Jelentős javulás érhető el a Beckhoff PC-alapú vezérlésével

Az Arizona államban, Tusconban székelő Pensar Otra Vez, Inc. vállalatot Mike Edwards gépészmérnök alapította 1994-ben. A cég az évek során sok szakterület, elsősorban az orvostechnika, az akkumulátorgyártás és az autógyártás számára épített gépeket. A részegységek, folyamatok és stratégiák rendszeres újraértékelésének gondolata még a vállalat nevében is benne van: a spanyol kifejezés jelentése „újragondolni”. Így amikor 2019-ben egy régi ügyfele, egy első szintű autóipari beszállító felkérte, hogy nyomtatott áramköreinek magas hőmérsékleten történő végellenőrzéséhez új termékkezelőt fejlesszen ki, Mike Edwards nem egy meglévő konstrukciót porolt le, hanem útja egyenesen a tervezőasztalhoz vezetett. A vizsgálatra addig használt gépekből több mint húsz volt már üzemben az ügyfél egyik texasi gyárában, tehát volt mihez viszonyítani az új gépek képességeit.

Az új termékkezelők szobahőmérsékletű nyomtatott áramköröket fogadnak, majd a jármű üzemi körülményeinek szimulálására mintegy 110 °C-ra melegítik fel őket, és ±3 fokos tűréssel ezt a hőmérsékletet tartják, miközben elvégzik a nyomtatott áramkörök funkcionális végellenőrzését. Mivel a vizsgálatot 120 másodpercen belül kell végrehajtani, a terméket gyorsan kell felmelegíteni. Az átbocsátás fontos, ezért a termékkezelőnek maximalizálnia kell a vizsgálati időt a kezelési időhöz képest. A termékkezelőben a szállítószalagon továbbított nyomtatott áramkörök négy előmelegítő állomás után jutnak el a vizsgálóállomáshoz. Mindegyik előmelegítő állomáson infravörös hőérzékelők figyelik a hőmérséklet emelkedését. Korábban az érzékelők vezérlőrendszerbe való bekábelezése nehézséget jelentett, és jelentős telepítési, illetve kábelezési költségekkel járt.

Egyetlen központi platform – fokozott teljesítőképesség és jobb átláthatóság

A nyomtatott áramköröket magas hőmérsékleten vizsgáló új termékkezelőnek a tesztelési folyamatok betartásán felül jobb teljesítőképességet kell nyújtania, kisebb alkatrészköltséget mellett. A POV további elvárása volt a kábelezési követelmények csökkentése, a helyigény minimalizálása és kényelmesebb kezelhetőség biztosítása. További elvárás volt fejlettebb adatgyűjtési és analitikai funkciók biztosítása is, egyengetve az utat a IIoT és az Ipar 4.0 felé. A megrendelő világszerte rendelkezik üzemekkel, melyekben kiemelt célként kezeli a folyamatok mérését és a hatékonyság javítását. „Ennek az ügyfélnek a gyáraiban egyre fontosabbá válik az energiagazdálkodás. Ebbe a nem használt szállítószalagok automatikus kikapcsolásától a motorok fordulatszámának pontos figyeléséig terjedően minden beletartozik” – nyilatkozta Mike Edwards.

Bár az ügyfél korábban házon belül programozta a gépeket Visual Basic (VB) nyelven, most nagyobb rugalmasságot szeretne, és hozzá kíván férni a rendszer összes működési adatához. Ennek érdekében a POV műszaki csapata együttműködésbe lépett Dan Distefanóval, a D2 Engineering LLC vállalat tulajdonosával és vezető szoftvermérnökével. „Az egyik fő cél az volt, hogy egyetlen fejlesztőkörnyezetben lehessen hozzáférni minden rendszerhez és eszközhöz” – fejtette ki Dan Distefano. „A Beckhoff megoldásai terén szerzett több mint húsz éves tapasztalatom alapján világos volt, hogy ezekre a célokra a TwinCAT 3 automatizálási szoftver és az EtherCAT ipari Ethernet-rendszer a legalkalmasabb. Mindkettő lehetővé teszi más gyártók komponenseinek egyszerű integrálását is.” A felhasználáshoz legjobban illeszkedő egységek és rendszerek kiválasztásánál a csapat szorosan együttműködött Casey Taylorral, a Beckhoff regionális értékesítési mérnökével.

A Microsoft Visual Studio® környezetbe integrált TwinCAT 3 lehetővé tesz magas szintű programozási nyelveken és az összes IEC 61131-3 nyelven történő programozást, objektumorientált kiterjesztésekkel. Dan Distefano a szoftvercsomag több megoldását is felhasználta: „A kezelőfelületet a TwinCAT HMI, a gépvezérlést a TwinCAT PLC és a Motion, a rendszerbe integrált funkcionális biztonságot pedig a TwinSAFE megoldással valósítottuk meg. Ugyanarra a Visual Studio® fejlesztőkörnyezetre építve elértük az egyik fő célkitűzésünket, egyetlen fejlesztőrendszeren belül biztosított egyszerű hozzáférést is.” Ez megkönnyíti a helyszíni és a távoli támogatás biztosítását is.

