Modulární balicí stroje a servoměniče s virtuálním vačkovým kotoučem
 |
| AMPER 2004 Modulární balicí stroje a servoměniče s virtuálním vačkovým kotoučem Dipl.-Ing. Frank Joachim, K hlavním požadavkům výrobců zařízení patří modulární koncepce strojů. Z obsáhlé systémové stavebnice a dalších součástí příslušenství je možné sestavit stroj pro speciální aplikaci přesně na míru. Modulová stavba umožní později jednoduchým způsobem dosavadní zařízení rozšířit. Základem fungujícího modulárního uspořádání jsou vhodná rozhraní. Každý jednotlivý prvek výrobního procesu musí přesně zapadat do další části tohoto řetězce, přitom ale má v zásadě pracovat samostatně. Příkladem modulární koncepce je balicí stroj typu VM 60 výrobce Köra Packmat Maschinenbau GmbH z Vilingendorfu, který je spojen s jednoduchým a flexibilním systémem řízení. Pohyby stroje obstarávají decentralizované a inteligentní pohonové systémy, které navzájem komunikují po datové sběrnici. Ukládání zboží, skládání fólie, usazování příložek, etiketování, tisk na fólie, ražení, odstřihávání nebo svařování atd., to vše má balicí stroj vykonávat. Synchronizaci uvedených i dalších činností v zařízeních a strojích zajišťují vačkové pohony. Standardní řešení představují zpravidla vačkové kotouče na hlavní hřídeli. Také stroj VM 60 byl nejprve vybaven mechanickými vačkovými kotouči. Flexibilita požadovaná mnoha zákazníky ale mohla být „vykoupena„ jen za cenu dlouhých přípravných dob.  Firma Köra Packmat Maschinenbau GmbH proto celou koncepci pohonu postavila „na hlavu„ a nyní sází na servoměniče Lenze řady 9300 s elektronickými vačkami. Ty umožňují při změně výrobku změnit i nastavení v nejkratším čase. Současně odpadly složité mechanické systémy. Použitím stále výkonnějších mikrořadičů je možné přenášet do servoměničů stále více inteligence. Firma Lenze AG dosáhla technologickou funkcí „elektronická vačka„ jednoduchého a cenově příznivého automatizačního řešení. Firma Köra Packmat Maschinenbau GmbH sází také na modularitu. Z rozsáhlé stavebnice standardních strojů, nakladačů a dalšího příslušenství se sestavuje celý stroj, optimálně přizpůsobený a konfigurovaný pro individuální případ balení. Při využití dislokované inteligence je možné stroje sestavovat a později rozšiřovat jako ze stavebnice. V popředí zájmu nyní nestojí jen zvyšování produktivity a flexibility. Softwarové nástroje spíše zjednodušují práci při vývoji a uvádění do provozu a zřetelně zkracují potřebné doby. Řízení Řízení celého stroje VM 60 přebírá jednotka PLC (Siemens S7-300). Všechny součásti komunikují po sběrnici Interbus, data jsou zadávána přes rozhraní člověk-stroj. Pohonová technika je rozmístěna decentralizovaně, každý modul stroje dostává jen tak inteligentní pohonnou jednotku, jakou bezpodmínečně potřebuje. Jestliže stroj běží samostatně, koordinuje měnič frekvence pohyby stroje jako tzv. master (nadřízená jednotka). Všechny ostatní osy jsou podřízené, pracují jako tzv. slave. Master dostává od řízení stroje všechny potřebné informace o druhu provozu, výrobku a počtu taktů až po informace potřebné k řízení. Pohon „master„ tyto informace zpracuje, vytvoří virtuální hlavní hřídel a předá příslušné příkazy přes sběrnici CAN podřízeným pohonům (slave). Tím jsou současně všechny osy synchronizovány. Jestliže je tento stroj částí celkového zařízení, může funkci generování virtuální hlavní hřídele převzít externí snímač nebo jiný servoměnič. Dosavadní „master„ je pak jednoduše změnou parametru definován jako „slave„. Řídicí technika v jednotce PLC se stále zjednodušuje, protože koordinaci pohonů ve výrobním procesu přebírá nadřízený pohon. V takovém případě