Kormányrendszerek végellenőrzését segíti a Beckhoff

Egy kormányrendszer életében döntő jelentőségű az a néhány perc, amikor a thyssenkrupp Presta vállalat alaposan teszteli a gyártósor végén lévő tesztpadon. A különféle funkcionális vizsgálatok mellett az okozott zaj mérése is fontos szerepet játszik. „Akusztikus ellenőrzés révén biztosítjuk, hogy a sofőr ne halljon zavaró zajokat vezetés közben” – fejtette ki Joachim Sutterlüty, a thyssenkrupp Presta cég automatizálási vezetője. A thyssenkrupp Presta akusztikai kiválósági központjában dolgozó szakértők feladata, hogy a szubjektív hangészleléseket mérhető értékekké alakítsák át. A prototípus- vagy próbaszériák fejlesztésének legelső mozzanatától kezdve az ügyfelekkel közösen elemzik és határozzák meg a zajjellemzőket, illetve objektív módon mérik a szubjektív zajtulajdonságokat. Az így kialakított zajprofilon és annak megengedett értékein alapul a szerkezeti zajok gyártás közbeni mérése.

Ha a kormányrendszer zajspektruma túllépi az előbbiekben említett profilt, akkor a tesztpadról visszaküldik a kormányszerkezetet egy javítóállomásra, ahol a szerkezeti zajok mért értékétől függően megjavítják, vagy szétszerelik. Joachim Sutterlüty erről a következőket árulta el: „Érzékelőinkkel és a Beckhoff PC-alapú mérőtermináljaival olyan pontosan tudjuk kiértékelni a zajt, hogy a dolgozó a megjelenített spektrum alapján pontosan be tudja határolni annak okát.”

Szerkezeti zaj – bonyolult ügy

Egy ilyen zajprofil kidolgozásához sok vizsgálatot kell elvégezni prototípusokon, ezért a thyssenkrupp Presta számos tesztpadot működtet prototípus-műhelyében. Itt alakítják ki a kormányrendszer akusztikai viselkedését, majd a kidolgozott irányelveket be kell tartani a teljesen automatizált összeszerelőüzemben. „Rendkívüli rugalmasságra van szükségünk, mivel a fejlesztés hihetetlenül dinamikus és sok, gyakran módosított változat áll elő” – magyarázta Joachim Sutterlüty. Ez az oka annak, hogy a thyssenkrupp Presta teljes körűen házon belül tervezi meg és automatizálja minden tesztpadját, csak a mechanikai elrendezést és az elektromos alkatrészeket szerzi be külső forrásból. Az utóbbiakat már több mint húsz éve a Beckhoff-tól rendeli, és most már ELM3604 típusú, csúcstechnológiás EtherCAT-mérőterminált és TwinCAT Scope szoftvert is használ mérésadat-gyűjtésre.

Önálló rendszer helyett csúcskategóriás mérőterminálok

A korábbi rendszerkialakításban az akusztikus kiértékelést egy külső alrendszer végezte, amelynél a tulajdonképpeni tesztpad vezérléséhez bonyolult illesztőkre és jelszétosztó hálózatokra volt szükség. Mint Michael Sauerwein villamosmérnök kifejtette, „A régi berendezés egymagában külön vezérlőszekrényt igényelt, és az üzembehelyezésnél a bonyolult elektromágneses árnyékolástól a dupla kalibráláson át a huzalozási hibákig állandóan problémákat okozott.” Ehhez hozzájött még az is, hogy ez a külön rendszer külön projekttervezést, konfigurálást és programozást igényelt. A PC-alapú vezérlés, az EtherCAT-technológia és a csúcstechnológiás mérőterminálok bevezetésével az említett illesztőfelületeket sikerült teljesen kiküszöbölni, drasztikusan csökkentve a komplexitást és a költségeket, a rugalmasság jelentős mértékű fokozása és az időigény mérséklése mellett. „Mérőmodulonként a beruházási költségek nagyjából mintegy 5 százalékát takarítjuk meg” – tette hozzá Joachim Sutterlüty.

Az új koncepciót 2020-ban egy escheni próbaüzemben vetették intenzív vizsgálatok alá, majd beépítették a Beckhoff megoldásait, az eredmények ellenőrzéséhez pedig az érzékelők jeleit párhuzamosan az előző rendszerbe is bevezették. Vajon sikerült a Beckhoff csúcsminőségű méréstechnikájának megközelítenie a külső rendszer képességeit? Julius Ellmann akusztikai szakértő erről a következőket nyilatkozta: „Látni akartuk, hogy le tudjuk-e cserélni a régi rendszert egy azonos mérési minőséget nyújtó másikra.” Egyes szenzorok adatait ugyanis 24 bites felbontással és akár 20 kilohertzes mintavételezéssel, szinkronizált módon kell rögzíteni. Az új rendszer teljesítette a bonyolult méréstechnika támasztotta összes követelményt, mégpedig sokkal gazdaságosabban. Ennek oka, hogy az ELM360x típusú EtherCAT mérőterminálok közvetlenül az EtherCAT-környezetbe vannak beintegrálva, a csatornaszám tekintetében rendkívül rugalmasak, és a TwinCAT Scope alatt gyorsan konfigurálható az adatgyűjtés. „Az ELM-sorozaton alapuló méréstechnikára való átállás során a kedvező áraknak köszönhetően növelni tudtuk a mérőcsatornák számát, az optimalizált szenzortechnológia révén pedig a mérések minőségét is” – fejtette ki Julius Ellmann.

