Gyártásellenőrzés kapacitásának és átbocsátásának jelentős mértékű fokozása az XPlanar síkmotorrendszer segítségével.
A Beckhoff 2021. őszétől teljesen újragondolta I/O-termináljainak végellenőrzését, azzal a céllal, hogy a rendkívül széles termékpaletta ellenére jelentős mértékben fokozza a végellenőrzés kapacitását és átbocsátását. A rendszer, amelyet teljes egészében a vállalat saját berendezésgyártó részlege épített fel, műszakonként mintegy 10 000 terminált képes teljesen automatizáltan programozni, beállítani és tesztelni. Ezt a nagy sebességet és rugalmasságot a kifinomult üzemkoncepció mellett az XPlanar intelligens szállítórendszer, a PC-alapú vezérlés és a sokféle EtherCAT terminál tette lehetővé.
Lépést tartani a Beckhoff évről évre megvalósított növekedésével – ez volt és marad a kihívás Michael Golz, a bemutatórendszerek részlegvezetője és mintegy 40 munkatársa számára, akiknek a feladata többek között az üzemi berendezések építése. Teljesen innovatív módon valósították meg az I/O-terminálok végellenőrzését végző rendszert az XPlanar szállítórendszer, a speciális fejlesztésű firmware-programozó eszközök, valamint az ellenőrző állomásokra telepített univerzális ellenőrzőszekrények segítségével. „A rendszert átlagosan három másodpercenként hagyja el egy megfelelő firmware-rel felprogramozott és teljeskörűen ellenőrzött I/O-terminál, függetlenül a típusától és kiszállításának sorrendjétől” – mutatott rá Michael Golz. Az elrendezés jelenleg több mint 200 terminálfajta programozására és ellenőrzésére képes, azonban az eszközök sokfélesége nem befolyásolja a műszakonként 10 000 terminálos átfutási teljesítményt.
Maximális átbocsátásra optimalizált, fennakadásmentes vezérlés és ellenőrzés: programozás, beállítás, kalibrálás és funkcionális ellenőrzés a Beckhoff I/O-terminálokat gyártó üzemében
Ez úgy hangzik, mint a kör négyszögesítése, ugyanis a programozás és az azt követő funkcionális tesztelés időigénye eltérő attól függően, hogy egy adott terminál FPGA-t, vezérlőt vagy analóg csatornákat tartalmaz-e vagy sem. „A firmware felprogramozása és az összes analóg csatorna beállítása akár 30 másodpercet is igénybe vehet” – árulta el Stefan Engelke, aki csapatával együtt az ellenőrző szekrények fejlesztését és programozását végezte.
Az időproblémát úgy oldották meg, hogy különválasztották és párhuzamosították a firmware felprogramozását, illetve a funkcionális vizsgálatokat. Ez önmagában nem úttörő ötlet; a forradalmi elem az XPlanar szabadságfokainak konzekvens kihasználása a teljes belső logisztikai láncban és a terminálok munkaállomásokhoz történő eljuttatásánál. A termékek szabadon mozgathatók két dimenzióban, ezért lényegtelen, hogy egy buszterminál tíz másodpercet vagy egy percet tölt-e el egy ellenőrző állomáson. A többi mozgatóegység a foglalt pontokat egyszerűen kikerülve a következő szabad állomáshoz megy, ezért az egyedi késleltetések nem hatnak ki a rendszer egészének átbocsátására.
Könnyű, rugalmas és átlátható kezelés
„A folyamat rendkívül egyszerű” – nyilatkozta Michael Golz. „A kezelőnek semmit sem kell beállítania; mindössze annyi a dolga, hogy letesz egy tálca terminált a beadagoló állomáshoz és megnyom egy gombot.” Ekkor a terminálköteg belép a szortírozó állomásra, ahol egy deltarobot felveszi a modulokat a tálcáról és egyenként ráteszi a várakozó XPlanar mozgatóegységekre. A rendszernek két fő pályája van, ezek balra, illetve jobbra rendre a programozó és a vizsgáló állomáshoz vezetnek. Az állomások az adott pálya melletti kilépési pontokon vagy „parkolóöblöknél” helyezkednek el. A két fő pálya között található egy harmadik is, ezen térnek vissza a mozgatóegységek a szortírozóhoz. Ez a szimmetrikus elrendezés azzal az előnnyel jár, hogy a rendszer akkor is tovább tud működni, ha az egyik fele teljesen kiesik.
