Kormánytengely-összeszerelés nagy pontosságú, nyílt vezérléstechnika segítségével

Az svájci Albis tartomány Affoltern nevű városában található vállalat, az LCA Automation AG sokéves tapasztalattal a háta mögött, főleg az autóipar számára készít célgépeket. Az LCA egyik fő terméke a kormánytengely és komponensei számára készült összeszerelő rendszer. Ezeket szinte az összes európai autóipari vállalat részére szállítja.: – A vállalatunk kulcsrakész összeszerelő rendszereket kínál. A tervezéstől és fejlesztéstől egészen a kivitelezésig és üzembe helyezésig az összes lépést mi végezzük el. Ez magába foglalja a mechanikus szerkezetet, valamint az elektronikát, vezérléstechnikát és az automatizálási szoftvert is. Filozófiánk egyik eleme az ügyfelekkel történő együttműködés, ami lehetővé teszi a követelmények rugalmas és optimális kivitelezését. Továbbá képes megfelelni a lean menedzsment elvárásainak is. Erre példa a kormánymű-csúszótag összeszerelésére alkalmazott berendezés, amely nemcsak hatékony működést, de magas szintű pontosságot is tanúsít. Gyakorlatilag egy frontális ütközés során a kormánykerék és a kormányoszlop rugalmassága kulcsszerepet játszik a járművezető és az utasok túlélésében – fogalmazott Rainer Pölzl, a projekt tervezéséért és irányításáért felelős mérnök.

Rainer Pölzl (balról), az LCA Automation AG vállalat projekttervezésért és irányításért felelős mérnöke, valamint Christoph P. Rennhard ügyvezető igazgató az összeszerelő rendszer előtt.

Nyílt és skálázható PC-alapú vezérléstechnika
Az LCA Automation 2000 óta használja a Beckhoff PC-alapú vezérléstechnikáját.
– Eredetileg a saját fejlesztésű hardvereinket és szoftvereinket alkalmaztuk. Mivel azonban ügyfeleink igénye egyre inkább növekedett a szabványos technológiák iránt, 1999-ben arra a következtetésre jutottunk, hogy technológiát váltunk. Számos jó érv állt a Beckhoff választása mellett, beleértve a széleskörű, skálázható és nyílt termékpalettát, a nagy teljesítményű ipari PC (IPC) technológiát, és mindezek előtt a vállalat folyamatos innovációra való törekvését. Fontosak voltak számunkra a PC-alapú vezérlés által nyújtott rendkívül rugalmas, integrált és összehangolt szoftver- és hardver elemek is, egészen az I/O szintig. A technológia a horizontális és vertikális integrációt is elérhetővé teszi. A nyílt rendszernek köszönhetően az ügyfelek számára lehetőség nyílik gyártóberendezéseik integrációjára, valamint a MES és ERP rendszerekkel történő kommunikációra – tette hozzá Pölzl, aki kezdetek óta jelen van a vállalatnál.

Az LCA Automation AG vállalatnál a kormánymű összeszerelésére szolgáló rendszer következetesen PC-alapon vezérelt. A PC-alapú vezérlés nyitottságának köszönhetően a gyártósorok, valamint az összeszerelő rendszerek egyszerűen az ERP rendszerbe integrálhatóak.

Volt egy másik aspektus is, melyen keresztül az LCA Automation AG kihasználta a PC-alapú vezérléstechnika rugalmasságát és teljesítményét. A tengelyvezérlés valamint a folyamatirányítási rendszerek magas komplexitása miatt, az egyetlen megoldásnak a PC-alapú vezérléstechnológiára való fokozatos áttérés minősült.

– Az első lépés a TwinCAT automatizálási szoftver volt, amely tökéletesen kielégíti speciális igényeinket. Az évek során számos folyamatot kell módosítani, illetve továbbfejleszteni. A PC-alapú nyílt vezérléstechnikának köszönhetően, párhuzamosan tudtuk futtatni mozgásvezérlési és folyamatirányítási alkalmazásainkat, melyeket kezdetben PROFIBUS-on keresztül viszonylag egyszerűen integrálhattunk. A Beckhoff rendszer folyamatos fejlesztésének köszönhetően, a nagy teljesítményű processzoroktól és a nagyon gyors, integrált EtherCAT kommunikációs rendszertől egészen az I/O terminálokig, 2010-re teljesen korszerűsítettük régi technológiánkat.

Komplex összeszerelő rendszerek rugalmas vezérléstechnológiával
A közelmúltban kifejlesztett kormánytengely-összeszerelő rendszer – amely mintegy 120 négyzetméteres területen helyezkedik el – PC-alapon vezérelt. A fejlesztések az ügyféllel való szoros együttműködés keretében lettek kivitelezve. A finoman skálázható, moduláris felépítésű PC-alapú vezérlés, és az ebből eredő rugalmasság bizonyítottan hasznos szerepet tölt be a folyamat során.

– Az LCA Automation AG fő szolgáltatásai közé tartozik, hogy figyelmet szentel az apró vevői igények kielégítésére is. Rendkívül rövid fejlesztési időt tudunk elérni még akkor is, ha a megrendelőnek csak egy prototípusa van a végtermékről. A végtermék folyamatos optimalizálása magától értetődő, ami a gép beállításainak megfelelő módosításával érhető el. A rugalmas vezérléstechnika optimálisan támogatja az ilyen módosításokat, amelyek lehetnek további folyamateljárási lépések, vagy akár új tengelykonfigurációk.

A lehetőségeknek köszönhetően, a vállalat képes volt a teljes kormánytengely összeszerelésére alkalmazott rendszert mindössze nyolc hónap alatt kiépíteni. A berendezés három kézi adagolóállomással rendelkezik, ahol az egyes komponensek az automatizált szállítórendszerbe kerülnek, és áthaladnak az egyes megmunkáló állomásokon. Az egyik állomáson a csőszerű nyersanyagot préselik, majd formálják, és mielőtt a többi komponenshez illesztenék, zsírozást és olajozást kap. Minden megmunkáló állomáson méretpontossági és funkcionalitási ellenőrzés zajlik, így minden alkatrész hiteles és megbízható mire az illesztési folyamathoz kerül. Azután a megfelelő koordinátákkal ellátott munkadarab-szállító a végső állomáshoz szállítja a munkadarabot. A folyamat végén egy komplex mérőállomás teszteli a végterméket. Ez az LCA szakértelmének fontos részét képezi.

Négy - akkumulátorral és UPS-el felszerelt - C6930 IPC vezérlőszekrény felelős az összeszerelő rendszer vezérlésért és működéséért.

– Egyrészt, a kormánytengelynek holtjáték-mentesnek kell lennie, másrészt az illesztések nem lehetnek túl szorosak, hiszen ekkor megakadályoznák a 'teleszkópos' funkció igénybevételét baleset esetén. Körülbelül három évvel ezelőtt tudtuk piacra dobni ezt a tesztrendszert, amely sokrétű műszaki tudást igényelt ahhoz, hogy a saját, korábban használt teszt- rendszerünket PC-alapon vezérelt rendszerben is alkalmazhassuk. Sok rendszerünk – melyek akár több mint 20 évesek is lehetnek – a mai napig megbízhatóan működnek. Annak érdekében, hogy a termelés leállása nélkül modernizálni tudjuk ezeket a gépeket, PC-alapú vezérléstechnika segítségével szimuláljuk a korábbi vezérlőelemeket. Ezáltal a jelenleg használatban lévő vezérlőrendszer nem is észleli, hogy az adott hardverkomponenst továbbfejlesztették. Ez a megoldás lehetővé teszi a különböző modulok egyesével történő cseréjét, aminek következtében a meglévő hardvert fokozatosan lehet modernizálni. Mivel számos terméktípust kell előállítani, a vezérlőszoftver túl bonyolult ahhoz, hogy közvetlenül ki lehessen cserélni. A fentiekben említett módszer, a hardverszimuláció megoldást nyújt a meglévő szoftver további alkalmazására. Az egyes gépmodulok korszerűsítése során, IPC-k széles körű választéka áll rendelkezésre. A cserélni kívánt modulok, kompakt CX sorozatú beágyazott PC-kkel rugalmasan felválthatók. A végső módosítás során egy, a rendszer működéséért felelős IPC vezérlőszekrény kerül elhelyezésre. Ez a modularitás és változatosság rendkívül alkalmas az elavult rendszerek korszerűsítésére.

