A senjangi székhelyű CASNC Technology vállalat beépített érzékelők, adatgyűjtő rendszerek és hálózati adatátviteli technológiák segítségével fejleszt gépi szerszámgépek üzemállapotának, folyamatsorainak és gépállapotának valós idejű felügyeletére szolgáló megoldásokat. Korszerű informatikai elemek gördülékeny alkalmazásával a digitalizálás előmozdítójává lép elő e szakterületen ez a kínai cég. A digitalizálási és virtualizálási stratégiák sikeres megvalósítása a Beckhoff vállalat TwinCAT 3 automatizálási szoftverén alapul.

A gyártóipar gerincét adják a szerszámgépek, amelyeket széles körben alkalmaznak többek között a légi közlekedésben és az űriparban, a járműgyártásban és az energiaszektorban is. A Shenyang CASNC Technology Co., Ltd. (CASNC Technology) nevű vállalat szempontjából a szerszámgépek képességei közvetlenül összefüggenek egy ország ipari versenyképességével, ezért is tekintik őket Kínában „a nemzet pilléreinek”.

A kínai csúcstechnológiai vállalat CNC-rendszerek, szervohajtások, robotvezérlők, automatizálási berendezések, digitalizált gyártórendszerek, valamint mechanikai és elektromos termékek fejlesztésére, illetve gyártására szakosodott. Korszerű szerszámgépeket állít elő, többek között öttengelyes megmunkálóközpontokat.

TwinCAT-alapú digitalizálás és virtualizálás

A Beckhoff TwinCAT kulcsszerepet játszik a rendszerben: támogatja az IEC 61131-3 szabvány szerinti programozást, miközben a TwinCAT 3 a virtualizáció és digitalizáció alapját is biztosítja. A MATLAB és a MapleSim grafikus környezeteiben létrehozott modellek egyszerűen integrálhatók a TwinCAT XAE fejlesztőkörnyezetbe a TwinCAT 3 Target for FMI interfészen keresztül. A modellek a TwinCAT 3 NC I által generált pozicionáló parancsokat kapják, majd ezekből feszültség- és áramjeleket számítanak. A TwinCAT 3 ADS felület valós időben jeleníti meg a szerszámgép állapotát, ami lehetővé teszi a HIL-szimulációt és digitális ikrek létrehozását fizikai berendezések nélkül. Ez már a fejlesztés korai szakaszában támogatja az útvonaltervezés és a megmunkálási folyamatok optimalizálását.

A CASNC Technology nyílt szoftverkörnyezetre építi megoldásait, ahol a TwinCAT előnye a Microsoft Visual Studio-integráció, a saját valós idejű operációs mag és a fejlett fordítói környezet. A TwinCAT 3 XCAD segítségével az ECAD-adatok közvetlenül betölthetők a PLC-be, csökkentve a hardver-szoftver hibákat. A fejlesztést olyan eszközök támogatják, mint a PLC Static Analysis (kódelemzés), a PLC Profiler (futásidejű viselkedés vizsgálata) és a Realtime Monitor (időalapú diagnosztika). A Scope View időbélyegzett adatgyűjtést és vizualizációt kínál, amely jelentősen javítja a hibakeresést és az eseményalapú adatfeldolgozást.

A TwinCAT 3 EtherCAT Simulation hardver nélküli hibakeresést tesz lehetővé, támogatva többek között a CoE-, SoE- és AoE-protokollokat, valamint az elosztott órajeleket. A hibák célzottan szimulálhatók, így a vezérlési logika még fizikai rendszer nélkül tesztelhető. A TwinCAT és a 3D CAD-rendszerek közötti kapcsolatot a TwinCAT 3 Interface for Inventor® biztosítja, míg a MATLAB- és Simulink-alapú célmodulok különböző MIL-, SIL- és HIL-szimulációkat tesznek lehetővé.

A CASNC-projektben a MapleSim által létrehozott tengelymodelleket FMI-n keresztül integrálták a TwinCAT-környezetbe valós idejű futtatásra. A modellek a Beckhoff interpolációs algoritmusából származó pozíciójelekből indulnak ki, amelyeket áram- és feszültségjelekké alakítanak. A fizikai viselkedést – például tehetetlenséget – figyelembe vevő algoritmusok újraszámítják a ténylegesen elérhető mozgást, majd ezt továbbítják a motorpozíciót szimuláló rendszernek. A gyors adatcserét az ADS biztosítja, milliszekundumos késleltetéssel. Ez a megközelítés hatékony alapot ad a MIL- és HIL-szimulációkhoz, valamint digitális ikrek fejlesztéséhez. A rendszerbe integrált rezgésérzékelők és saját algoritmusok pedig előrejelző karbantartást és életciklus-menedzsmentet tesznek lehetővé.

