Beckhoff: EtherCAT și XTS în platforma de asamblare modulară

septembrie 2, 2024septembrie 2, 2024 mmihai

Sistemul inteligent de transport aduce agilitate în manipularea produselor

Inițial orientată spre producția igienică pe piața științelor vieții, puternica platformă FlexChassis® oferă un potențial enorm pentru aplicații în alte industrii. Printre acestea se numără industria alimentară și a băuturilor, a semiconductorilor, auto, a bateriilor și a mobilității electronice, comerțul electronic și multe altele. Aici, automatizarea adaptivă prin intermediul sistemului eXtended Transport System (XTS) de la Beckhoff Automation este esențială, potrivit experților de la JR Automation.

JR Automation®, o companie a grupului Hitachi cu sediul central în Holland, Michigan, știe cum să flexeze. De la începuturi modeste, constructorul de mașini și integratorul de sisteme s-a dezvoltat cu succes într-o companie cu peste 2.000 de angajați prin furnizarea de soluții automatizate personalizate pentru numeroase industrii. „Vrem să fim buni administratori ai automatizării. Asta înseamnă să ne ajutăm clienții să își dea seama unde vor să ajungă și să le oferim cele mai bune soluții tehnologice pentru a ajunge acolo„, spune Shawn Smith, director de vânzări la JR Automation. „Un mod în care am făcut acest lucru este prin platforma noastră de automatizare scalabilă și modulară, FlexChassis, care accelerează timpul de lansare pe piață al clienților, reducând în același timp costurile.”

Ultimii ani au fost dificili pentru producători. Și pe măsură ce presiunea a crescut în proiectele critice, echipa JR Automation a observat cât de des reingineria încetinea proiectele. Necesitatea de a reproiecta baza unei mașini și tehnologiile de manipulare a materialelor a îndepărtat adesea atenția utilizatorului final al echipamentului de la optimizarea propriilor procese și produse.

Pe de altă parte, platforma FlexChassis le permite producătorilor să înceapă cu un sistem de mici dimensiuni pentru testarea produselor sau verificarea conceptului. Apoi, aceștia pot trece rapid la producția de serie cu ajutorul funcționalității integrate de monitorizare OEE (Overall Equipment Efficiency – eficiență generală a echipamentelor) și de control al calității. În continuare, aceștia au încredere în abilitatea de a adăuga capacitate, de a personaliza procesele sau de a se retehnologiza.

Modularitatea răspunde nevoilor clienților

Cu module standard care măsoară 1 pe 1,5 m lățime și 2,44 m înălțime, FlexChassis suportă o gamă largă de roboți și alte echipamente cu șuruburi pentru diferite aplicații. Cu toate acestea, inginerii de la JR Automation nu doreau ca manipularea inflexibilă a materialelor să fie o piedică în calea modularității, așa că au apelat la o tehnologie de transport liniar adaptabilă, care să poată suporta schimbări constante. Atunci au apelat la sistemul de transport inteligent XTS, deoarece JR Automation face parte din Beckhoff Integrator Group (BIG) și nu este străină de tehnologiile Beckhoff. „JR a ales XTS datorită vitezei și designului său modular care permite configurații multiple„, spune Mick Trompen, inginer șef, Științele vieții la JR Automation.

XTS constă în module de motoare liniare cu electronică de putere integrată și dispozitive de deplasare fără fir, conectate magnetic pe șine de ghidare mecanice, toate cu geometrii multiple pentru a crea orice traseu și lungime de șină imaginabile, ca o potrivire perfectă pentru platforma de asamblare modulară. Dispozitivele de deplasare pot funcționa individual sau în grupuri și, în acest fel, permit individualizarea fluxului de materiale, de exemplu, prin utilizarea execuțiilor multiple ale stațiilor de procesare mai lente și prin omiterea stațiilor pentru produsele respinse. În plus, schimbarea bazată pe software economisește timp în cadrul schimbărilor de format și minimizează efortul de conversie mecanică. Rezultatul general este un flux de lucru extrem de flexibil și un randament ridicat al sistemului.

„Configurația simplă a modulelor cu motor XTS și dispunerea șinelor au funcționat bine pentru conceptul nostru„, explică David Shiles, Senior Controls Engineer la JR Automation. „Ne ocupăm de ansambluri cu mai multe etape și la viteze de producție mai mari decât oricând înainte.” Economia de spațiu a fost, de asemenea, la îndemâna echipei. Designul compact și integrat al tehnologiei XTS elimină componentele mecanice învechite, cum ar fi curelele, lanțurile, mesele de indexare etc. Acest lucru micșorează de obicei amprenta la sol a mașinii cu aproximativ 50%.

