System PC-based Control: o 30% tańszy, o 30% szybszy dzięki skróceniu czasu cyklu sterownika PLC

Producent maszyn specjalnych – firma RAMP z siedzibą w kanadyjskim Waterloo – zaprojektował urządzenie do produkcji wymienników ciepła poprawiających efektywność energetyczną budynków.

Dedykowany, wysoce skalowalny system automatyki usprawnia produkcję wymienników ciepła

System PC-based Control: o 30% tańszy, o 30% szybszy dzięki skróceniu czasu cyklu sterownika PLC

Producent maszyn specjalnych – firma RAMP z siedzibą w kanadyjskim Waterloo w prowincji Ontario – zaprojektował urządzenie do produkcji wymienników ciepła poprawiających efektywność energetyczną budynków. Wykonana na zlecenie
Core Energy Recovery Solutions maszyna została wyposażona w wydajny, skalowalny system sterowania firmy Beckhoff, który nie tylko umożliwił pełną automatyzację procesu produkcji, ale także ograniczył całkowite koszty inwestycji, skrócił czas cyklu sterownika PLC i wydatnie przyczynił się do terminowej realizacji całego projektu.

Firma RAMP specjalizuje się w obsłudze rynków odzysku energii i automotive. Swoje bogate doświadczenie wykorzystuje jednak także w realizacji projektów dla innych sektorów, dostarczając spersonalizowane rozwiązania zarówno klientom z Ameryki Północnej, jak i z Europy. Zakres wykonywanych przez nią usług jest bardzo szeroki i obejmuje zarówno projektowanie nowych systemów produkcyjnych, jak i modernizację istniejących maszyn z myślą o maksymalizacji wydajności tworzonych systemów. Aby zrealizować ten cel, RAMP umiejętnie łączy zindywidualizowane rozwiązania ze standardowymi komponentami dostępnymi na rynku. „Całościowo analizujemy wszystkie wymogi, a następnie dzielimy je i opracowujemy w ramach odrębnych projektów. Dzięki temu zyskujemy pewność, że wszystkie komponenty mechaniki i sterowania będą ze sobą kompatybilne, a nasze rozwiązanie będzie w pełni dostosowane do potrzeb klienta”, wyjaśnia Jeff Kerr, menedżer ds. konstrukcji mechanicznych w firmie RAMP.

W 2018 r. RAMP na zlecenie Core Energy Recovery Solutions z Vancouver zaprojektował i wdrożył maszynę do produkcji wymienników ciepła z funkcją rekuperacji, które zwiększają efektywność energetyczną domowych i biurowych systemów wentylacji. Każdy wymiennik składa się z osobnych kanałów transportujących zimne i ciepłe powietrze. Jego produkcja jest realizowana w kilku etapach: w pierwszym wytwarzane są laminaty składające się z kilku warstw materiałów, takich jak opatentowana membrana polimerowa czy karbowana folia aluminiowa. Poszczególne warstwy różnią się między sobą wysokością i kątem ułożenia, definiowanymi każdorazowo przez klienta. Gotowy materiał jest transportowany za pomocą precyzyjnego przenośnika próżniowego – autorskiego pomysłu firmy RAMP. Tak trafia do kolejnej stacji, gdzie jest uzupełniany o przegrody rozmieszczane w odległości od 250 mm do 1 m. Na koniec materiał jest układany w stosy o różnorodnych wymiarach i wysokości, a następnie transportowany na wyjście linii.

Wydajny, otwarty system sterowania

Wszystkie funkcje sterowania pracą maszyny realizowane są przez system sterowania PC-based firmy Beckhoff. O jego wyborze zdecydowała wysoka skalowalność napędów, efektywność sterowania i uniwersalność modułów I/O. Sterowniki PLC i komponenty układów napędowych zostały zaprogramowane w systemie TwinCAT 3 z użyciem standardowych języków programowania określonych w normie IEC 61131-3, co pozwoliło firmie RAMP na daleko posuniętą standaryzację warstwy oprogramowania. To jednak nie wszystko: dzięki otwartej architekturze systemu TwinCAT, RAMP mógł także zintegrować w swoim rozwiązaniu technologie różnych producentów, m.in. z wykorzystaniem otwartego protokołu OPC UA zapewniającego bezpieczną komunikację z nadrzędnymi bazami danych takich dostawców jak Amazon Web Services (AWS) czy SAP.

Rozwiązanie opracowane dla Core Energy Recovery Solutions bazuje na wydajnym komputerze przemysłowym realizującym zarówno funkcje z zakresu automatyzacji procesów, jak i obsługi receptur i zbierania danych. „Potrzebowaliśmy komputera przemysłowego, który zapewniałby czas reakcji systemu na poziomie 1 ms, a tym samym gwarantował pełną kontrolę całego procesu. Dlatego zdecydowaliśmy się na model C6930 firmy Beckhoff do montażu w szafie sterowniczej”, wyjaśnia Steve Slothouber, kierownik ds. zarządzania projektami w firmie RAMP. Istotną zaletą komputera jest jego duża moc obliczeniowa, która okazała się niezwykle przydatna w trwającej rok fazie projektowania aplikacji, kiedy to maszyna uzupełniana była o kolejne komponenty I/O. Dzięki niej projekt zakończył się pełnym sukcesem, a co więcej – został zrealizowany w zadanym, bardzo krótkim terminie. Obsługę komputera ułatwiają wielodotykowe panele operatorskie CP2916 firmy Beckhoff. Ich rozbudowany, a jednocześnie intuicyjny pulpit nawigacyjny zapewnia wgląd w aktualne dane procesowe oraz pełną kontrolę nad współczynnikiem OEE.

