PC 控制技術(shù)實現(xiàn)傳統(tǒng)螺旋葉片成型過程的自動化

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實現(xiàn)。總部位于澳大利亞悉尼的 RoboHelix 公司最近使用一種全新開發(fā)的機器人化葉片成型機取代了這一耗時費力的成型過程。RoboHelix 公司全面采用倍福技術(shù)提升性能和精度，同時簡化了控制系統(tǒng)，并提高其靈活性。

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(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(shù)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(shè)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(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(guān)鍵。Budhaditya Majumdar 博士解釋道：“我們不希望在齒輪比或螺桿的機電設(shè)計發(fā)生改變時都要修改程序。TwinCAT 和基于 PC 的控制結(jié)構(gòu)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(wù)。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。

高動態(tài)驅(qū)動技術(shù)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(shè)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(shù)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(shè)置線路需要花費很長時間。但有了單電纜技術(shù)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(shè)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(shè)備的不同側(cè)面操作機器。“機器的設(shè)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 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(shè)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。”

機器自動化中的安全問題是頭等大事。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)模式一旦啟動就可以讓電機驅(qū)動器停止運行，安全系統(tǒng)的布線無需任何硬接線！在有些操縱狀況下，操作人員可能不得不在某個運行時段打開門，而電機仍處于帶有扭力的激活狀態(tài)。在這里，TwinSAFE 選項卡 AX5805 可以利用內(nèi)置的 SOS（安全運行停止）功能幫助我們滿足安全需求。若要在以前的機器上實現(xiàn)這一點是非常困難的，而且還需要花費大筆資金購買速度監(jiān)視器。最重要的是，針對 PLC、驅(qū)動器、HMI 或安全系統(tǒng)的所有編程工作都可以通過同一個 TwinCAT 平臺完成。”

概覽

針對食品加工、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器人化成型機

為客戶帶來的好處

• 周轉(zhuǎn)速度快，提高葉片制作效率

• 降低運營成本

• 保障操作人員的人身安全

• 無需專用模具

PC 控制結(jié)構(gòu)

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

• TwinCAT 用作實現(xiàn)所有功能的通用軟件平臺

• TwinSAFE 用于簡單實現(xiàn)功能安全

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

• AX5000 驅(qū)動器和 AM8000 電機用于實現(xiàn)高精度運動控制

• CX5140 和 CP3916 用作靈活、高性能的多點觸控控制平臺

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