Technologia serwonapędów zwiększająca wydajność

2 lut 2023

Osłona na kółka do krzeseł pozwala wyeliminować koszty opakowania

Oszczędność kosztów opakowania stała się ważnym tematem, nawet w przypadku dużych przedmiotów, takich jak krzesła biurowe. Aby krzesła dotarły do klienta w stanie nieuszkodzonym, można zabezpieczyć ich kółka osłonami z tworzywa sztucznego. W takim przypadku wystarczy po prostu przykryć krzesła na czas transportu, rezygnując z kartonowego opakowania. Specjalista w dziedzinie zestawów kołowych do krzeseł i mebli, firma Gross+Froelich, stawia na nowoczesną technikę automatyzacji przy nakładaniu osłon w kształcie pierścienia. Kluczową rolę w tym procesie odgrywają serwonapędy serii Sigma-7 i kontroler serii SLIO firmy Yaskawa.

Przedmioty wyposażone w kółka, z założenia nie muszą być przenoszone. Oczywiście nie oznacza to, że krzesło biurowe jest pchane aż do klienta, ale kółka takiego krzesła z pewnością mogą być użyte do przemieszczenia z ciężarówki na parkingu do biura. Aby zagwarantować, że dotrą tam bez żadnych zarysowań, kółka muszą być jednak zabezpieczone. Dobrym rozwiązaniem są w tym przypadku osłony z tworzywa sztucznego. Po transporcie można je łatwo zdjąć i poddać recyklingowi. Jak jednak zakłada się takie osłony?

Do 36 000 osłon na kółka dziennie

Zestaw kołowy do krzeseł składa się zasadniczo z dwóch pojedynczych kółek, na które nakładana jest osłona. Proces ten odbywa się całkowicie automatycznie i z dużą prędkością. Firma Gross+Froelich mieszcząca się w małym miasteczku Weil der Stadt w Niemczech stosuje maszynę firmy ARAMIS Maschinenbau GmbH & Co. KG, która po modernizacji polegającej na wdrożeniu technologii serwonapędów pracuje z czasem cyklu 2,4 sekundy. W zależności od modelu zestawu kołowego oznacza to, że w ciągu 24 godzin pracy całkowicie automatycznie nakładanych jest do 36 000 pierścieniowych osłon ochronnych na kółka, które łączone są w kompletny zestaw kołowy w dalszej części procesu montażowego. To o około 10 000 osłon więcej niż w przypadku procesu z wykorzystaniem maszyny przed modernizacją.

Energia elektryczna zamiast pneumatyki

Tylko dwie zmiany wystarczyły, aby osiągnąć krótsze czasy cyklu: zwiększono pojemność obrotowego stołu indeksującego dla osłon z tworzywa sztucznego z czterech gniazd do ośmiu. Oprócz tego trzy z zainstalowanych w maszynie napędów pneumatycznych zostały zastąpione bardzo dynamicznymi serwonapędami elektrycznymi. Z uwagi na zbyt duże naprężenia mechaniczne osiągnięcie wyższych prędkości przy zastosowaniu napędów pneumatycznych byłoby praktycznie niemożliwe. Co więcej, poziom zapotrzebowania na sprężone powietrze jest znacznie niższy, co pozytywnie wpływa na koszty eksploatacji.

Spośród napędów elektrycznych wybrano serię Sigma-7 firmy Yaskawa. Sprawdziły się one już w wielu podobnych zastosowaniach i przekonały konstruktora maszyn ARAMIS. Do najważniejszych cech serii Sigma-7 należy zaliczyć szybkość uruchomienia, wysoką wydajność produkcji i maksymalną niezawodność działania. Dodatkowo responsywne serwomotory AC charakteryzują się wyjątkowo kompaktowymi wymiarami i bardzo cichą pracą. Zapewniają wysoką rozdzielczość (dzięki zastosowaniu zintegrowanego 24-bitowego enkodera absolutnego) i dużą dynamikę. Kompaktowe serwowzmacniacze posiadają takie funkcje jak tłumienie tętnień, tłumienie częstotliwości rezonansowych maszyny oraz funkcję "tuningless" ułatwiającą uruchomienie.

Konstruktor maszyny, jego partner w zakresie projektowania połączeń elektrycznych oraz firma Roggenstein Elektronik współpracowali ze specjalistami ds. automatyki z firmy Yaskawa w celu przystosowania maszyny do montażu osłon ochronnych. Łącznie maszyna wykorzystuje teraz trzy osie serwo 3x 400 V, każda o mocy 400 W: jeden napęd obsługuje ruch posuwu w poziomie. Pneumatyczny zespół liniowy z chwytakiem przenosi osłonę z jednostki rozdzielającej do gniazda stołu obrotowego. Siłownik elektryczny prowadzony przez drugi serwonapęd dociska osłonę do kółka krzesła. Czujnik siły docisku wykrywa skok siły w momencie ich złączenia. Czujnik ten wraz z systemem czujników położenia bezwzględnego serwomotoru sprawdza, czy proces zakończył się sukcesem. Trzeci serwonapęd kontroluje ruch poziomy, a gotowe części są odkładane na zsuwnię, skąd odpowiednio zabezpieczone kółka są transportowane do skrzyni kratowej i mogą być przewożone do dalszego montażu.

Napędy, kontrolery i oprogramowanie z jednego źródła

Kontroler maszyny komunikuje się z osiami serwo za pośrednictwem sieci Profinet. Kontroler z serii SLIO, dostarczany również przez firmę Yaskawa, można wygodnie zaprogramować w programie Siemens Step7, a jego modułowa konstrukcja umożliwia skutecznie dostosowanie do danej aplikacji. Dodanie i połączenie niezbędnych modułów dodatkowych we/wy nie sprawiło trudności; możliwa jest także dalsza rozbudowa. Dodatkowe korzyści w zakresie szybkości zapewnia interfejs magistrali systemu we/wy, która pracuje z prędkością 48 Mbit/s i umożliwia niezależne przełączanie sieci fieldbus z dokładnością +/-1 μs. Krótkie czasy cyklu podczas realizacji programu umożliwiają wykonanie szybkich sekwencji. Zintegrowanie z aplikacją ułatwia również obszerna biblioteka systemowa kontrolerów, z dużą liczbą zapisanych funkcji, które można włączyć w razie potrzeby. Jest to szczególnie pomocne przy wprowadzaniu zmian w pierwotnych projektach, zwłaszcza jeśli użytkownik chce kontynuować korzystanie z istniejącej sieci fieldbus. Profibus jest typowym przykładem takiego scenariusza.

Specjaliści ds. automatyki z firmy Yaskawa stanowili również istotną pomoc dla konstruktora maszyn i jego partnerów z branży elektrycznej w zakresie adaptacji oprogramowania. Pomagali na przykład w integracji pneumatyki, systemu wizualizacji i komunikacji z systemem przetwarzania obrazu, który Gross+Froelich wykorzystuje do zapewnienia jakości. Dzięki dostarczeniu elementów "z jednego źródła" uruchomienie było szybkie i łatwe. Sprzęt i oprogramowanie są do siebie idealnie dopasowane, a konstruktor maszyny miał do dyspozycji tylko jedną osobę kontaktową. Tym samym nie trzeba było się martwić o problemy z interfejsami i związaną z nimi biurokracją czy stratą czasu. Zmodernizowana maszyna i zainstalowane w niej komponenty doskonale sprawdziły się w praktyce, zapewniając wyposażenie krzeseł w duże ilości osłon. Bardzo dynamiczne osie serwo i wydajne kompaktowe kontrolery każdego dnia przyczyniają się do tego sukcesu.