Elastyczne moduły EtherCAT I/O

Całość zadań związanych z akwizycją danych i zabezpieczeniem maszyn realizują analogowe i cyfrowe moduły EtherCAT I/O firmy Beckhoff. Kompaktowe jednostki mogą być łączone w funkcjonalne zestawy, w tym składające się z modułów standardowych i iskrobezpiecznych. Dzięki dużej gęstości mocy moduły EtherCAT HD (High Density) oferują do 16 kanałów I/O zintegrowanych w obudowie o szerokości zaledwie 12 mm, a tym samym zajmują minimalną przestrzeń montażową. „System modułów EtherCAT I/O zapewnia szybką komunikację i krótkie czasy skanowania przy zachowaniu elastycznej topologii sieci”, mówi Matt Buhwald, kierownik ds. projektowania systemów elektrycznych, w firmie RAMP. „W przypadku firmy Core system sterowania musiał być na tyle wydajny, aby elastycznie reagował na zmiany parametrów procesu i dostosowywał do nich pracę poszczególnych urządzeń wykonawczych w czasie poniżej 10 ms”. Ogromne znaczenie miała też możliwość integracji peryferiów różnych producentów, np. komponentów sieci Ethernet/IP do realizacji zadań przenoszenia, urządzeń do przetwarzania obrazu, automatycznych regulatorów napięcia czy jednostek dozujących.

W projekcie RAMP zastosował również moduły EtherCAT typu Box o stopniu ochrony IP 67. „Dzięki temu mogliśmy umieścić wejścia i wyjścia urządzeń peryferyjnych bliżej maszyny, a tym samym ograniczyć długość przewodów i prowadników kablowych”, wyjaśnia Matt Buchwald. „Integracja wszystkich zabezpieczeń w ramach sieci EtherCAT za pośrednictwem modułów I/O TwinSAFE znacznie ograniczyła nakłady na okablowanie i montaż”.

Skalowalna technologia napędowa

Do sterowania ruchem firma RAMP wykorzystała kompaktowe serwomoduły EL7211 firmy Beckhoff o szerokości zaledwie 24 mm. „Dzięki kompaktowej budowie moduły zajmują znacznie mniej miejsca w szafie sterowniczej”, tłumaczy Stephen Gugeler, kierownik ds. systemów sterowania. „Do ich obsługi wystarczy jeden niedrogi zasilacz o napięciu 48 V, co znacznie ogranicza koszty i wymiary instalacji serwosilników”. Całości dopełniają niedrogie silniki krokowe z serii AS1020 sterowane za pomocą modułów EP8041 (50 V DC, 5 A) z wbudowanym ekonderem inkrementalnym zapewniającym efektywną pracę także w warunkach znacznych drgań układu.

Do realizacji zadań realizowanych pod dużym obciążeniem i/lub wymagających szczególnie wysokiej wydajności zastosowano serwowzmacniacze z serii AX5000 umożliwiające m.in. dokładne pozycjonowanie, sterowanie przekładniami elektronicznymi, regulację prędkości oraz kontrolę nakładających się pozycji. Zintegrowane z nimi w technologii OCT (One Cable Technology) serwosilniki AM8000 realizują zarówno funkcje przenoszenia oraz odbioru materiału, jak i zadania stricte obróbcze, takie jak wytwarzanie laminatów, regulacja naprężeń czy justowanie wysokości.

Sterowanie typu PC-based deklasuje konkurencję

Dziś firma RAMP korzysta wyłącznie z systemu sterowania PC-based i sieci EtherCAT. Nie zawsze jednak tak było: jej starsze rozwiązania bazują na sterownikach PLC i kontrolerach PAC. Dzięki temu może porównać ich działanie ze sterowaniem firmy Beckhoff. „W porównaniu z urządzeniami poprzednich producentów rozwiązania firmy Beckhoff umożliwiły nam skrócenie czasu reakcji sterownika PLC i obniżenie kosztów systemu sterowania – każdorazowo o 30%. Niedrogie komponenty systemów sterowania i komunikacji firmy Beckhoff pomogły nam zwiększyć wydajność produkcji i sprostać, a nawet przewyższyć wymagania stawiane nam przez klientów”, podsumowuje Stephen Gugeler.

Linki:

- www.rampgrp.com

- www.beckhoff.pl

Autor: Shane Novacek

Funkcja/stanowisko: Marketing communications manager na Amerykę Północną, Beckhoff Automation

Kontakt: Beckhoff Automation Sp. z o.o. Żabieniec, ul. Ruczajowa 15, 05-500 Piaseczno, Polska Telefon: +48 22 / 750 47 00, Fax: +48 22 / 757 24 27 Email: info@beckhoff.pl, www.beckhoff.pl