Herkules realizovala obzvlášť náročný projekt dodávky kompletného valcovacieho stroja pre čínsku oceliarsku spoločnosť Wuhan Iron and Steel (Group) Corporation (WISCO). Valcovňa pozostáva z celkovo štyroch hrotových brúsok, dvoch portálových žeriavov na nakladanie a vykladanie hrotových brúsok, ako aj zo systému riadenia valcovne RSMS. Hrubý plech sa vo valcovacej stolici valcuje až do konečnej hrúbky a kvality. Konečným produktom je silikónová oceľ alebo transformátorové plechy, ktoré sa používajú napríklad na výrobu transformátorov a motorov.
Valcovací stroj, ktorý je súčasťou valcovne, predstavuje základný prvok z hľadiska kvality valcovaného plechu. Vzhľadom na extrémne namáhanie valcov počas procesu valcovania sú požiadavky na hrotové brúsky mimoriadne vysoké z hľadiska presnosti brúsenia a prevádzkovej životnosti. Tieto požiadavky patria medzi najnáročnejšie v oceliarskom a zlievarenskom priemysle. Valcovňa musí zaručiť pracovný výkon cca 70 pracovných a záložných valcov denne v trojzmennej prevádzke s 97 % dostupnosťou.
Obrie valce stále vyžadujú vysokú presnosť
Brúska má na prvý pohľad málo spoločné s presným nástrojom. To je spôsobené na jednej strane jej rozmermi – valce na obrábanie môžu mať až do 400 ton vlastnej hmotnosti a dĺžku až 10 metrov – a na druhej strane okolitým prostredím, kde sa spracúva a manévruje s tisíckami ton ocele. Druhý pohľad však odhaľuje vysoko presný charakter takéhoto stroja: okrem niekoľkých meracích osí má brúska najmenej štyri obrábacie osi, ktoré sú ovládané pomocou servopohonov:
- os W: hlava vretena otáča valec, ktorý sa upína v strede,
- os X: vertikálny posuv brúsneho kotúča k valcu,
- os Z: posuv brúsneho kotúča paralelne k valcu,
- os C: mikropohyb brúsneho kotúča prostredníctvom sklopnej osi.
Valec, ktorý sa má brúsiť, sa upína v hlave vretena a je ním poháňaný. Vysoko presný merací prístroj s dvomi dotykovými meracími snímačmi sleduje otáčajúci sa valec, určuje aktuálny tvar a priemer a deteguje možné poškodenie povrchu valca. Operátor stroja nastaví parametre valcovitosti, konečného priemeru, kvality povrchu a štruktúry alebo abrázie v závislosti od požadovaného výsledku. Riadiaci systém vypočíta podľa týchto parametrov proces brúsenia. Priebežné meranie sa vykoná súčasne tak, aby sa zaznamenali výsledky procesu brúsenia a aby sa určilo, či sa opravili požadované hodnoty pre nasledujúci posun.
Určité výrobné procesy v oceliarskom a papierenskom priemysle vyžadujú presne definovaný tvar valcov. Môžu mať kužeľovitý alebo guľovitý tvar alebo – z hľadiska pozdĺžnej osi – kopírujú sínusovú alebo zúženú formu (CVC). Tieto variácie tvaru nie sú viditeľné voľný okom, pretože majú rozmery v milimetroch. Automobilový priemysel má napríklad špecifické požiadavky na povrchovú štruktúru plechu, aby mal lesklé a reflexné vlastnosti, čo sa nedalo dosiahnuť samostatným striekaním v lakovni. Potrebná presnosť brúsenia je až 1/1 000 mm pri centrovaní a rovnako v geometrii. S cieľom splniť túto zložitú úlohu vytvoril HCC KMP ELectronic riadiaci systém, ktorý možno aplikovať len s malými úpravami vo všetkých typoch strojov – všetko je postavené na PLC, riadení pohybu a na softvéri TwinCAT PTP a NC I/CNC.
