Membrán-dombornyomó gép nyomásérzékelők gyártásában
Folyamatszekvenciák nagy megbízhatóságú automatizálása skálázható, nyílt vezérléstechnikával
2022. december 02., péntek, 06:00
Címkék: automatizálás Beckhoff Automation Keller AG membrán nyomásmérés nyomástávadó vezérléstechnika vezérlő
A nyomásérzékelők fejlesztésére szakosodott KELLER AG für Druckmesstechnik nevű svájci vállalat rendkívül széles termékválasztékot kínál sokrétű gyártási folyamatokat igénylő, különféle szakterületek számára. Egy előmegmunkálási műveletben alkalmazott membrán-dombornyomó gép jól példázza, hogy milyen kifinomult feldolgozási folyamatokat lehet automatizálni a Beckhoff nyílt vezérléstechnikájával, amely az egyszerű asztali eszközöktől a nagy gyártóüzemek szintjéig optimálisan skálázható.
A Winterthurban székelő Keller AG für Druckmesstechnik vállalatot 1974-ben alapította Hannes W. Keller, az integrált szilícium mérőcella feltalálója. A vállalat büszkén vallja magát a szigetelt nyomásmérők és nyomásjeladók piacvezető gyártójának. A rendkívül nagy pontosságú piezoellenállásos nyomásérzékelők 5 mbar és 2 000 bar közötti tartományban használhatók. Több mint 500 sorozatgyártott termékén kívül a Keller AG egyedi igényekhez is fejleszt és gyárt eszközöket. A vállalat a legkorszerűbb automatizált gyártási folyamatok alkalmazásával több mint 35 rendkívül specializált gyártóterületen állít elő nagy sorozatokban ipari OEM-jelátalakítókat, valamint nagyon kis mennyiségekben speciális kivitelű eszközöket. A nyomásérzékelőket többek között talajvízszintek figyelése és repülőgépek kabinnyomásának szabályozása területén, kettős üzemű járművekben földgázról benzinre történő átváltási mechanizmusban, valamint laboratóriumokban referenciaérzékelőként használják.
A Keller AG tükröződésmentes bevonatú, vörös színű membrán-dombornyomó gépe minden oldalról kényelmesen kezelhető az egyedi igények szerint kialakított, CP3921 típusú többérintéses vezérlőpanelről (Forrás: Keller AG)
Az érzékelő membránjának dombornyomása elengedhetetlen lépés a folyamatban
Az érzékelő membránjának előmegmunkálás során történő dombornyomása a gyártási folyamat elengedhetetlen közbenső lépése. Erről Florian Wernli, a Keller AG projektmenedzsere a következőket árulta el: „A legtöbb nyomásérzékelő olajjal töltött acéltokba van építve. A membrán rendkívül fontos: a szerepe az, hogy a környező közeg nyomását az olajon keresztül továbbítsa az érzékelőben lévő mérőlapkához.” Ehhez a membránnak speciális alakúnak kell lennie, amit egy nagy teljesítményű automata dombornyomó géppel alakítanak ki. Bruno Thalmann, a Keller AG Fejlesztési és Gyártóberendezések területének munkatársa hozzátette: „Előzetes szivárgás-ellenőrzés, sűrített levegős tisztítás és hőkiegyenlítés után végezzük el a dombornyomást, valamint ugyanebben a folyamatlépésben hidrogénszenzorral a végleges szivárgásmérést. Ezután képfeldolgozásra és mesterséges intelligenciára épülő hibaellenőrzés következik.” A dombornyomó gép központi műveleti eleme egy KUKA gyártmányú robot, amely behelyező gépként beadagolja az alapelemeket a feldolgozási folyamatba, a kész munkadarabokat pedig „Jó” és „Selejt” csoportba válogatja.
Bruno Thalmann rámutatott ennek a teljesen automatizált dombornyomó és ellenőrző rendszernek az erősségére: „Automatizálni akartuk ezt a folyamatot, amely a gyártás során korábban három kézi állomást igényelt. Ezzel fokozni tudtuk mind a gyártás minőségét, mind a gyártott mennyiséget.” Florian Zerbes hozzáfűzte: „A nagyobb termelékenység alapja egyrészt a munkadarabonként mindössze 15 másodpercet igénylő gyors és teljesen automatizált feldolgozás, másrészt pedig az, hogy a gyártás éjszaka is folytatódhat annak ellenére, hogy csak egy műszakban dolgozunk.”