Control și comunicații puternice

În timp ce XTS permite manipularea flexibilă a produselor, multe tehnologii sunt reunite în FlexChassis pentru a crea o soluție foarte scalabilă. JR Automation vede posibile stații de procesare care includ orice, de la sudarea cu ultrasunete, montarea rapidă și aplicarea adezivului până la umplerea/sigilarea reactivilor, manipularea medicamentelor și aplicarea de etichete sau decorațiuni. O selecție atât de largă de roboți, efectoare finale, scule și senzori necesită o comunicație rapidă prin diverse protocoale industriale și timpi de lucru rapizi. Comunicarea în timp real cu EtherCAT a oferit viteza și flexibilitatea necesare, explică David Shiles: „Prefer EtherCAT din punct de vedere al performanței”. Deschiderea EtherCAT a fost esențială, de asemenea, pentru adaptarea la mediile clienților. Componentele Beckhoff oferă suport pentru comunicație prin mai mult de 30 de protocoale comune.

Comunicația EtherCAT de mare viteză este necesară pentru XTS și pentru coordonarea cu partea robotică și alte unelte la viteze mari. Aici, un PC încorporat CX2072 de la Beckhoff oferă suficientă putere de calcul cu procesoare Intel® Xeon® cu multe nuclee. „Aceasta este singura modalitate de a respecta timpul de scanare necesar de 250 µs pentru a procesa datele XTS, în plus față de dedicarea nucleelor pentru PLC, servo-control și viziune artificială„, spune Shiles.

Pentru a programa gama largă de funcționalități, inginerii s-au bazat pe software-ul de automatizare TwinCAT 3. Platforma end-to-end de inginerie și runtime suportă o gamă largă de standarde de programare și, de asemenea, o comunicație transparentă între IPC Beckhoff și PLC-uri terțe pentru extensibilitate viitoare. Portabilitatea ridicată a codului în TwinCAT a oferit, de asemenea, avantaje pentru o iterație mai rapidă.

Platforma dinamică de automatizare oferă rezultate

FlexChassis oferă clienților un timp mai scurt de lansare pe piață, producții mari, mai mari de 45 de piese pe minut și cerințe reduse privind amprenta la sol. Capacitățile sale de producție clean includ filtrarea HEPA (filtru de aer), suport pentru diferite clase de camere sterile și o construcție din oțel inoxidabil pentru aplicații igienice. Controlul bazat pe PC suportă, de asemenea, tablouri de bord intuitive care oferă utilizatorilor acces ușor la toate datele sistemului. „IoT și track and trace sunt funcții foarte importante care sunt native în sistemul FlexChassis pentru managementul timpilor de nefuncționare, managementul calității și OEE„, explică David Vitale, inginer șef, Digital Solutions la JR Automation. „Datele de performanță sunt colectate din sistem utilizând un PC local Beckhoff embedded prin intermediul funcțiilor noastre MES. În prezent, acestea sunt stocate pe baze de date locale, dar pot fi găzduite în cloud sau în altă parte, după cum se dorește.”

TwinCAT a permis inginerilor JR Automation să pună rapid în funcțiune primul sistem FlexChassis, care a servit drept demo pentru întâlnirile cu clienții și expozițiile comerciale. Platforma XTS a accelerat această dezvoltare prin intermediul unui configurator intuitiv pentru o configurare fără probleme, o suită de instrumente puternice de diagnosticare și instrumente de vizualizare pentru a permite dezvoltarea rapidă, fie în simulare, fie pe hardware real. Mediul de inginerie TwinCAT fără costuri a fost un alt beneficiu imens, potrivit inginerului de aplicații Chris Moritz. „Este uimitor modul în care Beckhoff gestionează licențele TwinCAT pentru activitatea de dezvoltare„, spune el. „Am scris inițial software-ul XTS utilizat pentru un proiect în 2020, când a trebuit să lucrăm de acasă din cauza COVID. Deoarece am putut simula porțiuni substanțiale ale mașinii fără a fi nevoie să cumpăr hardware sau software, am dat lovitura imediat ce au sosit componentele, cu un timp minim de depanare.”

„JR Automation și Beckhoff au început amândouă în 1980. Am fost capabili să evoluăm împreună de-a lungul anilor și să ne dezvoltăm tehnologiile pentru a fi vârful de lance pentru clienții noștri„, conchide Shawn Smith. „Este o satisfacție să avem un partener precum Beckhoff. Suntem foarte entuziasmați de ceea ce urmează și de modul în care vom întinde împreună limitele automatizării.”