Erőteljes, EtherCAT-alapú hardver

A CASNC Technology nemcsak a szerszámgépek digitalizálásánál támaszkodik a PC-alapú vezérlés nyitottságára, hanem új alkalmazásait is a Beckhoff Automation rugalmas, IT-integrált komponenseire építi. A komplex pályatervezés jelentős számítási kapacitást igényel, amelyet tovább növel a digitális szimuláció, a virtuális műveletek és a kiterjedt adatgyűjtés igénye. Ez utóbbi az adatelemzés, az előrejelző karbantartás és az életciklus-menedzsment alapja.

A vezérlés központja az Intel® Core™ i5 processzorral szerelt C6030 ipari PC, amely a Beckhoff TwinCAT segítségével képes kihasználni a többmagos architektúra teljesítményét. Ez gyorsabb feldolgozást és rövidebb vezérlési ciklusokat eredményez a szervotengelyeknél, növelve a rendszer pontosságát. Az EtherCAT XFC-terminálokkal kombinált több időbélyeges vezérlés a ciklusidőtől független, nagy pontosságú szabályozást tesz lehetővé.

Az EtherCAT master interfészen keresztül a rendszer egyszerűen kapcsolódik a szervohajtásokhoz, miközben a hálózati topológia rugalmasan alakítható (lineáris vagy csillag). A különböző EtherCAT-terminálok széles funkcionalitást biztosítanak: az analóg bemeneti modulokkal megvalósítható például a dinamikus súly- és nyúlásmérés, valamint a rezgésérzékelők közvetlen integrációja. Az adatok feldolgozása a TwinCAT 3 környezetben történik, amely frekvencia- és időtartománybeli elemzést is támogat, de a nyitott architektúra révén saját vagy külső algoritmusok is alkalmazhatók. A hőmérsékletmérő terminálok közvetlenül alakítják át az érzékelői jeleket pontos hőmérsékleti adatokká, ami szintén hozzájárul az előrejelző karbantartáshoz.

Az EtherCAT-eszközök széles választéka és fejlett diagnosztikai képességei jelentősen megkönnyítik a hibák azonosítását és lokalizálását. Mindezt kiegészíti a PC- és Windows-alapú nyílt vezérlési architektúra, amely zökkenőmentes integrációt tesz lehetővé magasabb szintű rendszerekkel. A webes szolgáltatások és szabványos protokollok (például FTP vagy SMTP) révén az automatizálási környezet könnyen összekapcsolható IT-rendszerekkel, és rugalmasan továbbfejleszthető.

Dinamikus és pontos szervohajtás-technika

A szerszámgépek vezérlése rendkívül szigorú követelményeket támaszt a pontosság és a dinamika terén. A Beckhoff AX5000 szervohajtás pozíció-, sebesség- és áramszabályozó hurkai akár 62,5 µs ciklusidőt is lehetővé tesznek, ami elegendő a nagy teljesítményű vezérlőalgoritmusokhoz. A hajtások egy- és kétcsatornás kivitelben is elérhetők, csatornánként több visszacsatoló jellel. Az AX5805 TwinSAFE opcióval különböző biztonsági funkciók – például SLS, SSR vagy STO – valósíthatók meg, míg szigorúbb alkalmazásoknál a hajtások „áthidalási” funkciója biztosítja a szinkronizált leállítást.

A rendszer támogatja a függőleges tengelyek belső és külső fékezését, valamint az ellensúlyos megoldásokat is. Az automatikus PID-hangolás és a TwinCAT 3 Bode Plot eszköze lehetővé teszi a teljes szabályozási kör elemzését, a rezonanciák azonosítását és a megfelelő szűrés beállítását. Ez növeli a rendszer stabilitását és merevségét, miközben csökkenti a hibák kockázatát és növeli az élettartamot.

A többtengelyes rendszerek esetében az AX8000 platform moduláris felépítést kínál, amelyben tápegység- és tengelymodulok kombinálhatók, és közvetlenül vezérelhetők vele az AM8000 szervomotorok. A rendszer energiamenedzsmentje kondenzátormodulokkal és energia-visszatápláló egységgel egészíthető ki, így a visszanyert energia visszavezethető a hálózatba. Ez nemcsak az energiafogyasztást és a hőtermelést csökkenti, hanem kisebb vezérlőszekrényeket és alacsonyabb üzemeltetési költségeket is eredményez.

A vezérlőszekrény nélküli automatizálás irányába mutat a Beckhoff MX-System, amely moduláris, könnyen csatlakoztatható alternatívát kínál a hagyományos rendszerek kiváltására. Ezt egészíti ki az AMP8000 elosztott szervohajtásrendszer, amely a hajtástechnológiát közvetlenül a gépbe integrálja, jelentős helymegtakarítást és egyszerűbb rendszerfelépítést biztosítva.

Cikkünk eredetileg a GyártásTrend magazin májusi lapszámában jelent meg, amelyezen a linken olvasható.