THE MECHATRONIC SOLUTION ΕΦΑΡΜOΓΗ ΠΕΡΙΣΟΦΙΚΟΤ MΑΥΑΙΡΙΟΤ

Transcript

1 ΖΑΦΕΘΡΗ ΑΘΑΝΑΘΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΟ ΜΗΧΑΝΘΚΟ ΕΜΠ, MSc SIEMENS I DT MC Tel: Fax: mail to: athanasios.zafiris@siemens.com THE MECHATRONIC SOLUTION ΕΦΑΡΜOΓΗ ΠΕΡΙΣΟΦΙΚΟΤ MΑΥΑΙΡΙΟΤ Με ηνλ φξν κεραηξνληθή ηερλνινγία αλαθεξφκαζηε ζηνλ ζπλδπαζκφ ηεο κεραλνινγίαο κε ηηο επηζηήκεο ηεο ειεθηξνληθήο, ησλ ππνινγηζηψλ θαη ηνπ απηνκάηνπ ειέγρνπ. Η ξαγδαία αλάπηπμε ησλ άλσ ηερλνινγηψλ έρεη νδεγήζεη ζηνλ επαλαζρεδηαζκφ ηππηθψλ κεραλνινγηθψλ θαηαζθεπψλ. Παξαδνζηαθά κεραλνινγηθά ζηνηρεία, φπσο βαζκίδεο απφ γξαλάδηα θαη έθθεληξα, αληηθαζίζηαληαη απφ <<virtual>> ζηνηρεία ηα νπνία πινπνηνχληαη σο ινγηζκηθφ ζε θαηάιιειν ειεγθηή θαη ειέγρνπλ ζεξβνθηλεηήξεο. Με ηνλ ηξφπν απηφ ηα κεραλήκαηα απνθηνχλ πνιιά πιενλεθηήκαηα φπσο επθνιία ζηε ζπληήξεζε, επειημία ζε κεηαηξνπέο, πςειή δπλακηθή απφθξηζε αιιά θαη δπλαηφηεηεο δηθηχσζεο θαη δηαζχλδεζεο κε ηνλ απηνκαηηζκφ ηνπ εξγνζηαζίνπ. Έλα ηππηθφ κεράλεκα πνπ αθνινπζεί ηελ κεραηξνληθή θηινζνθία, απνηειείηαη θπξίσο απφ ηνλ ειεγθηή (controller), ηα drives θαη ηνπ ζεξβνθηλεηήξεο. Επίζεο δηαζέηεη δηάθνξα παξειθφκελα ζηνηρεία απαξαίηεηα γηα ηελ πινπνίεζε ηνπ απηνκαηηζκνχ, φπσο κνλάδεο εηζφδσλ εμφδσλ ζεκάησλ, encoders θαη άιια φξγαλα κέηξεζεο θαη αηζζεηήξηα. Η θαξδηά ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη ν ειεγθηήο. Οη κνληέξλνη ειεγθηέο είλαη ηζρπξά ζπζηήκαηα ηα νπνία ελζσκαηψλνπλ ζε κία κνλάδα δηάθνξεο ιεηηνπξγίεο έιεγρνπ θίλεζεο θαη απηνκαηηζκνχ θαζψο θαη ζπγθεθξηκέλεο ηερλνινγίεο φπσο pid, έιεγρν ζεξκνθξαζίαο θ.α. Η εηαηξία Raycon Systems and Machines ltd ζε ζπλεξγαζία κε ηελ Siemens Α.Ε. πινπνίεζε κεραλή πεξηζηξνθηθνχ καραηξηνχ θνπήο θπκαηνεηδνχο ραξηνληνχ βαζηζκέλε ζηελ άλσ κεραηξνληθή θηινζνθία. Η ζρεκαηηθή απεηθφληζε κηαο ηέηνηαο κεραλήο θαίλεηαη ζηελ Εηθφλα 1. Σα πεξηζηξνθηθά θνπηηθά πςειήο ηαρχηεηαο θαη αθξίβεηαο ζεσξνχληαη κε ηεηξηκκέλεο εθαξκνγέο ειεγθηψλ δηφηη ππάξρνπλ αξθεηνί

