Biztonsági övek gyártását segített felpörgetni a Beckhoff

Az Ontario állambeli Londonban található Sodecia GTAC automatizálási részleg a portugál Sodecia iparvállalat ernyője alatt működik, és 2021-ben megrendelést kapott egy nemzetközi járműipari vállalat egyik gépének továbbfejlesztésére. A biztonsági övek magasságállító szerelvényét összeszerelő gép harmadik változatánál elvárás volt a termelékenység fokozása, és korlátozott idő állt rendelkezésre a továbbfejlesztéshez.

A GTAC évek óta fordít időt és energiát egységes vezérlési architektúrák, valamint moduláris, újrafelhasználható kódok kifejlesztésére. „Vezérlési kódunk lehetővé teszi, hogy mindössze 3–4 hónap alatt bonyolítsunk le olyan projekteket, amelyek egyébként jellemzően 8–12 hónapot igényelnének” – nyilatkozta Chris Drees, a Sodecia GTAC szabályozástechnikai mérnöke. „Mindez azt is jelenti, hogy bármelyik mérnökünk hatékonyan képes kiküszöbölni mind a sorozatgyártott, mind az egyedi gépek kódhibáit.”

A Sodecia arról híres, hogy sikeresen teljesít szoros gyártási ütemterveket. Mint Brent Lekx-Toniolo, a korábban független, majd Sodecia GTAC néven a Sodecia részévé vált automatizálási csoport egyik alapítója kifejtette, ezt a versenyelőnyt a szükség szülte. „Azért dolgoztuk ki a keretrendszer-koncepciót a 2000-es évek körül, mert az ügyfeleinktől kapott gépfejlesztési megrendeléseknél gyakran követelmény volt a nagyon rövid piacra jutási idő” – részletezte Lekx-Toniolo. 2007-ben vált világossá a GTAC számára, hogy milyen előnyöket nyújt a Beckhoff vezérlési és hálózati technológiája a keretrendszer megvalósításánál. „Néhány, más platformokkal végzett sikertelen próbálkozás után kiderült, hogy a Beckhoff nyújtja azt a megoldást, amire vártunk” – tette hozzá Lekx-Toniolo. „Azóta házon belül a Beckhoff eszközeire támaszkodunk.”

Finomhangolás általános kód segítségével

Az anyavállalat, a Sodecia az automatizálási csoport számos újítását beépítette saját folyamataiba világszerte közel 40 gyártóüzemében. A járműipari automatizált összeszerelő- és hegesztőrendszerek tervezési, programozási és üzembe helyezési műveleteiben sikeresen vizsgáztak ezek az újítások. „A nagy robotokkal végzett hegesztőgépekhez képest az SBHA#3 („Seat Belt Height Adjuster“) elnevezésű övmagasság-állító kisebb alapterületen lényegesen gyorsabb összeszerelési folyamatokkal rendelkezik” – részletezte Jessy Underhill, a Sodecia GTAC PLC- és robottechnikai mérnöke. „Mindezt az általános kódstruktúránk adott feladathoz való illesztésével voltunk képesek elérni – például szervohajtásokkal végzett forgóasztal-vezérlés és az adatátvitel terén.” Chris Drees ehhez a következőket fűzte hozzá: „Az általános kódunk legutóbbi frissítéseit fel akartuk használni az állásidő csökkentésére, az eredő eszközhatékonyság (OEE) és egyéb mutatók javítására, továbbá a funkcionalitás bővítésére is.”

Az új gép öt szakaszból áll. Két alállomáson az öv állítását aktiváló gombot szerelik fel – ez lényegében egy kis rugós állítószerv. A következő lépésben ezt a szerelvényt egy kis acéllemezhez rögzítik egy anyacsavarral, amely azután egy acélsínen fel/lecsúszik. A negyedik szakaszban a szerelvényt beszerelik egy sínbe, amely végül a jármű vázához lesz rögzítve. Az utolsó szakasz a magasság- és terhelhetőség-méréseket végző minőségellenőrzés az eszközön. Mindehhez négy szervomotort és az ezeket meghajtó két szervohajtást, két képfeldolgozó kamerát, öt változtatható frekvenciájú hajtást (VFD), hat KUKA robotot, 13 mágnesszelep-blokkot és több mint száz be/kimeneti terminált kellett a rendszerbe építeni, emellett hatékony valós idejű vezérlést és adatátvitelt kellett biztosítani.

Az eredeti szerelősor külön cellákból állt, amelyek között külső szállítóberendezés továbbította a munkadarabokat. Az első modernizálásnál a GTAC mérnökei már csaknem a felére, 6 x 6 méterre csökkentették a gép területigényét. „Az első két változat 5,4 másodpercenként gyártott le egy alkatrészt, ezt az új változatnál 5,1 másodpercre kellett csökkenteni” – fejtette ki Chris Drees.

