Produktywność dzięki technologii - szybkie wycinarki laserowe EAGLE z systemami sterowania Beckhoff Automation
| Automaticon 2019 ArtykułyCięcie blach z wykorzystaniem maszyn z laserami typu fiber określane jest często mianem "technologii przyszłości". Tego typu obróbka cechuje się wysoką precyzją, brakiem widocznych odkształceń materiału, a przede wszystkim dużą szybkością procesu cięcia. Aby jednak zapewnić te parametry, w maszynach muszą być zastosowane m.in. wydajne systemy sterowania i serwonapędowe. Przedstawiamy rozwiązania techniczne wykorzystywane przez polską firmę Power-Tech, która projektuje i produkuje globalnie rozpoznawalne wycinarki marki EAGLE.
Maszyny laserowe pozwalają na wycinanie praktycznie dowolnych kształtów w blachach płaskich. Wycinarki laserowe EAGLE wykorzystują do procesu ciecia źródło lasera fiber (włóknowego) zapewniające możliwość bezgratowego procesu cięcia cienkich i grubych blach, a przy tym uzyskiwania precyzyjnych, wąskich szczelin.
Power-Tech produkuje trzy serie takich maszyn - eSmart o obszarze obróbczym 1500 × 3000 mm oraz eVision i iNspire, które mogą mieć różne obszary robocze aż do 2500 × 6000 mm. Maszyny są przy tym zróżnicowane wydajnościowo - występują w wersjach od ekonomicznych eSmart do wycinarek typu hi-end z serii iNspire, które stanowią rozwiązanie dla wymagającej produkcji masowej.
PODSTAWĄ JEST DUŻA PRĘDKOŚĆ
Historia wycinarek EAGLE to lata ciągłych wzrostów wydajności i zaawansowania technicznego maszyn. W 2013 roku Power-Tech, jako pierwszy producent na świecie, wprowadził na rynek maszynę o mocy 6 kW, zaś trzy lata temu firma zaprezentowana wycinarkę z laserem 12 kW. Pozwoliła ona na znaczne zwiększenie wydajności pracy, jeżeli chodzi o grubości materiałów i szybkości ich cięcia.
"Podczas zeszłorocznych targów EuroBLECH światową premierę miała wycinarka laserowa z serii iNspire 1530 z laserem o rekordowej mocy 15 kW! Była to jedyna taka maszyna na targach, zaś zwiedzający mogli na żywo zobaczyć niezwykle dynamiczne cięcie z prędkością 150 m/min" - mówi Janusz Marcin Ejma, prezes firmy.
Jaki jest cel produkowania maszyn o coraz większej mocy? Parametr ten ma ogromny wpływ na wydajność pracy wycinarki, a w efekcie na potencjalne zyski użytkownika.
"Porównaliśmy liczbę detali, które wycinane były w ciągu godziny maszynami z laserami o mocach od 4 do 15 kW. Różnica pomiędzy dwiema skrajnymi była ponadczterokrotna. Liczba wyciętych detali przekłada się bezpośrednio na zysk, dodatkowo koszt produkcji maszyną z laserem 15 kW liczony na jeden detal jest około trzykrotnie niższy. Wykonaliśmy liczne testy, z których wynika, że maszyna 15 kW sumarycznie zarobi nawet czternastokrotnie więcej niż ta o mocy 4 kW!" - komentuje właściciel.
Aby jednak uzyskać wymagane parametry pracy, w szczególności w zakresie precyzji i szybkości ruchów, konieczne jest zastosowanie wydajnych układów sterowania i wymiany danych.
SYSTEMY STEROWANIA I KOMUNIKACYJNE
"Cala konstrukcja maszyny jest podporządkowana naszym flagowym założeniom, czyli aby jej praca była maksymalnie efektywna, co wiąże się z bardzo dużymi przyspieszeniami i najwyższymi prędkościami cięcia. W budowie wycinarki zastosowaliśmy korpusy z polimerobetonu, silniki liniowe we wszystkich osiach, ultralekką węglową trawersę oraz źródło lasera o wysokiej mocy - i nie mogliśmy sobie pozwolić na to, aby sterowanie w jakimkolwiek stopniu nas ograniczało" - mówi Marcin Masternak, Lider Działu CNC/PLC w firmie Power-Tech.
"Poświęciliśmy wiele czasu na wybór odpowiedniego producenta systemów sterowania do naszych maszyn. Przeprowadziliśmy analizę rynku i podjęliśmy decyzję, że firma Beckhoff będzie najlepszym partnerem. Współpracujemy z nią od ponad 9 lat i jesteśmy zadowoleni z podjętej decyzji. Głównym czynnikiem wyboru powyższego producenta była stworzona i promowana przez niego technologia EtherCAT, która zyskuje coraz większe uznanie również wśród innych wytwórców podzespołów do naszych maszyn - m.in. firm Festo, IPG oraz NORD" - dodaje Marcin Masternak.
Podstawę systemu sterowania i kontroli maszyn Power-Tech stanowią komponenty PC-based marki Beckhoff oraz oprogramowanie TwinCAT 3. Firma bazuje na nich od początku, tj. od pierwszej zaprojektowanej maszyny, przy czym w kolejnych latach inkrementalnie rozbudowywała funkcjonalność i złożoność wykorzystywanych układów sterowania.
W maszynach używane są sterowniki soft-PLC uruchamiane na komputerach przemysłowych, zaś logika działania napisana jest w języku Structured Text (IEC 61131-3). Jeżeli chodzi o sterowanie osiami, to wszystkie są podłączone w interpolacji CNC, natomiast wizualizacja (HMI) bazuje na autorskim rozwiązaniu Power-Tech.