2 πεξηνξηζκνί ζε ζέζε θαη ηαρχηεηα πνπ πξέπεη λα ηεξνχληαη ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν. πγθεθξηκέλα: ην ζεκείν θνπήο ε ιεπίδα πξέπεη λα έρεη ηαρχηεηα γξακκηθή ίζε κε απηή ηνπ ραξηνληνχ (θάζε ζπγρξνληζκνχ). Η πεξηζηξνθή ηνπ καραηξηνχ πξέπεη λα γίλεηαη ζε ηέηνην ρξφλν ψζηε ε ιεπίδα λα ζπλαληά θάζε θνξά ην ραξηφλη φηαλ απηφ έρεη δηαλχζεη ην επηζπκεηφ κήθνο θνπήο. Άξα ν ρξφλνο πεξηζηξνθήο ηεο ιεπίδαο είλαη ζπλάξηεζε ηεο ηαρχηεηαο ηνπ ραξηηνχ θαη ηνπ κήθνπο θνπήο. Η πεξηζηξνθή ηνπ καραηξηνχ πξέπεη, ηεξψληαο ηηο δχν πξνεγνχκελεο δεζκεχζεηο, επί πιένλ λα αθνινπζεί φζν ην δπλαηφλ νκαιφηεξν πξνθίι θίλεζεο έηζη ψζηε λα ειαρηζηνπνηνχληαη νη θξαδαζκνί θαη νη κεραλνινγηθέο θαηαπνλήζεηο. ην παξειζφλ, ε πινπνίεζε ησλ παξαπάλσ πξνυπνζέζεσλ επηηπγραλφηαλ κε απνθιεηζηηθά κεραλνινγηθφ εμνπιηζκφ φπνπ ε αιιαγή ζην κήθνο θνπήο κεηαθξαδφηαλ ζε αιιαγή ηνπ ιφγνπ κεηάδνζεο θίλεζεο ραξηηνχ-καραηξηνχ κέζσ κεραληθήο ψζεζεο ηνπ ηκάληα ηεο ηξνραιίαο κεηάδνζεο θίλεζεο. Αλ θαη είλαη θαλεξφ φηη απηή ε κεραληθή πινπνίεζε είλαη επηξξεπήο ζε ρακειή αθξίβεηα, θζνξά, αζηάζεηα θαη ην φιν ζχζηεκα είλαη απμεκέλεο πνιππινθφηεηαο, απνηέιεζε ηελ κνλαδηθή επηινγή ζηνλ ηνκέα ηνπ θπκαηνεηδνχο ησλ πεξηζηξνθηθψλ καραηξηψλ πςειήο ηαρχηεηαο γηα πεξηζζφηεξα απφ 50 ρξφληα. Μία αηηία γηα απηφ είλαη φηη παξά ηα κεηνλεθηήκαηά ηνπ ην κεραλνινγηθφ καραίξη κε ζσζηή θαηαζθεπή θαη θαιή ζπληήξεζε επηηχραηλε ζρεηηθά θαιή αθξίβεηα θνπήο (± 1cm). Μία πηζαλή βειηίσζή ηνπ ζπλεπψο, θαηαξρήλ ζα έπξεπε λα νδεγεί ζε αθξίβεηεο ζεκαληηθφηεξα βειηησκέλεο (±0.5mm), ελψ ζπγρξφλσο ζα έπξεπε λα ππάξρεη ε αλάγθε γηα ηέηνηεο αθξίβεηεο ζε ζρέζε κε ηελ δηαδηθαζία παξαγσγήο ηειηθψλ πξντφλησλ απφ θπκαηνεηδέο ραξηφλη.