A szoftveres interfészek sem jelentenek többé akadályt

A váltás sikere nem kisrészben a PC-alapú vezérlés rugalmasságának és nyílt jellegének volt köszönhető. Ez akkor bizonyosodott be, amikor a TwinCAT automatizálási szoftvert integrálták a külső kiértékelő programba, amire azért volt szükség, mert Joachim Sutterlüty nem mondott le és nem is mondhatott le a korábbi gyártó rendszeréről, ugyanis a cég más osztályai használják annak funkcióit. „A Beckhoff TwinCAT Scope alkalmazásprogramozási (API) felületén keresztül azonban hatékonyan kiolvashatók az adatok” – árulta el Maurus Kaelin, a Beckhoff svájci leányvállalatának értékesítési munkatársa. A kiértékelő program illesztőfelülete ugyanakkor szűk keresztmetszetnek bizonyult. „Az adatcsomagok kellően gyors fogadásához és elemzéséhez optimalizálnunk kellett a szoftverinterfészt” – idézte fel a tesztpadok programját fejlesztő Karsten Mauersberger.

Pascal Dresselhaus, a TwinCAT termékmenedzsere a Scope fejlesztőcsapattal karöltve, és a kiértékelő szoftver szállítójával együttműködve támogatta a thyssenkrupp Presta vállalatot annak érdekében, hogy a lehető legjobb eredményt hozzák ki az alkalmazásból. „Joachim Sutterlüty és csapata hatékony, korszerű adatgyűjtési felületet igényelt” – idézte fel Pascal Dresselhaus. Sok TwinCAT-felhasználó a TwinCAT Scope programot csak Microsoft Visual Studio környezetbe integráltan ismeri, mérésadat-elemzésre és gép üzembe helyezésére használva. A TwinCAT Engineering környezet TwinCAT Scope kezelőfelületén kívül létezik azonban a TwinCAT Scope szoftverhez egy kiterjedt funkcionalitással rendelkező alkalmazásprogramozási felület (API) is, a TE1300 – amely különösen .NET környezetben – lehetővé teszi a Scope View grafikonjainak kezelőszervként történő integrálását, például a felhasználó saját fejlesztésű megjelenítőrendszerébe. Ezzel kész is a teljes grafikonszerkesztés, beleértve a Scope szervert tartalmazó háttérfeldolgozást is. A Scope számos funkciója rendkívüli mértékben testre szabható, ezért néha fel sem tűnik, hogy a Beckhoff TwinCAT Scope szoftvere végzi a munkát.

Ebben a konkrét esetben azonban az API nem a szokásos vizuális megjelenítést szolgálta, hanem az ELM3604 típusú terminálok rögzített mérésadatait továbbította. Egy mintakódon kidolgozott sokoldalú adatpuffer lehetővé tette külső szoftver fennakadásmentes integrálását is. „Funkcionális szempontból az alkalmazást közvetlenül a Scope API pillanatnyi állapotát használva valósítottuk meg. A támogatásunk lényegében abból állt, hogy egyfajta „legjobb megoldást” írtunk nagyfelbontású adatok használatához” – magyarázta a TwinCAT Scope and Analytics terület termékmenedzsere.

A thyssenkrupp Presta fontos tényezőnek tekintette a szoftveres megoldás nyíltságát. Ez igen fontosnak bizonyult a kiértékelőszoftver és a sokféle exportformátum integrálásánál. A thyssenkrupp Presta ugyanakkor továbbra is használni tudja a TwinCAT automatizálási szoftverben rendelkezésre álló elemzési lehetőségeket is. „Minden lehetőséget szem előtt tartottunk, különösen a TwinCAT Analytics terén” – hangsúlyozta Pascal Dresselhaus: „Nagyon jó adatelemző termékeink vannak, amelyekhez több mint száz algoritmust fejlesztettünk ki. Legyen szó a tesztpadok ciklusidejéről vagy a zajkeltés frekvenciatartománybeli elemzéséről, a TwinCAT Analytics segítségével sok tűt megtalálhatunk az adatok szénakazlában, amint rendelkezésre állnak az adatok a Scope szoftver által használt svdx formátumban” – mutatott rá a termékmenedzser a thyssenkrupp további lehetőségeire.

A globális bevezetés küszöbén

Ami körülbelül két éve egy kezdeti koncepcióval kezdődött, most a gyakorlatban is bizonyít: a vállalat escheni székhelyén lévő tesztpadon kívül már éles üzemben működnek az első rendszerek a magyarországi gyártóüzemben. „További rendszerek vannak jelenleg úton Kínába és Mexikóba, vagy már zajlik is a beépítésük” – nyilatkozta az automatizálási szakértő. A mérési pontosság és a vizsgálati sebesség terén elért eredmények, valamint a sokkal egyszerűbb megvalósítási és üzembehelyezési folyamatok alapján minden további akusztikai mérőmodul a csúcskategóriás EtherCAT-terminálok technológiájára fog épülni. A jövőben minden új gyártósori akusztikai vizsgálórendszernél ezt a technológiát fogják alkalmazni, mert a PC-alapú vezérlés előnyei egyértelműek. Mint Joachim Sutterlüty kifejtette: „Az összes külső méréstechnikai egységünket lecserélhetjük.”