Giải pháp APAX / CODESYS tích hợp của Advantech cải thiện tốc độ và độ chính xác của máy cắt ống nhôm
31/07/2019
Giới thiệu
Nhôm là một vật liệu nhẹ, dễ để làm nóng và tạo hình. Sau khi xử lý, nó có thể được sử dụng trong một loạt các ứng dụng, chẳng hạn như cho bức tường rèm, bộ tản nhiệt xe hơi và vỏ sản phẩm điện tử tiêu dùng.
Trong sản xuất các sản phẩm nhôm, máy cắt là công cụ chính được sử dụng để cắt sản phẩm thành hình dạng và kích thước mong muốn. Đối với nhiệm vụ này, tốc độ cắt và độ chính xác là yếu tố quan trọng của năng suất và chất lượng.
Hiện nay trong các hoạt động cắt tự động, hầu hết các máy cắt nhôm đều sử dụng PLC để điều khiển các thành phần cơ khí khác nhau. Tuy nhiên, chu kỳ quét của một PLC thông thường nằm trong phạm vi mili giây, không đủ cho sản xuất nhôm vì tốc độ chu kỳ chậm này có thể dễ dàng dẫn đến các sản phẩm bị lỗi. Ngoài ra, các PLC sử dụng lập trình sơ đồ bậc thang (LD) thiếu tính linh hoạt cần thiết để xử lý các thuật toán phức tạp. Điều này làm cho việc cải thiện tốc độ và độ chính xác của máy cắt nhôm tương đối khó khăn.
Giải pháp của Advantech cho vấn đề này là tích hợp bộ điều khiển APAX-5580 với kernel CODESYS real-time, cung cấp nền tảng điều khiển phần cứng ổn định và kernel thời gian thực để quét tốc độ cao. Giải pháp này cũng cung cấp một môi trường lập trình linh hoạt, giúp dễ dàng thiết lập / cập nhật / bảo trì máy quay điện tử và cung cấp nhiều tính năng khác giúp các nhà sản xuất thiết bị thuận tiện phát triển máy cắt nhôm hiệu suất cao, mang lại kết quả cắt ổn định, do đó tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường của họ.
Yêu cầu hệ thống
Tianjin Bai Wo Bo Si Technology là nhà sản xuất thiết bị công nghiệp với đội ngũ R&D chuyên nghiệp tham gia vào việc sản xuất các sản phẩm điều khiển công nghiệp và các dịch vụ kỹ thuật liên quan. Công ty đang phát triển một máy cắt ống nhôm cho bộ tản nhiệt nhôm ô tô, nhưng gặp phải vấn đề ở giai đoạn thử nghiệm, với nguyên mẫu không đạt được tốc độ và độ chính xác như mong đợi.
Đối với các hoạt động cắt, thông số kỹ thuật của máy ban đầu được lên kế hoạch dựa trên PLC với động cơ servo Nhật Bản. Tuy nhiên, người ta thấy rằng chiều dài ống nhôm tăng theo thời gian cắt máy khi sử dụng PLC này. Hơn nữa, có những hạn chế với môi trường lập trình PLC khiến cho việc tối ưu hóa các chức năng của máy trở nên khó khăn. Công ty đã quyết định từ bỏ PLC và tìm cách tìm một giải pháp phần mềm / phần cứng ổn định và dễ phát triển hơn.
Đối với khía cạnh phần mềm, việc tuân thủ tiêu chuẩn IEC 61131-3 là tối quan trọng để đảm bảo rằng môi trường lập trình sẽ linh hoạt. Nó cũng sẽ cần hỗ trợ LD và văn bản có cấu trúc (ST) để lập trình để tạo thuận lợi cho thiết kế chức năng, đặc biệt là cho các camera điện tử. Đối với phần cứng, giải pháp mới sẽ cần cung cấp một nền tảng điều khiển đảm bảo tính ổn định và kịp thời cho việc thu thập tín hiệu I/O kỹ thuật số để cho phép tối ưu hóa các máy móc. Các nhu cầu cần thiết khác là hỗ trợ giao thức EtherCAT, mô-đun chuyển đổi xung để kết nối mô-tơ servo và máy tính bảng cấp công nghiệp như giao diện máy - người (HMI).
Mô tả hệ thống
Giải pháp Advantech tích hợp CODESYS real-time kernel với bộ điều khiển APAX-5580, mô-đun I/O APAX-5000 và bảng điều khiển WOP-1070CK. Giải pháp tổng thể này đã cải thiện thành công tốc độ và độ chính xác của máy cắt ống nhôm khách hàng.
Ngoài WOP-1070CK cấp công nghiệp như HMI của máy, nền tảng điều khiển APAX-5580 với Windows Embedded Standard 7 (WES7) và CODESYS real-time kernel được cài đặt tận dụng cơ chế tối ưu hóa lõi kép độc đáo của Advantech để đảm bảo sự ổn định và khả năng đáp ứng. Với khả năng hỗ trợ cho giao thức EtherCAT, APAX-5580 có thể kết nối với mô tơ servo được chọn và mô đun chuyển đổi xung của đối tác bên thứ ba.