Synergia znalostí zákazníka a inteligentnej koncepcie riadenia
S cieľom využiť výhody centrálnej riadiacej koncepcie z hľadiska uvedenia do prevádzky, údržby a výkonu chceli technici vývoja elektro časti v Herkules spustiť čo najviac funkcií priamo softvérovo a rozhodli sa pre TwinCAT. Štruktúra otvoreného softvéru a dynamické funkcie na riadenie pohybu osí, ktoré TwinCAT poskytuje, umožnili spoločnosti integrovať skúsenosti s vývojom vlastného riadiaceho systému, získané počas mnohých rokov, do softvérového PLC a vytvorili riadiaci systém brúsenia HCC/KPM 10. Takmer všetky funkcie, ktoré TwinCAT poskytuje, sa v projekte používajú:
- 3 PLC úlohy v jednom systéme s časovým intervalom 1 alebo 10 ms,
- 1 NC úloha s maximálne 10 osami s časovým intervalom 2 ms,
- takmer všetky programovacie jazyky (IL, FBD, ST, SFC) v projektoch PLC,
- aplikácia funkcií osí PTP a komplexná viacnásobná spojka na brúsenie s korekčnými parametrami od brúsneho prúdu, opotrebenie brúsneho kotúča a meranie odchýlky od požadovanej formy do aktuálne formy valca,
- komunikácia s integrovanou vizualizáciou založená na jazyku Visual Basic a návod na prevádzku cez komunikáciu ADS DLL,
- TwinCAT NC I na interpolačné funkcie, napr. na sústruženie sústredných drážok na povrchu valca.
Lightbus sa používa ako zbernica na začlenenie periférnych terminálov Beckhoff Bus do zariadenia. Na komunikáciu so servopohonmi sa používa prevažne zbernicový systém založený na EtherCAT. Hlavným prínosom systému EtherCAT je na jednej strane jeho schopnosť pracovať v reálnom čase a vysoká dátová priepustnosť – s dobou cyklu zbernice menej ako 1 ms – a na druhej strane jednoduchá manipulácia pomocou TwinCAT. Na riadiacom počítači je potrebný iba jeden voľný sieťový port. Servopohony sú pripojené cez štandardné sieťové káble.
Úlohy presunov riadené softvérom
Veľký projekt WISCO ponúka nielen štyri kotúčové brúsky, ale aj dva automatické semiportálové žeriavy na nakladanie a vykladanie hrotových brúsok. Systém RSMS riadi úlohy brúsenia a valcov – ďalšiu kľúčovú kompetenciu skupiny Herkules. Softvér plánuje výrobný proces a priradí prepravné úlohy nakladaču alebo strojné úlohy hrotovým brúskam. Žeriav presúva valce, ktoré majú byť obrábané, k brúskam a hotové valce späť do skladu. TwinCAT NC I bežiaci na riadiacom PC sa stará o presun a presné umiestnenie valcov na vstupe do brúsok. Preprava valcov do alebo z automatizovanej zóny sa uskutočňuje pomocou žeriava.
TwinSAFE garantuje bezpečnosť personálu
Automatizovaná zóna, v ktorej pracujú brúsky a nakladač, je rozdelená na rôzne bezpečnostné oblasti. Bezpečnostné dvere s bezpečným uzamykaním zabraňujú vstupu osôb do nebezpečnej zóny. Všetky bezpečnostné signály a riadenie súvisiace so zabezpečením sú implementované pomocou systému Beckhoff TwinSAFE.
Monitoruje sa stav nasledujúcich komponentov:
- 9 bezpečnostných dverí,
- 6 svetelných bariér,
- 14 tlačidiel núdzového zastavenia,
- 2 laserových skenerov (ochrana prekladačov pred kolíziami),
- 8 laserových skenerov používajúcich bezpečnú komunikáciu (ochrana pred kolíziou nakladača s nadzemnými žeriavmi),
- bezpečnostného relé pre pohony (bezpečnostný istič pre pohony),
- 12 tlačidlových spínačov (možnosti premostenia, počet prevádzkových režimov).