PC- és EtherCAT-alapú logika és mozgásvezérlés

A PC-alapú automatizálási rendszerben a TwinCAT 3 szoftver mint rugalmas, univerzális platform vezérli az összes gépi folyamatot a PLC-től és robotkinematikától a biztonsági funkciókig és IoT-ig terjedően. A PC-alapú gépvezérlőn a TwinCAT szoftveren kívül más programok is futtathatók. A TwinCAT Engineering környezet teljes körűen integrált a Microsoft Visual Studio™ szoftverbe, és lehetővé teszi azt is, hogy a GTAC mérnökei azokon a nyelveken programozzanak, amelyeket a legjobban ismernek vagy amelyek a legmegfelelőbbek az adott alkalmazáshoz. A TwinCAT futtatórendszere a Beckhoff CP2215 típusú egykártyás PC-jén fut, amely a gépvezérlés mellett a kezelőfelület feladatait is ellátja. A 15 collos többérintéses képernyő használata intuitív, segíti a diagnosztikai műveleteket és a PLC-kódban történő hibakeresést is.

Az EtherCAT mint ideális mozgásvezérlő busz gyors ciklusidőt biztosít a Beckhoff AX5000-sorozatú szervohajtásai, más gyártók VFD-hajtásai és a KUKA robotok számára egyaránt. „A KUKA bevezette az EtherCAT használatát, ami egyrészt megkönnyíti a kommunikációt, másrészt lehetővé teszi rendszereink biztonságosságának fokozását‚ Safety over EtherCAT (FSoE) technológia alkalmazásával” – mutatott rá Chris Drees. A TÜV-tanúsítvánnyal rendelkező biztonsági protokoll révén elhagyhatók a minden egyes vészleállítónál, fényfüggönynél vagy más biztonsági eszköznél alkalmazott fix kábelezésű biztonsági vezérlők. Az FSoE segítségével a kábelezés is egyszerűbben oldható meg, mivel a biztonsági adatokat a szokásos be/kimeneti adatok átvitelére használt Ethernet kábeleken viszi át. Az AX5000 típusú hajtásokba szerelt AX580x típusú, opcionális TwinSAFE kártyák révén magában a hajtásban valósíthatók meg a biztonsági funkciók.

A GTAC mérnökei szerint az EtherCAT további nagy előnye, hogy széleskörűek a diagnosztikai képességei. „Amikor EtherCAT-re váltottam, meglepett, hogy milyen könnyen és egyszerűen küszöbölhetők ki vele az üzemzavarok és a hibák” – nyilatkozta Danilo Silva, a Sodecia GTAC vezérlési részlegének vezetője. „Más terepi buszoknál ez nagyon nehéz volt. Az EtherCAT lehetővé teszi minden probléma diagnosztizálását, pontos behatárolását és megszüntetését.” A több mint 30 elterjedt terepi buszt és átviteli protokollt kezelni képes EtherCAT segítségével és az EK9500 típusú buszcsatoló alkalmazásával egyszerűen sikerült beintegrálni két darab, EtherNet/IP protokollon keresztül kommunikáló képfeldolgozó kamerát is. A leírtak, valamint számos DIN-kalapsínre szerelhető IP20, vagy gépre szerelhető IP67 védelmi fokozatú EtherCAT be/kimeneti terminál segítségével sikerült megtalálni a helyes megoldást az üzem összes követelményének kielégítésére.

Övszerelvény csúcssebességen

Az új egyedi géppel a GTAC mérnökei impozáns eredményeket értek el. A TwinCAT automatizálási szoftver lehetővé tette, hogy a Sodecia fontos frissítésekkel korszerűsítse kódbázisát, aminek számos pozitív hozadéka volt. Az SBHA#3 teljesíti a megkövetelt 5,1 másodperc/alkatrész átfutási követelményt: az EtherCAT-alapú gépvezérlő igen gyors, 125 milliszekundumos letapogatási idővel működik. A projektet sikerült a szoros ütemterv szerint teljesíteni: 2021 szeptemberében indult, és 2022 márciusában megtörtént az üzembe helyezés.

A projekt megvalósítása során a Sodecia szorosan együttműködött a Beckhoff Canada csapatával – Dean Herron regionális értékesítési vezetővel és Jim Fallowfield alkalmazás-szakértővel. „A Beckhoff és a Sodecia vállalatot is az 1980-as években alapították, mindkettő fáradhatatlanul fejlesztette technológiáit” – foglalta össze Dean Herron. „A Sodecia moduláris és rugalmas szemléletű gépfejlesztése kéz-a-kézben halad saját PC-alapú vezérlési filozófiánkkal, így a Sodecia csapata lényegesen hatékonyabban tudta véghez vinni szoftver- és hardverfejlesztését.”

A Beckhoff járműipari igényeket kielégítő automatizálási megoldásairól többet megtudhat a vállalat honlapján.