Az elektromotorok állórész-tekercselésének koszorúját alkotó hajtűelemeket gyártó bonyolult gép jól példázza, milyen előnyökkel rendelkezik ez az igények szerint optimálisan skálázható automatizálási megoldás. A gyártórendszer gerincét a központi vezérlőkörnyezetet alkotó C603x típusú ultrakompakt ipari PC-n futó TwinCAT 3 szoftver, valamint az XTS lineáris szállítórendszer alkotja.

A világszerte működő németországi, mindelheimi székhelyű GROB-Werke GmbH & Co. KG nevű családi vállalkozás több mint 95 éve fejleszt rendszereket és szerszámgépeket, többek között a legnevesebb autógyártók és beszállítóik számára. A vállalat termékkínálata az univerzális megmunkálóközpontoktól a rendkívül összetett gyártórendszereken és kézi szerelőállomásokon át a teljesen automatizált szerelősorokig terjed. Ezek közé tartoznak az elektromos motorokat gyártó rendszerek, valamint akkumulátorok és üzemanyagcellás egységek gyártó- és összeszerelő rendszerei is. Fabian Glöckler, a GROB elektromobilitási üzletágán belüli vezérléstechnikai részleg vezetője a következőket nyilatkozta erről: „ezen a területen a teljes gyártási láncot lefedjük, teljes hajtáslánchoz kapcsolódóan kínálunk ügyfélspecifikus rendszereket”.

Az elektromobilitás hatékony vezérléstechnikát igényel

Martin Ellenrieder, a GROB elektromobilitási üzletágának funkciófejlesztési csoportvezetője rámutatott, hogy az elektromobilitás térnyerése új követelményeket támaszt a vezérléstechnikával szemben is: „erre a területre a belső égésű motorokhoz készült rendszerekhez képest kifinomultabb állomások, rövidebb PLC-ciklusidők, az összeszerelésben nagyobb arányban alkalmazott hajtástechnika, valamint kifinomult kapcsolt mozgások jellemzőek”. Ez a (második generációs) hajtűtekercses motorokat gyártó gépen is tükröződik, amely teljes mértékben Beckhoff gyártmányú vezérlés- és hajtástechnikával van felszerelve. A négy GROB gyártmányú orsón kívül összesen 57 NC-tengelyt valósítottak meg: 40 valós és öt virtuális tengelyt, valamint 12 darab lineáris (XTS) mozgatóegységet, amelyek önálló szervotengelyként működnek. Mindezekhez társul egy EtherCAT- és TwinSAFE-terminálokból vagy Box-modulokból álló, sokrétű be-/kimeneti szint is, összesen 270 digitális bemenettel és 150 digitális kimenettel.

A C6030 vagy C6032 típusú ultrakompakt ipari PC-n és TwinCAT-szoftveren alapuló vezérlés révén a géppel rendkívül nagy gyártási volumen érhető el, a ciklusidő hajtűelemenként mindössze 2,3 másodperc. Egy állórészhez körülbelül 200 egyedi hajtűelemet kell legyártani. Ez lenyűgöző a megmunkálási folyamat összetettsége és a szerteágazó vezérlési feladatok miatt is, amelyek a nyers rézhuzal beadagolásától és kiegyenesítésétől a bonyolult hajlításon és csupaszoláson át az előzetes beillesztőfészekbe való pontos pozicionálásig terjednek:

• huzalbetáplálás (tekercsről, a rézhuzal kiegyenesítésével, a huzalszigetelés elektromos vizsgálatával vagy anélkül): PC vezérli a feszítőgörgőt;
• a rézhuzalok lecsupaszítása menet közben történik: tengelypozicionálás, bütykös tárcsák és repülő fűrész;
• huzaladagolás: tengelyek összekapcsolása egy második jeladórendszerrel, a jeladórendszer átváltása a rendszer működési állapotától függően, valamint a használt tengelyek illesztőfelületeken keresztüli átkapcsolása különleges üzemmódokhoz (huzallal vagy huzal nélkül történő üzemeléshez);
• huzalellenőrzés: szállítás és pozicionálás;
• sajtolás/vágás: bütykös tárcsák, valamint az anyag sajtolás/vágás okozta elmozdulásának kompenzálása a virtuális fogaskerék-funkciók dinamikus kapcsolási tényezői révén;
• hajlítás két dimenzióban: hajtűelemek paraméterei által generált dinamikus bütykös tárcsák, virtuális fogaskerék-funkciók dinamikus csatolási tényezőivel összekapcsolva;
• hajlítás három dimenzióban: hajtűelemek paraméterei által generált dinamikus bütykös tárcsák, amelyeket a virtuális fogaskerék-funkciók dinamikus csatolási tényezői kapcsolnak össze az XTS-mozgatóegységekkel;
• hajtűelemek előzetes beillesztése: bütykös tárcsák vagy koordinált mozgatás; 
• az előzetes beillesztőfészek és a szorító fülek legkülönbözőbb beadagolási változói/pozicionálási mozgásai: virtuális és valós tengelyek összekapcsolása.