3 Εχξνο δηακφξθνζεο Σξνθνδνζία ραξηνληνχ Εχξνο ζπγρξνληζκνχ Εικόνα 1 - χηματική αναπαράσταση περιστρουικού μαχαιριού Οη απμαλφκελεο απαηηήζεηο αθξηβείαο ζηηο ηερλνινγίεο εθηχπσζεο θαη ε εμέιημε ζηνλ ηνκέα ησλ ειεθηξνληθψλ απηνκαηηζκψλ πνχ έξηρλε ην θφζηνο ησλ ειεγθηψλ πςειήο ηαρχηεηαο έθαλε πξνζηηή ηελ ηερλνινγία ησλ ζεξβνθηλεηήξσλ πςειήο αθξίβεηαο ζέζεο θαη έηζη άξρηζαλ λα εκθαλίδνληαη πξνγξακκαηηζηηθέο εθαξκνγέο ππνινγηζκνχ θαη νδήγεζεο έθθεληξσλ θίλεζεο ζηηο νπνίεο ελ πνιχο εκπίπηεη θαη ην πεξηζηξνθηθφ καραίξη φπσο παξαθάησ ζα αλαιχζνπκε. Είραλ πξνεγεζεί επίζεο, θπξίσο ιφγσ ηνπ πςεινχ θφζηνπο ησλ ζεξβνθηλεηήξσλ, απφπεηξεο κε θηλεηήξεο ζπλερνχο ξεχκαηνο, πνπ φκσο εηζάγνπλ κεγάιε πνιππινθφηεηα κε ζπλέπεηεο ζηελ αμηνπηζηία, δηαηεξεζηκφηεηα αιιά θαη ζηελ απφδνζε ηνπ ηειηθνχ ζπζηήκαηνο. Η ηξέρνπζα ζηάζκε ηεο ηερληθήο παγθνζκίσο ζηνλ ηνκέα ηνπ θπκαηνεηδνχο ραξηνληνχ βξίζθεηαη ζήκεξα ζηνλ έιεγρν ζεξβνθηλεηήξσλ κε ειεγθηέο πςειήο ηαρχηεηαο θαη πξνζαξκνζκέλν «customized» ινγηζκηθφ. πλήζσο νη εηαηξίεο πνπ θαηαζθεπάδνπλ ηα κεραλήκαηα παξαγσγήο θαη επεμεξγαζίαο θπκαηνεηδνχο αλαπηχζζνπλ θαη θάπνην «θιεηζηφ» ινγηζκηθφ πνπ νδεγεί ηνπο ζεξβνθηλεηήξεο ζηα πεξηζηξνθηθά καραίξηα. Η παξνπζηαδφκελε εδψ εθαξκνγή θαη πινπνίεζε ηνπ πεξηζηξνθηθνχ καραηξηνχ γηα θπκαηνεηδέο ραξηφλη εμειίζζεη ηελ ηξέρνπζα ζηάζκε ηεο ηερληθήο θπξίσο ζην φηη εηζάγεη ηελ έλλνηα ηεο «αλνηθηήο» κεραηξνληθήο ηερλνινγίαο ζε αληηθαηάζηαζε ηνπ «θιεηζηνχ» ινγηζκηθνχ πνπ θαηά θαλφλα ηζρχεη ζήκεξα ζε απηέο ηηο εθαξκνγέο.