A TwinCAT futtató rendszer a Beckhoff C6030 típusú, Intel® Core™ i3 processzort tartalmazó, helytakarékos, ultrakompakt ipari PC-jén fut. A masszív és felhasználóbarát kezelőfelületet egy CP3921 típusú, 21,5 hüvelykes képernyővel és egyedi nyomógombokkal rendelkező többérintéses vezérlőpanel biztosítja.

Hatékonyabb kommunikáció és mozgásvezérlés

Az EtherCAT nyitottsága, átfogó beépített diagnosztikai képességei és nagy, valós idejű átviteli sebessége révén előnyösebb gépkonstrukció alakítható ki, és kedvezőbb üzemeltetés biztosítható, mert az EtherCAT minden fontos gépelemet egyetlen ökoszisztémába kapcsol össze. A hálózati eszközök nem IP-címekkel érhetők el, hanem automatikusan azonosítást követően maga az EtherCAT-rendszer konfigurálja a hálózat összes eszközét. Ennek eredményeként minden eszközt további szoftverek alkalmazása nélkül lehet elérni, üzembe helyezni, illetve hibamentesíteni” – tette hozzá Dan Distefano.

A termékkezelő által használt rendszer IP20 védettségű EtherCAT be/kimeneti terminálokból, IP67 védettségű EtherCAT box-modulokból, valamint a terepi eszközök táplálását és kommunikációját egyetlen kábelen biztosító egykábeles hálózati rendszerből áll. „Az EtherCAT P egykábeles megoldásnak és a gépbe szerelt be/kimeneti eszközöknek köszönhetően csak egyetlen kábelt kellett visszavezetnünk a fő vezérlőszekrényhez” – tette hozzá Mike Edwards.

A nyomtatott áramköri lapokat a Beckhoff AS2022 típusú léptetőmotorjaival és AG2250 típusú hajtásaival működő futószalag szállítja végig a magashőmérsékletű vizsgálóállomásokon. Az EL7047 típusú EtherCAT-terminálokról táplált, IP54 védettségű AS2022 léptetőmotorok deformáció ellen védett, belső jeladót tartalmaznak. „A korábbi konstrukcióban a szállítószalag mindkét élén volt egy-egy motor és hajtás. A motor sebességének kimeneti értéke egy analóg szám volt, amelyet a rendszer nem a motor fordulatszámaként vagy a szalag sebességeként jelzett ki” – magyarázta Casey Taylor. „A Beckhoff hajtástechnikája probléma nélkül a motor valódi fordulatszámát jeleníti meg, így könnyű figyelni és beállítani a szállítószalag két élét.”

Az újratervezés jelentős eredményeket hozott

„Az automatizálás világában viszonylag ritkán van lehetőség egy új technológia és az előtte használt módszer összehasonlítására” – magyarázta Mike Edwards. „A nyomtatott áramköri lapokat magas hőmérsékleten vizsgáló termékkezelő újratervezése kiváló lehetőség volt arra, hogy almát valóban almával hasonlítsunk össze.” Az EtherCAT be/kimeneti modulok használata költségben 9 százalékos, a terepi kábelezési munkáknál 11 százalékos, az elektromos szekrény méreténél 12,8 százalékos megtakarítást jelentett. A POV csapata számára fontos volt az is, hogy jelentősen csökkent a hibaelhárítás időigénye. Ezenfelül az átfogó EtherCAT-hálózatba könnyedén beépíthetők voltak más gyártmányú eszközök, például infravörös érzékelők is.

Mint Mike Edwards kifejtette, a Beckhoff-termékek használatának további előnye, hogy mintegy 36 órával csökkent a projekt irányítási-tervezési ideje. „A programozást egyetlen központi platformba konszolidáltuk. A korábbi komponensekből hiányzó funkciók – például a hőmérséklet vezérlése és mérése, az energiafelhasználás és a sebesség ellenőrzése – nagyobb rugalmasságot nyújtanak.” Ez is a Beckhoff környezetének erősségei közé tartozik, világított rá Dan Distefano: „Az összes eszköz EtherCAT-hálózatba való szervezése révén minimális szoftverfejlesztéssel és további egységek beépítése nélkül több információt tudunk gyűjteni a gépfolyamatok kezeléséhez és a diagnosztizálás támogatására.” Mivel az újratervezett termékkezelő már bizonyított a gyakorlatban, a POV csapata most további gépekbe szeretné utólagosan beépíteni a Beckhoff új vezérlési architektúráját.