Giải pháp tích hợp phần cứng/phần mềm toàn diện này đã giảm đáng kể thời gian chu kỳ quét hệ thống từ 3 ~ 4 ms xuống 0,5 ms, tăng tốc không chỉ tốc độ phản hồi mà còn tăng cường chất lượng và hiệu quả cắt của máy cắt ống nhôm.
WES7 và CODESYS real-time kernel là các hệ thống phần mềm được tối ưu hóa. Advantech đã thực hiện các biện pháp, chẳng hạn như xóa các chức năng không cần thiết và định cấu hình bộ xử lý lõi kép để chạy độc lập WES7 và CODESYS, để cải thiện tốc độ hệ thống. Điều này làm giảm chu kỳ quét, do đó cải thiện tốc độ cắt và độ chính xác của máy cắt ống nhôm.
CODESYS phù hợp với tiêu chuẩn IEC 61131-3, có nghĩa là nó cung cấp môi trường phát triển phần mềm lý tưởng cho điều khiển công nghiệp. Hỗ trợ sáu ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn (IL/ST/FBD/LD/CFC/SFC), nó cho phép các nhà phát triển dự án sử dụng ngôn ngữ LD mà họ quen thuộc hoặc ngôn ngữ ST khi yêu cầu các thuật toán phức tạp. Do đó, các dự án phát triển máy có thể được hoàn thành càng sớm càng tốt. Trong trường hợp này, CODESYS đã đáp ứng các yêu cầu cắt tốc độ cao của dự án bằng cách cung cấp bộ mã hóa ảo và các chức năng camera điện tử.
APAX-5580 là một nền tảng điều khiển chuyển động PAC dựa trên PC. Nó có cả PLC truyền thống và chức năng máy tính công nghiệp, mang lại hiệu suất tuyệt vời. Kiến trúc mô đun hóa của nó cung cấp cho các kỹ sư một môi trường mở để dễ dàng thêm và loại bỏ các mô-đun trong quá trình thiết kế hệ thống. Như đã được minh họa trong dự án này, việc thêm mô-đun mở rộng APAX-5402, mô-đun đầu vào kỹ thuật số APAX-5045 12-ch/12-ch cho phép hệ thống được sử dụng để thu thập các loại thông tin từ nhiều loại thiết bị, do đó cung cấp toàn diện thông tin về tình trạng máy cho người dùng. Cuối cùng, sản phẩm WOP-1070CK đã được tích hợp hoàn toàn vào thiết bị công nghiệp của khách hàng để cung cấp bảng điều khiển dễ vận hành. Đơn vị này đã được chọn vì các tính năng chắc chắn của nó làm cho nó trở thành một thiết bị HMI lý tưởng cho hoạt động lâu dài trong môi trường khắc nghiệt.
Triển khai dự án
- Advantech CODESYS: phần mềm điều khiển tự động, ngôn ngữ lập trình phù hợp với tiêu chuẩn IEC 61131-3
- APAX-5580: bộ điều khiển nhúng không quạt với Intel® Core™ i7/i3/Celeron DIN rail IPC w/2 x GbE, 2 x mPCIe, 1 x VGA
- APAX-5402: mô đun mạch mở rộng 2-slot với PCIe và I/O
- APAX-5045: 12-ch digital input/12-ch digital output module
- SQF-SMSM4-32G-S8E: SQFlash mSATA 630, SATA Gen. 3 (6.0Gbps)
- WOP-1070CK: 7" WVGA operator panel
Kết luận
Các ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa công nghiệp luôn tập trung vào tốc độ và độ chính xác. Tuy nhiên, hệ thống máy móc vẫn chịu nhiều hạn chế có thể tạo ra những trở ngại làm phức tạp và ảnh hưởng sự phát triển hệ thống. Bộ tích hợp hệ thống của dự án này bị hạn chế bởi môi trường lập trình PLC, thiếu chức năng trên động cơ servo và không có hỗ trợ kỹ thuật ngay lập tức từ nhà cung cấp, tất cả đều gây bất lợi cho hiệu quả và chất lượng đầu ra của máy cắt ống nhôm.
Với nhiều kinh nghiệm trong các ứng dụng kiểm soát công nghiệp và các sản phẩm tiêu chuẩn được mô đun hóa, Advantech có thể nhanh chóng cấu hình giải pháp APAX/CODESYS tích hợp này để đáp ứng nhu cầu của nhà sản xuất cho một hệ thống ổn định, có thể vận hành linh hoạt trong thời gian thực. Với giải pháp tối ưu hóa này, quá trình quét có thể được hoàn thành trong vòng 0,5 ms trong khi vẫn duy trì sự ổn định của hệ thống. Điều này nhanh hơn đáng kể so với yêu cầu ban đầu (chu kỳ quét hệ thống 1 ms).
Đội ngũ chuyên gia chuyên nghiệp của Advantech trên toàn thế giới cung cấp nhiều dịch vụ, bao gồm kiểm tra sản phẩm, đào tạo phần mềm và cấu hình hệ thống dự án. Các dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật ngay lập tức của Advantech giúp đảm bảo rằng dự án được hoàn thành suôn sẻ, nhà sản xuất thiết bị có thể nâng cấp máy cắt ống nhôm tốc độ cao của họ theo đúng tiến độ.