A mozgatóegységek egy leolvasóállomás alatt áthaladva juttatják el a terminálokat a pálya mentén elhelyezett programozóállomásokhoz. A leolvasóállomás több kamera és a Beckhoff Vision programrendszer segítségével leolvassa minden egyes terminál BIC (belső gyári) azonosító kódját. „Ebből a rendszer felismeri a terminál típusát, és mindent teljesen automatikusan végez el: a programozást, szükség esetén az analóg csatornák beállítását, valamint a funkcionális vizsgálatokat” – fűzte hozzá a rendszerprogramozásért felelős szakember, Ulrich Brockhaus. Ezzel egyidejűleg a rendszer egy adott eszköz BIC-kódját összerendeli a megfelelő mozgatóegységgel ez utóbbi azonosítója alapján. Mindez azt jelenti, hogy a mozgatóegység azonosítója révén követni lehet minden egyes mozgatóegység vagy terminál helyét, még áramkimaradás után is.
Egy I/O- terminál felprogramozási és tesztelési ideje nem változott, csak az átbocsátás sebessége nőtt jelentősen: mintegy három másodpercenként hagyja el a rendszert egy felprogramozott és alaposan tesztelt egység
Amikor a mozgatóegység elér egy szabad programozóállomáshoz, a terminált pontosan az állomás érintkezői alá pozícionálja. Ezután a rendszer a BIC-kód alapján felprogramozza a terminálra a megfelelő firmware-t.
A következő lépésben a terminál továbbhalad egy univerzális ellenőrzőállomáshoz, amely – szintén a BIC-kód alapján – lehívja az adott eszköz tesztelési lépéssorozatát. Ha a szoftver felprogramozása helyes volt és a funkcionális vizsgálat nem jelzett hibát, a mozgatóegység a terminált a középső pályán eljuttatja a szortírozóállomás második deltarobotjához, amely a terminált egy másik tálcára helyezi. Ekkor a mozgatóegység ismét áthalad a leolvasóállomáson, ezúttal ellenkező irányban. „A BIC-kód visszaúton történő ismételt leolvasásakor a rendszer befejezettnek iktatja az adott terminált, egy központi adatbázisban dokumentálva minden egyes terminál felprogramozott kódját és funkcionális vizsgálatának eredményét, beleértve az összes beállítási értéket is analóg eszközök esetén” – részletezte Stefan Engelke.
Az XPlanar összes szabadságfokának felhasználása
Ezt a rugalmas, mégis gyors folyamatot egy száz síklapot tartalmazó XPlanar rendszerrel sikerült megvalósítani. „A két fő- és a közöttük lévő visszirányú pályát hat, egyenként 3×4 síklapot tartalmazó XPlanar alapkészletből építettük ki” – fejtette ki Michael Golz. A hozzáépített (programozó és vizsgáló) állomásokat a fennmaradó 28 lapból az alaprendszer oldalához csavarozták. Mindegyik hozzáépített állomás 400 V-os hálózati tápellátást, továbbá biztonsági, Ethernet (LAN) és EtherCAT vonalakat egyaránt tartalmazó, egységes csatlakozófelülettel rendelkezik. Ez a csatlakozófelület és a rendszer elrendezése nagyobb átalakítások nélkül lehetővé teszi a jövőbeni bővítést” – hangsúlyozta Daniel Golz, a rendszer mechanikai kialakításának és a terminálok csatlakoztatási részleteinek felelőse.
