PC 控制技術實現(xiàn)
傳統(tǒng)螺旋葉片成型過程的自動化
成立于 2015 年的 RoboHelix 公司推出了全球首款全自動機器人化葉片成型機，為螺旋葉片成型行業(yè)帶來了革新。傳統(tǒng)的液壓葉片成型機使用的是與葉片物理參數(shù)相對應的模具。因此，傳統(tǒng)工藝需要用到許多這種昂貴而笨重的模具，而且視模具的大小不同，模具制作和設置時間往往需要半小時到一小時。RoboHelix 公司創(chuàng)始人兼 CEO Hayel Smair 評論說道：“這種制造工藝自工業(yè)革命以來就一直存在。”公司的目標是將批量加工時間從幾小時縮短到幾分鐘。公司擁有豐富的機器人技術背景，Smair 解釋道：“我意識到螺旋葉片從扁平坯件變形時涉及到很多精確的運動，于是我采用了一個機器人化的系統(tǒng)來仿真這些運動。”
經(jīng)過評估，我們選用了倍福的驅(qū)動產(chǎn)品實施新生產(chǎn)系統(tǒng)中的伺服軸。負責 RoboHelix 機器的電氣設計、集成和編程的工程師 Budhaditya Majumdar 博士說道：“市場上很少有企業(yè)能夠為我們提供集高精度、強大性能以及低成本等優(yōu)點于一體的伺服電機。自從我們與倍福展開合作后，他們現(xiàn)在不僅可為我們提供運動控制產(chǎn)品和安全相關產(chǎn)品，而且還能提供 HMI 產(chǎn)品！”
AX5000 伺服驅(qū)動器可以精確控制 AM8000 伺服電機
基于 PC 的控制技術
可以輕松適應不同的機器型號
RoboHelix 機器系列有多種型號，PLC 程序的輕松移植是實現(xiàn)批量生產(chǎn)的關鍵。Budhaditya Majumdar 博士解釋道：“我們不希望在齒輪比或螺桿的機電設計發(fā)生改變時都要修改程序。TwinCAT 和基于 PC 的控制結(jié)構讓我們無需更改 PLC 代碼即可調(diào)整驅(qū)動器、電機和機電參數(shù)。”
RoboHelix 機器使用的 CX5140 是一款搭載四核處理器的嵌入式控制器。程序運行基于根據(jù)螺旋線材料特性計算得出的表格。“我們以前使用的硬件計算表格需要花費 30 秒鐘的時間。CX5140 中有一個處理器核專門用于 PLC 程序，它在幾分之一秒內(nèi)就能完成任務。另一個處理器核專門用于運動控制，剩余的處理器核由操作系統(tǒng)、TwinCAT Runtime 和 TwinCAT HMI Server 共享。”Majumdar 博士解釋說道。
來自 RoboHelix 公司的業(yè)務拓展專員 Peter Fahim、電氣和控制部門主管 Budhaditya Majumdar 博士及公司 CEO Hayel Smair 與倍福澳大利亞新南威爾士州辦事處銷售工程師殷博川（從左至右）
高動態(tài)驅(qū)動技術助力實現(xiàn)高速生產(chǎn)
RoboHelix 公司的第二代 RX250 機器需要 25,000 公斤的線性力。Hayel Smair 解釋道：“我們想要基于伺服產(chǎn)品設計一個高精度、性能強大、處理速度快且高效的解決方案。傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)方案比較散亂，無法實現(xiàn)精確控制。”復雜精密的機器中集成了 8 根數(shù)控軸，倍福的單電纜技術不僅減少了驅(qū)動器和電機的布線工作，而且還縮短了電氣裝配時間。Majumdar 博士補充道：“我們以前的機器中使用的是一臺脈沖型運動控制器。每個電機驅(qū)動器都有 4 個差分對用于運動控制，4 個差分用于將編碼器反饋發(fā)送給 PLC，為 8 個電機設置線路需要花費很長時間。但有了單電纜技術后，只需簡單點擊，即可使用 AX5000 驅(qū)動器和 AM8000 伺服電機。”AS2023 步進電機與 EL7041 步進電機端子模塊一起用于低扭矩電機。
RoboHelix 機器需要高精度的同步運動控制。用戶生成的數(shù)據(jù)從一個基于云的 HelixNinja 軟件下載到設備中。然后進一步處理這些信息，生成三維坐標，模擬從坯件制作到葉片的全部過程。電機根據(jù)這些坐標同步運行，以制作葉片。“在我們以前的機器上，同步運動是以犧牲性能和靈活性為代價的。”Budhaditya Majumdar 說道，“有了 TwinCAT NC Camming（TF5050）中的電子凸輪盤功能，就可以隨時隨地實現(xiàn)相對同步運動。一旦校準好電機和驅(qū)動器，尺寸和公差就不再是問題。”
便捷的機器操作和集成式機器安全
用戶可能需要在設備的不同側(cè)面操作機器。“機器的設計允許操作人員從機器的左側(cè)或右側(cè)插入坯件并取出葉片。對于操作人員來說，根據(jù)所需的葉片旋轉(zhuǎn)方向，無論是順時針還是逆時針旋轉(zhuǎn)，在機器的兩側(cè)切換操作更加方便。”Hayel Smair 說道。“將 CP3916 多點觸控控制面板安裝在旋轉(zhuǎn)臂上的好處是，操作人員能夠近距離地操控觸摸屏。”據(jù) Budhaditya Majumdar 博士介紹，雙側(cè)操縱也適用于帶急停按鈕、直接安裝在屏幕底部的按鈕擴展件，因此操作人員可以在任何時候都能夠安全操控。
RoboHelix RX250 可以比傳統(tǒng)的制造工藝更快、更安全、更有效地完成葉片成型
RoboHelix 機器的操作界面基于倍福的 TwinCAT HMI 軟件。CX5140 嵌入式控制器還安裝了 TwinCAT HMI Server，CP3916 與它相連接，瀏覽器在 Kiosk 模式下運行。Majumdar 博士解釋道：“以前我們使用的 HMI 自身是一個需要編程的計算設備。如今，使用純無源面板可以減少很多工作量。此外，需要時也可以通過手機或聯(lián)網(wǎng) PC 的瀏覽器查看操作界面。”
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）公司總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領域的許多國際標準。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和TwinCAT自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。倍福于1997年進入中國市場，致力于幫助制造企業(yè)提升競爭優(yōu)勢，加速轉(zhuǎn)型升級。倍福在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽，公司所倡導的PC控制技術具有良好的開放性，將IT技術、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術完美融合，助力實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造。憑借領先的技術優(yōu)勢和豐富的行業(yè)知識，倍福的創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應用于風力發(fā)電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、物流輸送以及樓宇自控等眾多領域。
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