Za komunikację elementów systemów sterowania z serwonapędami oraz czujnikami odpowiada szybka sieć EtherCAT. Sprawdzanie parametrów procesu oraz pracy maszyny odbywa się w czasie rzeczywistym, zaś czasy wymiany danych liczone są w mikrosekundach. O wymogach co do wydajności wymiany informacji świadczy przykład: w przypadku cięcia w narożnikach oraz odwzorowywania pozycji przy wykonywaniu precyzyjnych konturów przy jednoczesnym cięciu z prędkością do 150 metrów na minutę liczba przesyłanych informacji jest ogromna!
"Polegamy tylko na sieci EtherCAT i to właśnie dzięki niej możemy być tak szybcy, jak obecnie jesteśmy. Zdarza się, że czasami podłączymy coś przez IO-Link, ale jest to sporadyczne" - mówi Marcin Masternak. Dzięki temu, że EtherCAT bazuje w warstwie fizycznej na standardzie przemysłowego Ethernetu, cały system jest elastyczny pod względem rozbudowy.
Firma wykorzystuje również szereg kart we/wy, które są instalowane na szynie DIN i służą do kontroli pracy systemów składowych maszyn. Warto dodać, że do uruchamiania tych ostatnich wykorzystywane jest narzędzie Beckhoff Service Tool, które pozwala na wgranie konfiguracji systemu sterowania maszyny z wcześniej utworzonego wirtualnego obrazu.
Lista komponentów firmy Beckhoff:
|
PEŁNA INTEGRACJA
Wycinarki laserowe mogą być wyposażane w systemy załadunkowo-rozładunkowe, które umożliwiają zwiększenie ich wydajności przy jednoczesnej minimalizacji wymogów dotyczących obsługi. Przy maszynie może zostać zainstalowany żuraw typu eLoader. W zależności od potrzeb i specyfiki produkcji można zastosować bardziej zaawansowane urządzenia typu Loading Unit.
Jest to automatyczny system załadowczy zbudowany z obrotowego ramienia wyposażonego w oddzielnie sterowane przyssawki ciśnieniowe. Loading Unit jest sterowany za pomocą panelu operatorskiego i automatycznie umieszcza arkusze blachy na stole wymiennym wycinarki.
Najbardziej zawansowanym, kompleksowym rozwiązaniem jest automatyczny system załadunkowo-rozładunkowy Crane Master, który jest w pełni zintegrowany z maszyną. Rama załadowcza pobiera materiał i transportuje go na wymieniacz palet wycinarki, zaś wycięte elementy są odbierane ze stołu za pomocą przenośnika grzebieniowego.
Pracownik nie jest tutaj zaangażowany w załadunek i rozładunek blach, ponieważ cały proces odbywa się automatycznie. Kolejny system - Crane Master Store - zapewnia wydajne połączenie między maszyną oraz wieżami magazynowymi typu MonoTower lub TwinTower, w efekcie tworząc w pełni zautomatyzowane rozwiązania obróbki blach.
"Wykorzystywane w maszynach systemy sterowania są oparte tylko i wyłącznie na układach sterowania firmy Beckhoff. Tworząc nowe systemy, również opieramy się na tym standardzie. Przykładowo system załadunkowy jest zintegrowany z wycinarką za pomocą kart EK1100. Dzięki temu, korzystając z jednego kabla, jesteśmy w stanie połączyć dwie szafy sterownicze ze sobą. Również wymiana danych jest bardzo prosta, ponieważ całość jest zintegrowana w ramach jednolitego standardu" - komentuje Marcin Masternak.
DEKADA UDANEJ WSPÓŁPRACY
Polski producent wycinarek laserowych współpracuje z lokalnym oddziałem Beckhoff Automation od blisko dekady i ocenia jakość tej współpracy bardzo dobrze. W tym czasie liczba produkowanych maszyn cały czas rosła, nieraz o ponad 100% rocznie, zaś wycinarki EAGLE trafiały do klientów m.in. w Belgii, Czechach, we Włoszech, Danii, Finlandii, w Izraelu, a nawet Stanach Zjednoczonych, Australii i Indii.
"Stawiamy głównie na prędkość i niezawodność działania. Dzięki pomocy specjalistów z firmy Beckhoff osiągnęliśmy prędkość pozycjonowania osi wynoszącą 4 m/s, natomiast symultanicznie wszystkich osi 5,6 m/s. Przyspieszenia w najszybszych maszynach wynoszą 6 g!" W branży wycinarek laserowych parametry te należą do absolutnej czołówki i zapewniają maszynom EAGLE znaczącą przewagę wydajnościową nad konkurencją" - podsumowuje Marcin Masternak.
Firma ma również kolejne plany rozwojowe, w realizacji których pomagają jej wykorzystywane technologie sterowania. "Cały czas udoskonalamy nasze rozwiązania pod względem mechanicznym, elektrycznym i programowym. Z założenia mamy jeden projekt logiki, który jest dedykowany wszystkim typom maszyn, i nic nie stoi na przeszkodzie, aby ten projekt był zainstalowany w innych maszynach. Dodatkowo w serwonapędach jest opcja łatwej zmiany firmware'u". W efekcie zapewnia to elastyczność aplikacyjną i bezpieczeństwo inwestycji w wykorzystywane technologie.
EAGLE
Beckhoff Automation