Az XPlanar nemcsak moduláris kialakítást tesz lehetővé, hanem sok területen a mechanikai bonyolultság is csökkenthető a segítségével. Például, a programozóállomások az XPlanar nagypontosságú XY-pozicionálási képességét használják, így a terminálok érkezésekor a programozóállomások azonnal leereszthetik érintkezőiket a terminálok megfelelő csatlakozási pontjaihoz és elkezdhetik a felprogramozást.
A három pálya fölé szerelt, gépi látással ellátott híd: itt történik minden áthaladó terminál DataMatrix-kódjának rögzítése, amelyet a rendszer hozzárendel az adott terminált továbbító XPlanar mozgatóegység azonosítójához
A vizsgálóállomások esetében az XPlanar egy másik képessége, a változtatható repülési magasság könnyíti meg a tervezési munkát. Amikor a mozgatóegység megérkezik egy vizsgálóállomáshoz, felemelkedik úgy, hogy az adott állomás becsúszóegysége a terminál alá tolódjon be. Ezután a mozgatóegység mérsékli a magasságát, ráengedve a terminált a becsúszóegységre, amelyet ekkor a vizsgáló behúz. Ennek a megoldásnak az az előnye, hogy lehetővé teszi minden érintkező szabad elérését és csatlakoztatását. A vizsgálat után a terminál fordított sorrendben visszakerül a mozgatóegységekre.
A mozgatóegységek elforgathatók, ami behelyezéskor és eltávolításkor fontos szerepet játszik: a rendszer attól függően forgatja el őket 180°-kal, hogy melyik oldalt használja. „Ennek a képességnek köszönhetően is jelentősen sikerült egyszerűsíteni a mechanikát, és ez tette egyáltalán lehetővé mindkét oldalon a bevizsgáló és a programozóállomások helytakarékos kialakítását” – mutatott rá Daniel Golz.
A TwinCAT HMI-alapú megjelenítőn valós időben követhető az összesen száz darab XPlanar síklap fölött lebegő 33 mozgatóegység helyzete
A létesítmény összességében az XPlanar síkmotorrendszer alábbi négy képességét aknázza ki:
- a termékek kétdimenziós mozgatásával különválasztható a terminálok szállítása, így párhuzamosíthatók a programozó- és a vizsgálóállomásokon végzett műveletek;
- a precíziós XY-pozicionálás feleslegessé teszi egy kezelőrendszer alkalmazását a programozóállomásokon;
- a buszterminálok Z-irányú (emelő/süllyesztő) mozgatásával bonyolult mechanika válható ki a vizsgálóállomásokon;
- a 360°-os elforgatás lehetővé teszi a rendszer tükörszimmetrikus kialakítását.
A terminálokat szállító síklapokat AA3000 típusú elektromos hengerek húzzák be, az érintkezőtüskéket pedig AA1000 típusú lineáris beavatkozószervek engedik le
Az elektromos és optikai funkciókról részletesebben
A vizsgálóállomások nemcsak a terminálok elektromos tulajdonságait és funkcióit ellenőrzik. „Analóg jeleket kezelő termináloknál ehhez hozzájönnek még a megfelelő tesztelési lépéssorozatok és kalibrálások is” – fejtette ki Stefan Engelke. A Vision rendszer azt is ellenőrzi, hogy be van-e szerelve és a helyén van-e a prizma, valamint méri a LED színeit és fényerejét is.
Az univerzális ellenőrzőszekrények teljesen automatizáltan vizsgálják be a különféle EtherCAT-terminálok funkcióit és mérési tartományát. Méréstechnikájuk teljes mértékben a Beckhoff technológiájára épül, elsősorban a nagypontosságú ELM-sorozatú mérőterminálokra alapozva. A mozgatható szekrényekbe szerelt és a rendszerhez bontható csatlakozóval bekötött ellenőrzőszekrények gyorsan lecserélhetők anélkül, hogy a teljes rendszert le kellene állítani. A cserére gyakran szükség is van, mivel az ELM-terminálok mérőműszerek, ezért rendszeresen újra kell kalibrálni és hitelesíteni ezeket.
