PC 控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)螺旋葉片成型過(guò)程的自動(dòng)化

農(nóng)業(yè)、食品加工或采礦等行業(yè)使用的傳統(tǒng)螺旋葉片的成型加工以前主要依靠液壓機(jī)實(shí)現(xiàn)。總部位于澳大利亞悉尼的 RoboHelix 公司最近使用一種全新開(kāi)發(fā)的機(jī)器人化葉片成型機(jī)取代了這一耗時(shí)費(fèi)力的成型過(guò)程。RoboHelix 公司全面采用倍福技術(shù)提升性能和精度，同時(shí)簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)，并提高其靈活性。

AX5000 伺服驅(qū)動(dòng)器可以精確控制 AM8000 伺服電機(jī)。

成立于 2015 年的 RoboHelix 公司推出了全球首款全自動(dòng)機(jī)器人化葉片成型機(jī)，為螺旋葉片成型行業(yè)帶來(lái)了革新。傳統(tǒng)的液壓葉片成型機(jī)使用的是與葉片物理參數(shù)相對(duì)應(yīng)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(shè)置時(shí)間往往需要半小時(shí)到一小時(shí)。RoboHelix 公司創(chuàng)始人兼 CEO Hayel Smair 評(píng)論說(shuō)道：“這種制造工藝自工業(yè)革命以來(lái)就一直存在。”公司的目標(biāo)是將批量加工時(shí)間從幾小時(shí)縮短到幾分鐘。公司擁有豐富的機(jī)器人技術(shù)背景，Smair 解釋道：“我意識(shí)到螺旋葉片從扁平坯件變形時(shí)涉及到很多精確的運(yùn)動(dòng)，于是我采用了一個(gè)機(jī)器人化的系統(tǒng)來(lái)仿真這些運(yùn)動(dòng)。”

經(jīng)過(guò)評(píng)估，我們選用了倍福的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品實(shí)施新生產(chǎn)系統(tǒng)中的伺服軸。負(fù)責(zé) RoboHelix 機(jī)器的電氣設(shè)計(jì)、集成和編程的工程師 Budhaditya Majumdar 博士說(shuō)道：“市場(chǎng)上很少有企業(yè)能夠?yàn)槲覀兲峁┘呔取?qiáng)大性能以及低成本等優(yōu)點(diǎn)于一體的伺服電機(jī)。自從我們與倍福展開(kāi)合作后，他們現(xiàn)在不僅可為我們提供運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品和安全相關(guān)產(chǎn)品，而且還能提供 HMI 產(chǎn)品！”

基于 PC 的控制技術(shù)可以輕松適應(yīng)不同的機(jī)器型號(hào)

RoboHelix 機(jī)器系列有多種型號(hào)，PLC 程序的輕松移植是實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的關(guān)鍵。Budhaditya Majumdar 博士解釋道：“我們不希望在齒輪比或螺桿的機(jī)電設(shè)計(jì)發(fā)生改變時(shí)都要修改程序。TwinCAT 和基于 PC 的控制結(jié)構(gòu)讓我們無(wú)需更改 PLC 代碼即可調(diào)整驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)和機(jī)電參數(shù)。”

來(lái)自 RoboHelix 公司的業(yè)務(wù)拓展專員 Peter Fahim、電氣和控制部門(mén)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）。

RoboHelix 機(jī)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(yùn)行基于根據(jù)螺旋線材料特性計(jì)算得出的表格。“我們以前使用的硬件計(jì)算表格需要花費(fèi) 30 秒鐘的時(shí)間。CX5140 中有一個(gè)處理器核專門(mén)用于 PLC 程序，它在幾分之一秒內(nèi)就能完成任務(wù)。另一個(gè)處理器核專門(mén)用于運(yùn)動(dòng)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(shuō)道。

高動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)技術(shù)助力實(shí)現(xiàn)高速生產(chǎn)

RoboHelix 公司的第二代 RX250 機(jī)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(shè)計(jì)一個(gè)高精度、性能強(qiáng)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(wú)法實(shí)現(xiàn)精確控制。”復(fù)雜精密的機(jī)器中集成了 8 根數(shù)控軸，倍福的單電纜技術(shù)不僅減少了驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的布線工作，而且還縮短了電氣裝配時(shí)間。Majumdar 博士補(bǔ)充道：“我們以前的機(jī)器中使用的是一臺(tái)脈沖型運(yùn)動(dòng)控制器。每個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都有 4 個(gè)差分對(duì)用于運(yùn)動(dòng)控制，4 個(gè)差分用于將編碼器反饋發(fā)送給 PLC，為 8 個(gè)電機(jī)設(shè)置線路需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。但有了單電纜技術(shù)后，只需簡(jiǎn)單點(diǎn)擊，即可使用 AX5000 驅(qū)動(dòng)器和 AM8000 伺服電機(jī)。”AS2023 步進(jìn)電機(jī)與 EL7041 步進(jìn)電機(jī)端子模塊一起用于低扭矩電機(jī)。

