat rugalmasan elérhető

Bár a rendszer rendkívül bonyolultnak tűnik, valójában egészen jól kezelhető. Az architektúra csoportokra van osztva, mindegyiknek saját vezérlőszekrénye, be- és kimenetei vannak. Mint Michael Schäpers elmagyarázta: „A gyártósor optimalizálása érdekében képesnek kell lennünk az új funkciók kényelmes hozzáadására, illetve a meglévők könnyed eltávolítására. Ilyen nagy rendszert csak akkor lehet szakszerűen üzemeltetni, ha a vezérlő hozzáférési opciói rugalmasak – a Beckhoff vezérlőrendszere pedig tökéletesen kielégíti ezeket a követelményeket.”

Jens Hülsebusch, a Beckhoff rendszerfejlesztési projektigazgatója néhány fontos összetevő felsorolásával szemléltette az összeállítás méretét és bonyolultságát: „A négymagos Intel^® Core™ i7 processzorral ellátott C6650 típusú, vezérlőszekrénybe épített ipari PC csaknem 900 EtherCAT slave-et vezérel, többek között EtherCAT-terminálokat és be-/kimeneti EtherCAT box-modulokat, valamint két terepi EtherCAT-masterre elosztott, AX5000-szervomeghajtót. Egy programfeladat két ezredmásodperc alatt összesen 130 darab NC-tengely mozgatását számítja ki, a mozgatást pedig 73 darab AX5000 típusú, AX5805 TwinSAFE-kártyával ellátott szervomeghajtó végzi, AM8000 típusú szervomotorok egykábeles (OCT) technológiával történő meghajtásával. A gyártósor rendkívül gyors vezérlési technológiát (XFC – eXtreme Fast Control) használ, valamint TwinCAT „Repülő Olló”-funkciót (továbbítás közbeni megmunkálást) és négy CP79xx-sorozatú vezérlőpanelt is tartalmaz, ami könnyűvé teszi a gép üzemeltetését.”

Ergonomikus gépüzemeltetés a Beckhoff könnyedén használható, CP79xx típusú vezérlőpaneljeivel

A lightweight solutions vállalatnál üzemeltetett gépek egyik legnehezebb feladata a rengeteg fúrási és ragasztási pontra való pozicionálás. A ragasztót 20 másodpercnél rövidebb idő alatt kell nagy pontossággal felvinni 15 000 furatra. Michael Schäpers nyilatkozata szerint: „Ilyet még senki sem csinált, ezért a Beckhoff rugalmas vezérlési technológiája volt az egyetlen lehetőségünk a lisocore^® bonyolult gyártási folyamatának gazdaságos megvalósítására.”
A Bad Aiblingban beindított termelés óta a lightweight solutions – a növekvő kereslettel lépést tartva – folyamatosan növeli gyártókapacitását. A vállalat a jövőben a jelenleginél kétszer-háromszor nagyobb kapacitású gyártósort kíván felépíteni. „Négy beadagoló állomást és két fúró-ragasztó állomást fogunk üzemeltetni” – magyarázta Michael Schäpers.

Daniel Rauh, a lightweight solutions gyártásvezetője, Michael Schäpers, a lightweight solutions ügyvezető igazgatója és Jens Hülsebusch, a Beckhoff rendszerfejlesztési projektigazgatója bemutatja a vezérlőrendszert

A skálázható PC-alapú vezérléssel kielégíthetők az Ipar 4.0 követelményei

A Beckhoff ipari PC képességei nemcsak a gyártókapacitás növelésében mutatkoznak meg. Mivel a TwinCAT 3 többmagos működésének köszönhetően az ipari számítógép további feladatokat is el tud végezni, a lightweight solutions úgy döntött, hogy épületvezérlési rendszerét is beépíti a PC-alapú vezérlőbe.
A jövőre nézve fontos szempont az Ipar 4.0 is. A koncepció megvalósításának első lépéseként a vállalat már teljes automatizálási platformját csatlakoztatta a vállalati SAP-rendszerhez; ezért döntött Michael Schäpers máris úgy, hogy „különleges gépgyártóként az Ipar 4.0 felé vezető úton továbbra is számítunk a Beckhoff támogatására.”
A termékről a www.lightweight-solutions.de/lisocore, a PC-alapú automatizálásról a www.beckhoff.hu honlapon talál további információt az érdeklődő.

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