Ilyen bonyolult létesítményt csak csapatmunkával lehet megtervezni és megvalósítani (a Beckhoff szakértői balról jobba): Daniel Golz (mechanikai tervezés), Mathis Blattner (ellenőrzőszekrények szoftverfejlesztése); Ulrich Brockhaus (rendszerprogramozás); Stefan Engelke (ellenőrzőberendezések fejlesztése); Michael Golz (a demórendszerek részlegvezetője)
A PC-alapú vezérlés erősségei megmutatkoznak az teljes koordinálás és kiértékelés terén is. Ha egy tesztelőberendezés egy terminálnál eltérést észlel, ezt regisztrálja a BIC-kódon keresztül, és a terminált visszaküldi átkonfigurálásra a programozóállomásokhoz. Ha egy programozó- vagy tesztelőállomás esetében felhalmozódnak a hibaüzenetek, az hibás üzemelésre utal. „Ilyen esetben a tesztelőt a rendszer meghibásodottnak fogja nyilvántartani, és a mozgatóegységek el fogják kerülni amíg meg nem történik ennek a bevizsgálása és szükség esetén a cseréje” – magyarázta Ulrich Brockhaus. Bár ilyenkor a rendszer rövid ideig eggyel kevesebb állomással működik, továbbra is üzemképes marad, és lényegesen nem lassul le. „A rendszerünket nem hagyja el olyan I/O-terminál, amely ügyfeleinknél problémákat okozhatna” – fűzte hozzá Michael Golz.
A rendszer iskolapélda arra, hogyan lehet PC-alapú vezérléssel megvalósítani számos komplex feladatot és funkciót. A száz síklapon 33 mozgatóegységet koordináló C6670 típusú vezérlőszekrénybe szerelt ipari szerver mellett összesen tíz darab C6032 típusú ultrakompakt ipari PC vezérli a rendszer többi részét. A deltarobotok automatizálása az AX8000 típusú többtengelyes szervorendszerrel és AM8000 típusú szervomotorokkal történt. „A tálcák beadagolására és kiadására AMI8100 típusú integrált szervohajtásokat alkalmazunk, mivel rendkívül kompaktak és működésükhöz mindössze EtherCAT-hálózat, valamint 48 V-os tápfeszültség szükséges” – fejtette ki Ulrich Brockhaus. A programozóegységek AA1000 típusú lineáris beavatkozó szervekkel csatlakoztatják a terminálokat, és AA3000 típusú elektromos hengerekkel húzzák be a terminálokat szállító síklapokat. A teljes biztonságtechnikát TwinSAFE rendszer szolgáltatja. A DataMatrix kódokat a TwinCAT Vision rendszer olvassa be. A négy mérőszekrény mindegyikében mintegy 40 darab ELM-sorozatú EtherCAT mérőterminál kapott helyet, ezenfelül többféle EL-sorozatú EtherCAT terminál is található bennük. Michael Golz ehhez kapcsolódóan a következőket nyilatkozta: „A PC-alapú vezérlés sokmindent megkönnyített ennél a projektnél, és lehetőséget ad további bővítésekre.”
A mozgatható tesztelőszekrényeket a teljes rendszertechnikához hasonlóan kizárólag a Beckhoff termékválasztékára alapozva valósították meg
Michael Klasmeier, a Beckhoff I/O termináljainak gyártásvezetője hozzátette: „I/O termináljaink választéka rendkívül széles, a kétcsatornás digitális bemeneti egységektől a kompakt hajtástechnikáig, az egyszerűbbektől a komplexekig, az évi néhány ezres darabszámtól az akár több százezres darabszámig minden megtalálható. Minden termékünket helyileg, a kelet-vesztfáliai Verlben gyártjuk. Célunk, hogy a jelenlegi dolgozói létszámmal és a rendelkezésre álló helyen jelentősen többet termeljünk, ez pedig csak a tesztelés automatizálása révén érhető el.”
Ha feliratkozik a Műszaki Magazin Hírlevelére, sosem marad le a híreinkről! További friss híreket talál a Műszaki Magazin főoldalán! Csatlakozzon hozzánk a Facebookon is!