PLC jen řídí obsluhu a hlídá vykonávané činnosti. Také správu údajů o výrobku může zajišťovat servoměnič. Takto může být v paměti servoměniče uloženo až osm datových sad o výrobku. Přepnout na jinou sadu dat lze za dobu kratší než jedna milisekunda. Rovněž další součásti, jako vzduchové trysky nebo ventily, mohou být řízeny přímo servoměničem. Tím odpadne „objížďka„ přes PLC. Do této koncepce mohou být snadno integrovány rozšiřující moduly tím, že se k rozšiřujícímu modulu stroje přivede sběrnice CAN. Tak jsou všechny moduly stroje současně připojeny na virtuální hlavní hřídel a synchronizovány s hlavním modulem. Taková synchronizace je zvláště potřebná při vysokých rychlostech taktování. Pro individuální řízení pohonů se také zde synchronizace realizuje připojením do sítě Interbus (obr. 2). Téměř bez výpadku výroby Činnosti uvnitř stroje při výrobě produktu byly dosud určovány pomocí profilů pohybu (vačkových kotoučů). Změna řízení obvykle není nutná, protože zůstává zachována základní funkce stroje. Při změně výrobku se mění pouze pořadí činností a také zdvih jednotlivých agregátů. Proto je nutné přenést do servoměniče pouze nová data vaček. Delší výpadky výroby tak patří minulosti. Užitečné funkce Pro uvádění do provozu a řízení stroje ve výjimečných situacích je v měniči frekvence obsaženo mnoho funkcí. Stroj je možné přesně řídit ručním kolečkem (inkrementálním snímačem). Obsluha tak má možnost v průběhu uskutečňovaného pohybu přesně sledovat kritické části stroje.  Dodatečné mechanické součásti nevedou jen ke zvýšení nákladů při nákupu, montáži a uvedení do provozu. Je nutné je stále pohánět, tzn. zrychlovat a brzdit. Právě u strojů, u nichž jsou požadovány velké taktové rychlosti, způsobují tyto součásti zvýšení nákladů. Je tomu tak proto, že vyžadují výkonnější pohony. Elektronické řešení zde má zřetelnou výhodu. Nejenže jsou zapotřebí menší výkony pohonu, ale funkce virtuální spojky se vyznačuje vlastní inteligencí. Je-li třeba, mohou být pohony odpojeny ze skupiny a později mohou být za chodu znovu zasynchronizovány. Stačí binární signál na servoměniči, zbytek zařídí pohon sám. Nástroje, které se nepodílejí na výrobě určitého produktu, je nutné z pracovní oblasti odstranit. To se obvykle dělá vymontováním nebo vysunutím dodatečných součástí, např. pneumatických válců. V servoměniči je funkce nastavení polohy, která umožní nástroje přesunout do definované „bezpečné“ polohy. Pro řízení ventilů, vzduchových trysek nebo jiných externích součástí je integrována virtuální spínací vačka. Virtuální vačky je možné zadáním příslušných dat posunout a tím velmi jednoduše přizpůsobit výrobku. Elektronické pohony mohou velmi jednoduše realizovat taktem synchronizované posuvné funkce. Tím odpadne nákladná mechanika podléhající opotřebení. A to opět vede ke snížení nákladů. Optimalizace strojů Zmíněné (virtuální) vačkové kotouče mohou být na (virtuální) hlavní hřídeli posouvány „on-line„. Lze to realizovat přímým zadáním dat, ale také pomocí tlačítek ve funkci motorového potenciometru, nebo přímo potenciometrem na analogovém vstupu. Tím se značně zjednodušuje optimalizace činností a redukují se náklady na vývoj a uvádění do provozu. Vytváření profilů pohybu Profily pohybů pro pohony je možné bez komplikací vytvořit na PC s využitím softwarového nástroje Lenze Global Drive Control CamDesigner a po datové sběrnici je zavést do servoměniče. Každý z vytvořených profilů pohybu lze velmi jednoduše dodatečně změnit. Využije se k tomu stejný způsob, jakým byly profily pohybu vytvořeny, a to s pomocí myši. Tak je možné pohyby stroje velmi jednoduše a pohodlně optimalizovat. Lenze s. r. o. |