Dodatočné funkcie:
- otvorenie 9 bezpečnostných dverí,
- detekcia a monitorovanie polohy nakladača (vo vzťahu k bezpečnostným zónam),
- vytvorenie spojenia núdzového zastavenia so všetkými štyrmi hrotovými brúskami (v závislosti od polohy nakladača),
- ovládanie bezpečnostných relé pohonov.
Bezpečnostná technológia TwinSAFE zahŕňa kontrolu tlačidiel núdzového zastavenia a požiadavku núdzového zastavenia pre stroje a relé nakladacieho zariadenia. Okrem toho sa monitoruje stav bezpečných zón a – v závislosti od stavu – sa rozhoduje o tom, či sa nakladanie môže dostať do zóny. Uvoľnenie bezpečnostných dverí pomocou výstupov TwinSAFE závisí od polôh a prevádzkových režimov nakladača. V prípade potreby možno zvoliť režim prevádzky pomocou spínačov: v manuálnom režime je pripojený bezpečný rádiový vzdialený ovládač s dodatočným núdzovým vypínačom. Stav pohonov sa monitoruje aj pomocou nástroja TwinSAFE. Zlúčené signály núdzového zastavenia nakladača môžu zastaviť pohony prostredníctvom bezpečných výstupov zbernice. Signály z monitorovania kolízií nakladača a nakladača s nadzemnými žeriavmi vedú k núdzovému zastaveniu.
Na realizáciu týchto bezpečnostných funkcií bolo do zabezpečenej siete integrovaných celkom 19 terminálov TwinSafe Logic Bus a 51 bezpečných vstupných terminálov KL1904. Všetky bezpečnostné funkcie sú implementované v dvoch kanáloch.
Signály TwinSAfE sú integrované do hrotových brúsok cez Lightbus, jednotlivé logické terminály medzi sebou navzájom komunikujú cez ethernet v reálnom čase pomocou sieťových premenných. Výsledkom je celkovo šesť komunikačných prepojení na jeden riadiaci systém stroja na úrovni V/V, servomeniča, centrálneho riadenia, RSMS a nakladača.
„Vlastnosti kontroléra TwinCAT sú výnimočné, pretože spracúva funkcionality PLC aj NC v reálnom čase a umožňuje bezproblémovú komunikáciu rôznorodých prevádzkových zberníc,“ poznamenal Oliver Kettner, softvérový inžinier spoločnosti HCC, zodpovedný za uvedenie zariadenia do prevádzky. Opísaný koncept riadenia a automatizácie bol realizovaný s vlastnými úpravami zatiaľ na 250 strojoch.
Riadiaci panel s upraveným dizajnom
Vstup do stroja sa uskutočňuje cez riadiaci panel, ktorý bol navrhnutý a naplánovaný so spoločnosťou Herkules v súlade s ich konkrétnymi potrebami. Všetky hardvérové ovládacie prvky integrované do panela sú prepojené s riadiacim PC cez Lightbus. Tento kompaktný a vysoko integrovaný prevádzkový dizajn umožňuje stacionárne riadenie stroja a implementáciu mobilnej podpornej riadiacej stanice. Grafické používateľské rozhranie (GUI) HCC, s ktorým operátor nastavuje a prevádzkuje komplexný stroj, je vizualizované na paneli. Operátor získa všetky informácie o valci a aktuálnom stave brúsenia prostredníctvom grafického rozhrania. Prepojenie TwinCAT s viacjazyčným grafickým rozhraním prebieha prostredníctvom ADS-DLL, univerzálneho komunikačného rozhrania od spoločnosti Beckhoff.
Zdroj: Herkules: control expertise for roll grinders packed into software. [online]. Citované 4. 11. 2017. Dostupné na: http://www.plcopen.org/pages/applications/herkules/index.htm.
Viac informácií nájdete na www.herkules-group.de.
-mk-