4 Σν πεξηζηξνθηθφ καραίξη ηεο εηαηξίαο Raycon Systems and Machines ltd βαζίζηεθε ζην κεραλνινγηθφ ηνπ κέξνο ζε ζρεδηαζκφ ηεο Α. Ραπηφπνπινο ΑΒΕΕ. Έκθαζε δφζεθε ζηελ απιφηεηα θαη αλζεθηηθφηεηα ηεο θαηαζθεπήο θαη γηα ηνλ ιφγν απηφ ε ηνπνζέηεζε ηνπ ζεξβνθηλεηήξα έγηλε ζε θάζεηε δηάηαμε θαη ε κεηάδνζε ηεο θίλεζεο ζηνπο πεξηζηξεθφκελνπο άμνλεο κε ζχζηεκα ηξνραιηψλ θαη ηκάληα ρξνληζκνχ. Έηζη εμαζθαιίδεηαη ε αθξίβεηα ζηελ κεηάδνζε θίλεζεο ελψ ηελ ίδηα ζηηγκή επηηπγράλεηαη απφζβεζε θξαδαζκψλ, κείσζε ησλ κεραλνινγηθψλ θαηαπνλήζεσλ, εμνηθνλφκεζε ρψξνπ θαη δπλαηφηεηα ηππνπνίεζεο κε ηελ επηπιένλ κείσζε λα πινπνηείηαη κέζσ ηεο ζρέζεο ησλ ηξνραιηψλ φπνπ απηφ απαηηείηαη απφ ηηο πξνδηαγξαθέο. Σν ειεθηξνληθφ κέξνο ειέγρνπ θίλεζεο ηνπ παξνπζηαδφκελνπ καραηξηνχ είλαη απνθιεηζηηθά πινπνίεζε ηεο κεραηξνληθήο ηερλνινγίαο ηεο εηαηξίαο Siemens. Ο έιεγρνο ηεο θίλεζεο πξαγκαηνπνηείηαη γηα θάζε καραίξη ζηνλ ειεγθηή Simotion D ν νπνίνο είλαη ππεχζπλνο ηφζν γηα ηελ παξαγσγή ηεο επηζπκεηήο ηξνρηάο θίλεζεο φζν θαη ηελ πινπνίεζε ηνπ απηνκαηηζκνχ ηεο εθαξκνγήο. Οη πεξηνξηζκνί ζέζεο θαη ηαρχηεηαο ηεο θίλεζεο (ζπγρξνληζκφο κε ην ραξηί ηελ ζηηγκή ηεο θνπήο θαη ηνπ ρξφλνπ πεξηζηξνθήο αλάινγα κε ην κήθνο θνπήο θαη ηεο ηαρχηεηαο ηνπ ραξηηνχ), ηφζν ζηελ θάζε ηνπ ζπγρξνληζκνχ, φζν θαη ζηε θάζε δηακφξθσζεο, ππαγνξεχνπλ ζπγθεθξηκέλν πξνθίι έθθεληξνπ (CAM) ην νπνίν πξέπεη λα επαλαυπνινγίδεηαη ζπλερψο ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν πξνθεηκέλνπ νη πεξηνξηζκνί λα ηεξνχληαη αθφκε θαη ζε δπλακηθέο αιιαγέο κήθνπο θνπήο ε ηαρχηεηαο ραξηηνχ. Γηα ηνλ ιφγν απηφ ε ζέζε ηνπ καραηξηνχ δεηγκαηνιεπηείηαη θάζε 125 εθαηνκκπξηνζηά ηνπ δεπηεξνιέπηνπ θαη ην πξνθίι ηνπ έθθεληξνπ επαλαυπνινγίδεηαη κε πξνζέγγηζε πνιπσλπκηθήο