A kormányművek összeszerelésére jelenleg alkalmazott rendszerben négy Intel® Core™ 2 Duo processzorokkal (2.53 GHz) ellátott C6930 IPC vezérlőszekrény kapcsolódik egy-egy 15” vezérlőpanelhez. Az egyik IPC a rendszerben master szerepet tölt be, és például a folyamat adatainak továbbítására, vagy az ERP szinten történő interfész megvalósítására alkalmas. A többi IPC az összeszerelő rendszer vezérléséért felelős. A komplex folyamat mögött több mint 1000 I/O csatorna áll. Ezek IP 67-es védettséggel ellátott EtherCAT Box modulokban vannak elhelyezve. Ezenfelül van még 18 szervotengely, amelyeket AX5000 szervohajtások működtetnek, valamint TwinCAT NC I automatizálási szoftverrel vezérelt AM3000 szervomotorok találhatóak még a rendszerben. A hálózati kommunikációért a nagy teljesítményű EtherCAT felelős, amely tökéletesen illeszkedik a PC-alapú vezérléstechnikával ellátott rendszerbe: „A kiváló rendszerintegrációnak köszönhetően a TwinCAT lehetővé teszi az adatokhoz való optimális hozzáférést. Ennek eredményeként a további bővítések megvalósítása akár harmadik féltől származó szoftverek esetében is sokkal egyszerűbb.” nyilatkozott Rainer Pölzl.

További innovációs lehetőségek
A PC-alapú vezérléstechnikának köszönhetően Rainer Pölzl további fejlesztésekre lát lehetőséget. Jelenleg például a szoftvert frissítették TwinCAT 3-ra: „Fő előnye számunkra, hogy C/C++ programozási nyelveken is programozhatjuk. Számunkra ez azért volt fontos, mivel nagy tapasztalattal rendelkezünk ezen a területen, és az új szoftvernek köszönhetően összetett funkcióblokkok megvalósítására is lehetőség nyílik. C programozási nyelv segítségével gyorsan és könnyen integrálhatjuk ezeket a funkciókat, és ezáltal lehetőség nyílik például a hidraulikus tengelyek nagy pontosságú szinkronizálására.”

A hajtástechnológiának köszönhető kompakt kialakítás – a képen egy AM3000 szervomotor látható – és az IP67 védelemmel ellátott EP sorozatú I/O modulok (a kép közepén láthatóak).

Rainer Pölzl számos előnyét látja a korszerű multi-touch vezérléstechnikának. Különösen a kijelzők esetében tulajdonít nagy jelentőséget az egykábeles CP-Link 4 technológiának. A kisebb piacok, mint például az orvostechnika vagy vasútipar általában sokkal nyitottabb e tekintetben, mint mondjuk a szabványosított autóipar. Úgy kezelési, mint biztonsági szempontból, a multi-touch jelentős előnyökhöz juttatja a felhasználót. Itt szükséges megjegyezni, hogy a biztonságtechnika területén történő fejlesztések a vállalat napirendjén vannak: „A TwinCAT 3 automatizálási szoftver bevezetésével piacra dobtuk új biztonságtechnikai megoldásainkat, melyeket korábban a Beckhoff rendszertől függetlenül valósítottunk meg.” nyilatkozta Rainer Pölzl.

(x)