A mozgástengelyek többségét a Beckhoff kompakt hajtástechnikájával valósították meg, EL72x1 sorozatú szervomotor-terminálok és AM81xx sorozatú szervomotorok alkalmazásával – a képen a dombornyomó gép és a nagynyomású pneumatikus présgép látható (baloldalt) (Forrás: Keller AG)
A nyílt és moduláris vezérléstechnika előnyei
A Keller AG már 2018 óta a Beckhoff vezérléstechnikáját használja. Bruno Thalmann mind a programozhatóság, mind a támogatott interfészek széles skálája tekintetében óriási előnyöket lát a rendkívül nyílt rendszerkoncepcióban. Mint kifejtette, az optimálisan skálázható és bővíthető PC-alapú vezérléssel könnyen kezelhető a rendszer bonyolultsága, illetve biztosítható a kívánt modularizálási szint, legyen szó akár központosított, akár decentralizált elrendezésről. Mindent összevetve a TwinCAT 3 automatizálási szoftver erőssége egy korszerű, objektumorientált és a Visual Studio® rendszerbe integrált szoftverkörnyezet, amely a TwinCAT HMI kezelőfelületi programmal együtt rendkívül hatékony, és akár táblagépről is kezelhető megjelenítési képességeket nyújt. A vezérlőszekrénybe épített, C6920 típusú ipari PC nagy számítási teljesítménye mellett a Beckhoff által nyújtott további fontos lehetőségek közé tartozik az egykábeles technológiára (OCT) épülő kompakt hajtástechnika, az egykábeles EtherCAT P és CP-Link 4 átviteltechnika, a TwinSAFE technológiával rendszerbe integrált biztonsági funkciók, valamint az, hogy könnyen beépíthetők a rendszerbe más gyártók EtherCAT-kompatibilis eszközei, például gépi látáshoz kapcsolódó alrendszerek, áramlásvezérlők, szelepvezérlő terminálok vagy elektromos megfogók.
A TwinSAFE terminálok (jobboldalt fent) segítségével közvetlenül, kompakt módon építhetők be biztonsági funkciók a be/ki meneti rendszerbe (Forrás: Keller AG)
Florian Wernli a rendszer nyíltságának előnyeit egy robot egyszerű integrálhatóságának példáján keresztül szemléltette: „Miután beintegráltuk a robotot az EL6695 típusú EtherCAT hídterminál és a TwinCAT Robotics mxAutomation segítségével, a behelyezési műveletet egyszerű konfigurálással meg tudtuk valósítani, amihez nem volt szükség robotikai szakértelemre. Ez tökéletes megoldás az igényeinkre, mivel PC-alapú vezérléssel teljes mértékben kézben tudjuk tartani a robotot.”
Az automatizálási elrendezés részegységeinek magja egy C6920 típusú ipari PC-n kívül egy CP-Link 4 összeköttetéssel csatlakoztatott CP3921 típusú többérintéses kezelőpanel, amely 21,5 hüvelykes képernyővel és nyomógombos felülettel is rendelkezik. Florian Wernli szerint ezzel a gép végfelhasználója olyan vezérlőegységet kap, amely éppoly kényelmes, mint amilyen szembeötlő: „A gép koncepcióján belül rendkívül fontosnak tartjuk a formai kialakítást. Ehhez társul az ellenőrző rendszerünk kényelmes kezeléséhez szükséges nagy képernyőfelbontás. A tartókarra szerelt és 360 fokos mozgathatóságot biztosító távvezérlő panelen keresztül a gép minden irányból rugalmasan kezelhető.”
Kompakt, rugalmas hajtástechnika és be/ki menetek
Mivel az automatizált dombornyomó gépen belül csak kis munkadarabokat kell kezelni, a Beckhoff kompakt hajtástechnikája tökéletes erre a feladatra. Megoldásunkban összesen tizenegy EL7211 típusú és két EL7221 típusú szervomotor-terminált, tizenegy EL9576 típusú, szaggató üzemű fékvezérlést és ezekhez ZB8110 típusú külső fékellenállásokat, valamint tizenöt AM8100 sorozatú szervomotort használunk. A rakodórendszer kiegészítő mozgástengelyeit három AX5203 típusú szervohajtással és AM803x sorozatú szervomotorokkal valósítottuk meg.
Az EL72x1 sorozatú szervomotor-terminálokkal (fent) és a ZB8110 típusú kompakt fékellenállásokkal (lent) helytakarékos vezérlőszekrény alakítható ki (Forrás: Keller AG)
Florian Wernli szerint az EtherCAT rendszer az adatátvitel terén is rendkívüli előnyöket rejt magában: „Következetesen az EtherCAT-szabványra támaszkodunk, mert egyrészt igen széles a Beckhoff és a külső beszállítók részegységeinek választéka, másrészt javunkra válik – például más buszrendszerek beintegrálásakor –, hogy nagyon sokféle diagnosztikai funkció áll rendelkezésre, és meglehetősen nyitott a rendszer.” További fontos szempontnak nevezte a kábelezést egyszerűsítő lehetőségeket: „Lényegében örülünk minden olyan kábelnek, amit nem kell lefektetnünk. A PC-alapú vezérlés a CP-Link 4 és az OCT mellett itt további optimalizálási lehetőségeket rejt magában az EtherCAT P átvitellel. A be/ki menetek tekintetében következetesen az EtherCAT P rendszerre alapozunk – ez az automatizált dombornyomó gép esetén az EPP sorozatú I/O Box modulokat jelenti. Konkrétan egy EPP1004 típusú négycsatornás digitális bemeneti, öt EPP1018 típusú nyolccsatornás digitális bemeneti, kilenc EPP1809 típusú és két EPP1816 típusú 16 csatornás digitális bemeneti, valamint két EPP3184 típusú négycsatornás analóg bemeneti modult használunk.
Bruno Thalmann is megerősítette a gyakorlati előnyöket: „Az EtherCAT P nemcsak a telepítést, hanem a karbantartást is egyszerűbbé teszi. Ha például egy érzékelő meghibásodik, egyszerűen csak a kábelét kell lecsatlakoztatni, nem kell az egész kábelt végighúzni a teljes kábelvezető láncon. Lecserélése után az eszközt egyszerűen bedugaszoljuk, és a rendszer máris ismét üzemkész.”