RoboHelix 機(jī)器需要高精度的同步運(yùn)動(dòng)控制。用戶生成的數(shù)據(jù)從一個(gè)基于云的 HelixNinja 軟件下載到設(shè)備中。然后進(jìn)一步處理這些信息，生成三維坐標(biāo)，模擬從坯件制作到葉片的全部過(guò)程。電機(jī)根據(jù)這些坐標(biāo)同步運(yùn)行，以制作葉片。“在我們以前的機(jī)器上，同步運(yùn)動(dòng)是以犧牲性能和靈活性為代價(jià)的。”Budhaditya Majumdar 說(shuō)道，“有了 TwinCAT NC Camming（TF5050）中的電子凸輪盤(pán)功能，就可以隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)相對(duì)同步運(yùn)動(dòng)。一旦校準(zhǔn)好電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，尺寸和公差就不再是問(wèn)題。”

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。

便捷的機(jī)器操作和集成式機(jī)器安全

用戶可能需要在設(shè)備的不同側(cè)面操作機(jī)器。“機(jī)器的設(shè)計(jì)允許操作人員從機(jī)器的左側(cè)或右側(cè)插入坯件并取出葉片。對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)，根據(jù)所需的葉片旋轉(zhuǎn)方向，無(wú)論是順時(shí)針還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在機(jī)器的兩側(cè)切換操作更加方便。”Hayel Smair 說(shuō)道。“將 CP3916 多點(diǎn)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(kuò)展件，因此操作人員可以在任何時(shí)候都能夠安全操控。

RoboHelix 機(jī)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(yùn)行。Majumdar 博士解釋道：“以前我們使用的 HMI 自身是一個(gè)需要編程的計(jì)算設(shè)備。如今，使用純無(wú)源面板可以減少很多工作量。此外，需要時(shí)也可以通過(guò)手機(jī)或聯(lián)網(wǎng) PC 的瀏覽器查看操作界面。”

機(jī)器自動(dòng)化中的安全問(wèn)題是頭等大事。使用 TwinSAFE 集成式安全解決方案顯著減少了安全相關(guān)的布線需求。Majumdar 博士贊同道：“傳感器或急停按鈕中的安全觸發(fā)模式一旦啟動(dòng)就可以讓電機(jī)驅(qū)動(dòng)器停止運(yùn)行，安全系統(tǒng)的布線無(wú)需任何硬接線！在有些操縱狀況下，操作人員可能不得不在某個(gè)運(yùn)行時(shí)段打開(kāi)門(mén)，而電機(jī)仍處于帶有扭力的激活狀態(tài)。在這里，TwinSAFE 選項(xiàng)卡 AX5805 可以利用內(nèi)置的 SOS（安全運(yùn)行停止）功能幫助我們滿足安全需求。若要在以前的機(jī)器上實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)是非常困難的，而且還需要花費(fèi)大筆資金購(gòu)買(mǎi)速度監(jiān)視器。最重要的是，針對(duì) PLC、驅(qū)動(dòng)器、HMI 或安全系統(tǒng)的所有編程工作都可以通過(guò)同一個(gè) TwinCAT 平臺(tái)完成。”

概覽

針對(duì)食品加工、物料輸送等相關(guān)行業(yè)的解決方案

• 用于制作螺旋葉片的機(jī)器人化成型機(jī)

為客戶帶來(lái)的好處

• 周轉(zhuǎn)速度快，提高葉片制作效率

• 降低運(yùn)營(yíng)成本

• 保障操作人員的人身安全

• 無(wú)需專用模具

PC 控制結(jié)構(gòu)

• 基于 PC 的控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)用作靈活、可擴(kuò)展的控制系統(tǒng)

• TwinCAT 用作實(shí)現(xiàn)所有功能的通用軟件平臺(tái)

• TwinSAFE 用于簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)功能安全

• TwinCAT HMI 用于實(shí)現(xiàn)靈活和獨(dú)立于硬件的可視化技術(shù)

• AX5000 驅(qū)動(dòng)器和 AM8000 電機(jī)用于實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)控制

• CX5140 和 CP3916 用作靈活、高性能的多點(diǎn)觸控控制平臺(tái)