Daniel Gugenberger, a GROB elektromobilitási üzletágának elektromos tervezésért felelős csoportvezetője a következőképpen fejtette ki, hogy mi a különbség a belső égésű motorok gyártásához képest: „a klasszikus összeszerelési folyamatok, például a csavarozás, a préselés és a kézi összeszerelés lépései nagymértékben automatizáltak, és egy gépkezelő nem is tudná őket a szükséges minőségben, pontossággal és gyorsasággal elvégezni”. Állítása szerint itt bizonyított a Beckhoff PC-alapú vezérlése, mivel a rendszer igen nagy gyártási volumene miatt döntő fontosságúak a részletes gép- és folyamatadatok: „Amikor egy teljes gyártási folyamat két másodperc alatt lefut, a termelést csak megfelelő elemzőeszközökkel és nagy sebességű kamerákkal lehet nyomon követni és a hibákat elemezni. Ehhez nagyon gyakran használjuk a TwinCAT Scope View szoftveres oszcilloszkópot”.

Egy állórész tekercseléséhez körülbelül 200, mintegy 50 különböző kivitelben elkészített hajtűelem szükséges. Ezeket egymás után gyártják le, az előzetes beillesztőfészekbe való behelyezéshez szükséges sorrendben. Ezért fontos a hibák menet közbeni észlelése. Fabian Glöckler erről a következőket magyarázta el: „Geometriai vagy anyaghiba esetén az adott hajtűelemet újra kell gyártani, és automatizált adagolással be kell illeszteni a rendszerbe, hogy a megfelelő pozícióba be lehessen helyezni. A sokféle mozgástengely és hajtűelem miatt ez óriási felügyeleti feladatot ró a vezérléstechnikára, mivel számos paramétert, hajlítási szöget és bütyköstárcsa-beállítást kell menet közben időre kiszámítani.”

Szervotengelyekkel és az XTS lineáris szállítórendszerrel megvalósított összetett mozgások

A számos forgótengelyt AX5000 típusú szervohajtásokkal, részben pedig EL72xx és EP72xx típusú kompakt hajtástechnikával, továbbá AM8000 típusú szervomotorokkal valósították meg. Ennek kapcsán Martin Ellenrieder különösen előnyösnek tartja az egykábeles technológiát (OCT). „Az OCT jóval kisebb kábelezési ráfordítást igényel, segítségével minimálisra csökkenthetők a hibalehetőségek” – mondta.

A forgó mozgástengelyeket a Beckhoff XTS-rendszere egészíti ki. Az egyes hajtűelemeket egy ovális alakú, 3 méter hosszú, 12 mozgatóegységet tartalmazó pályarendszer továbbítja egy lineáris portálra a végső behelyezési folyamathoz. Daniel Gugenberger szerint az XTS alkalmazásának előnye, hogy rugalmasabbá teszi a rendszert, és megkönnyíti új funkciók beépítését. 

Martin Ellenrieder szerint a TwinSAFE mint rendszerbe integrált biztonsági funkció összességében bevált, és nagyfokú rugalmasságot nyújt a biztonsági megoldások terén. Az EL6910 típusú TwinSAFE logikai modul hajtásalapú biztonságtechnikai elem mellett célorientált biztonsági vezérlőként is használható. Teljes gyártósorokon az egyes gépek és rendszerek elosztott biztonsági alkalmazásai EAP- (EtherCAT Automation Protocol) protokollon keresztül kommunikálnak egymással. „Ez a vezérlési határokon átívelő biztonsági kommunikáció nagyon fontos a gépek biztonságossága szempontjából, mivel ügyfeleink általában sok, egymással is összekapcsolt rendszert használnak” – összegezte Martin Ellenrieder.

Cikkünk eredetileg a GyártásTrend magazin novemberi számában jelent meg, amely ezen a linken olvasható.