5 ζπλάξηεζεο πέκπηνπ βαζκνχ. Οη εληνιέο θίλεζεο κεηαθέξνληαη ζηνλ ξπζκηζηή ζηξνθψλ ηχπνπ servo ηεο ζεηξάο Sinamics S120 (ε κνλάδα ινγηθήο ηνπ νπνίνπ είλαη ελζσκαησκέλε ζην Simotion) ην νπνίν ειέγρεη ηνλ ζχγρξνλν θηλεηήξα ηχπνπ Servo ηεο ζεηξάο 1FT7. Η πξαγκαηηθή ζέζε / ηαρχηεηα ηνπ ραξηνληνχ πξνο θνπή κεηξάηαη απφ έλαλ πεξηζηξνθηθφ encoder ζπλδεδεκέλν κε ηνλ ειεγθηή. Ο ρεηξηζκφο ηνπ ζπζηήκαηνο γίλεηαη κέζσ ελφο touch panel ηεο ζεηξάο Simatic ζπλδεδεκέλν κε ηνλ ειεγθηή κέζσ δηθηχνπ profibus. Λφγσ ηεο δπλακηθήο θίλεζεο ηνπ θνξηίνπ, ν θηλεηήξαο θαηά ηελ δηάξθεηα ηηο πέδεζεο ιεηηνπξγεί σο γελλήηξηα. Η επηζηξεθφκελε ελέξγεηα κπνξεί είηε λα απαρζεί ζε αληίζηαζε θξελαξίζκαηνο, είηε, κε ηελ ρξήζε ηνπ θαηάιιεινπ Sinamics S120 module λα επηζηξαθεί ζην δίθηπν ηξνθνδνζίαο. Η δεχηεξε πεξίπησζε παξέρεη ζεκαληηθά πξνηεξήκαηα φπσο νηθνλνκία ζηελ θαηαλάισζε ελέξγεηαο, απνθπγή έθθιεζεο ζεξκφηεηαο, επθνιία θαηαζθεπήο θαη απιφηεηα ηνπ πίλαθα. Όπσο αλαθέξζεθε παξαπάλσ ην παξνπζηαδφκελν πεξηζηξνθηθφ καραίξη εμειίζζεη ηελ ηξέρνπζα ζηάζκε ηεο ηερληθήο θπξίσο ιφγσ ηεο κεραηξνληθήο ζρεδίαζεο ζε αληίζεζε κε ηελ ινγηθή ηνπ «θιεηζηνχ» ινγηζκηθνχ. Μεραηξνληθή ζρεδίαζε ζηελ πεξίπησζε απηή ζεκαίλεη πψο φινη νη πξναλαθεξφκελνη ζεσξεηηθνί αιγφξηζκνη, πξναπαηηνχκελνη γηα ηελ ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπ καραηξηνχ, πινπνηνχληαη κε πξνυπάξρνληα εηθνληθά δνκηθά πιηθά πνπ έρνπλ ήδε αλαπηπρζεί, βειηηζηνπνηεζεί θαη «αληηθεηκελνπνηεζεί» ζε θαηάιιειε κνξθή βηβιηνζήθεο γηα γεληθή ρξήζε. Έηζη ζηελ πεξίπησζε ηνπ παξνπζηαδφκελνπ καραηξηνχ δελ ππάξρεη «θιεηζηφ» ινγηζκηθφ αιιά δηαζχλδεζε δνκηθψλ πιηθψλ ηεο πξνυπάξρνπζαο «αλνηθηήο» ππνδνκήο κεραηξνληθήο ηεο εηαηξίαο SIEMENS. Η αθνινπζεκέλε απηή πξαθηηθή κεραηξνληθήο έρεη ζεκαληηθέο ζπλέπεηεο σθειείαο, ηφζν γηα ηνλ ηειηθφ ρξήζηε- αγνξαζηή ηνπ κεραλήκαηνο, φζν θαη γηα ηελ ζρέζε θφζηνπο-απφδνζεο ηνπ θαηαζθεπαζηή. Καη αξρήλ ε απνθπγή ηνπ θιεηζηνχ ινγηζκηθνχ δίλεη βαζκνχο απηνλνκίαο ζηνλ εμνπιηζκφ θάηη πνπ είλαη ζεκαληηθφ γηα ηνλ αγνξαζηή- ρξήζηε θαη ηελ ίδηα ζηηγκή πξνζδίδεη πξνζηηζέκελε αμία, θάηη πνπ είλαη πνιχ ζεκαληηθφ γηα ηνλ θαηαζθεπαζηή ηνπ εμνπιηζκνχ, δηφηη εκπιέθεη ζην after sales ην παγθφζκηαο εκβειείαο δίθηπν ππνζηήξημεο ηεο εηαηξίαο SIEMENS. Επίζεο, ε κεγάιε επαλαιεπηηθή αθξίβεηα θνπήο, ε δπλαηφηεηα mark cutting, θαη ε ελ ιεηηνπξγία αιιαγή ηνπ κήθνπο θνπήο, ραξαθηεξηζηηθά δειαδή πνπ δηαθνξνπνηνχλ ηελ ελ ιφγσ εθαξκνγή απφ αληίζηνηρεο αληίζηνηρνπ θφζηνπο «θιεηζηέο» εθαξκνγέο, ήηαλ δπλαηφλ λα ελζσκαησζνχλ ζε ρακειφ ζρεηηθά θφζηνο δηφηη ε RAYCON SYSTEMS AND MACHINES επέιεμε λα ρξεζηκνπνηήζεη ηελ πξνυπάξρνπζα αξζξσηή ππνδνκή κεραηξνληθήο ηεο εηαηξίαο SIEMENS, αληί ηεο εθ ηνπ κεδελφο αλάπηπμεο θάπνηνπ «θιεηζηνχ» ινγηζκηθνχ. Σα

6 άλσ πξνηεξήκαηα ζε ζπλδπαζκφ κε ηελ επθνιία ζηε ζπληήξεζε, ηελ αμηνπηζηία, ηελ επεθηαζηκφηεηα αιιά θαη ηελ δπλαηφηεηα ελζσκάησζεο δηθηπαθά -ζηνλ απηνκαηηζκφ ηεο γξακκήο παξαγσγήο (totally integrated automation ) φρη κφλνλ ηνπνζεηνχλ ην πεξηζηξνθηθφ καραίξη κεραηξνληθήο ζρεδίαζεο SIEMENS ηεο εηαηξίαο RAYCON SYSTEMS AND MACHINES ζηελ θνξπθή ηεο παγθφζκηαο ζηάζκεο ηεο ηερληθήο, αιιά θαη ην θαζηζηνχλ πξντφλ πξψηεο επηινγήο ηθαλφ λα αληαγσληζηεί ζε δηεζλέο επίπεδν. Η RAYCON S&M επέιεμε ηελ ζπλεξγαζία κε ηελ SIEMENS ζηνρεύνληαο ζε έλα αλνηθηό πξσηνπνξηαθό business model. Η εμεηδίθεπζε ηεο RAYCON S&M ζηνλ ηνκέα ηεο βηνκεραλίαο ραξηηνύ ζπλδπάδεηαη κε ηελ εμεηδίθεπζε ησλ ζπζηεκάησλ ηεο SIEMENS ζε έλα αλνηθηό κνληέιν κεραηξνληθήο. Σε ζρέζε κε αληαγσληζηηθά ζπζηήκαηα πνπ βαζίδνληαη ζε θιεηζηό ινγηζκηθό πνπ έρνπλ αλαπηύμεη κε εμεηδηθεπκέλεο ζηα ειεθηξνληθά εηαηξίεο, ην απνηέιεζκα είλαη ε ηερλνινγηθή αλσηεξόηεηα ηνπ εμνπιηζκνύ, ε απηνλνκία ηνπ ηειηθνύ ρξήζηε, ε δπλαηόηεηα παγθόζκηαο ηερληθήο θάιπςεο after sales, θαη ε επέθηαζε ηεο ηξέρνπζαο ζηάζκεο ηεο ηερληθήο. Μόλν κε ηνλ ζπλδπαζκό δύν εμεηδηθεπκέλσλ εηαηξηώλ ζε έλα πξσηνπνξηαθό business model ζα κπνξνύζε λα επηηεπρζεί ηέηνην απνηέιεζκα. Κψζηαο Ραπηφπνπινο, M.Sc, Engr., Ph.D RAYCON SYSTEMS AND MACHINES