PC 控制技術實現傳統螺旋葉片成型過程的自動化

農業、食品加工或采礦等行業使用的傳統螺旋葉片的成型加工以前主要依靠液壓機實現。總部位于澳大利亞悉尼的 RoboHelix 公司最近使用一種全新開發的機器人化葉片成型機取代了這一耗時費力的成型過程。RoboHelix 公司全面采用倍福技術提升性能和精度，同時簡化了控制系統，并提高其靈活性。

AX5000 伺服驅動器可以精確控制 AM8000 伺服電機。

成立于 2015 年的 RoboHelix 公司推出了全球首款全自動機器人化葉片成型機，為螺旋葉片成型行業帶來了革新。傳統的液壓葉片成型機使用的是與葉片物理參數相對應的模具。因此，傳統工藝需要用到許多這種昂貴而笨重的模具，而且視模具的大小不同，模具制作和設置時間往往需要半小時到一小時。RoboHelix 公司創始人兼 CEO Hayel Smair 評論說道：“這種制造工藝自工業革命以來就一直存在。”公司的目標是將批量加工時間從幾小時縮短到幾分鐘。公司擁有豐富的機器人技術背景，Smair 解釋道：“我意識到螺旋葉片從扁平坯件變形時涉及到很多精確的運動，于是我采用了一個機器人化的系統來仿真這些運動。”

經過評估，我們選用了倍福的驅動產品實施新生產系統中的伺服軸。負責 RoboHelix 機器的電氣設計、集成和編程的工程師 Budhaditya Majumdar 博士說道：“市場上很少有企業能夠為我們提供集高精度、強大性能以及低成本等優點于一體的伺服電機。自從我們與倍福展開合作后，他們現在不僅可為我們提供運動控制產品和安全相關產品，而且還能提供 HMI 產品！”

基于 PC 的控制技術可以輕松適應不同的機器型號

RoboHelix 機器系列有多種型號，PLC 程序的輕松移植是實現批量生產的關鍵。Budhaditya Majumdar 博士解釋道：“我們不希望在齒輪比或螺桿的機電設計發生改變時都要修改程序。TwinCAT 和基于 PC 的控制結構讓我們無需更改 PLC 代碼即可調整驅動器、電機和機電參數。”

來自 RoboHelix 公司的業務拓展專員 Peter Fahim、電氣和控制部門主管 Budhaditya Majumdar 博士及公司 CEO Hayel Smair 與倍福澳大利亞新南威爾士州辦事處銷售工程師殷博川（從左至右）。

RoboHelix 機器使用的 CX5140 是一款搭載四核處理器的嵌入式控制器。程序運行基于根據螺旋線材料特性計算得出的表格。“我們以前使用的硬件計算表格需要花費 30 秒鐘的時間。CX5140 中有一個處理器核專門用于 PLC 程序，它在幾分之一秒內就能完成任務。另一個處理器核專門用于運動控制，剩余的處理器核由操作系統、TwinCAT Runtime 和 TwinCAT HMI Server 共享。”Majumdar 博士解釋說道。

高動態驅動技術助力實現高速生產

RoboHelix 公司的第二代 RX250 機器需要 25,000 公斤的線性力。Hayel Smair 解釋道：“我們想要基于伺服產品設計一個高精度、性能強大、處理速度快且高效的解決方案。傳統的液壓系統方案比較散亂，無法實現精確控制。”復雜精密的機器中集成了 8 根數控軸，倍福的單電纜技術不僅減少了驅動器和電機的布線工作，而且還縮短了電氣裝配時間。Majumdar 博士補充道：“我們以前的機器中使用的是一臺脈沖型運動控制器。每個電機驅動器都有 4 個差分對用于運動控制，4 個差分用于將編碼器反饋發送給 PLC，為 8 個電機設置線路需要花費很長時間。但有了單電纜技術后，只需簡單點擊，即可使用 AX5000 驅動器和 AM8000 伺服電機。”AS2023 步進電機與 EL7041 步進電機端子模塊一起用于低扭矩電機。

RoboHelix 機器需要高精度的同步運動控制。用戶生成的數據從一個基于云的 HelixNinja 軟件下載到設備中。然后進一步處理這些信息，生成三維坐標，模擬從坯件制作到葉片的全部過程。電機根據這些坐標同步運行，以制作葉片。“在我們以前的機器上，同步運動是以犧牲性能和靈活性為代價的。”Budhaditya Majumdar 說道，“有了 TwinCAT NC Camming（TF5050）中的電子凸輪盤功能，就可以隨時隨地實現相對同步運動。一旦校準好電機和驅動器，尺寸和公差就不再是問題。”

RoboHelix RX250 可以比傳統的制造工藝更快、更安全、更有效地完成葉片成型。

便捷的機器操作和集成式機器安全

用戶可能需要在設備的不同側面操作機器。“機器的設計允許操作人員從機器的左側或右側插入坯件并取出葉片。對于操作人員來說，根據所需的葉片旋轉方向，無論是順時針還是逆時針旋轉，在機器的兩側切換操作更加方便。”Hayel Smair 說道。“將 CP3916 多點觸控控制面板安裝在旋轉臂上的好處是，操作人員能夠近距離地操控觸摸屏。”據 Budhaditya Majumdar 博士介紹，雙側操縱也適用于帶急停按鈕、直接安裝在屏幕底部的按鈕擴展件，因此操作人員可以在任何時候都能夠安全操控。

RoboHelix 機器的操作界面基于倍福的 TwinCAT HMI 軟件。CX5140 嵌入式控制器還安裝了 TwinCAT HMI Server，CP3916 與它相連接，瀏覽器在 Kiosk 模式下運行。Majumdar 博士解釋道：“以前我們使用的 HMI 自身是一個需要編程的計算設備。如今，使用純無源面板可以減少很多工作量。此外，需要時也可以通過手機或聯網 PC 的瀏覽器查看操作界面。”

機器自動化中的安全問題是頭等大事。使用 TwinSAFE 集成式安全解決方案顯著減少了安全相關的布線需求。Majumdar 博士贊同道：“傳感器或急停按鈕中的安全觸發模式一旦啟動就可以讓電機驅動器停止運行，安全系統的布線無需任何硬接線！在有些操縱狀況下，操作人員可能不得不在某個運行時段打開門，而電機仍處于帶有扭力的激活狀態。在這里，TwinSAFE 選項卡 AX5805 可以利用內置的 SOS（安全運行停止）功能幫助我們滿足安全需求。若要在以前的機器上實現這一點是非常困難的，而且還需要花費大筆資金購買速度監視器。最重要的是，針對 PLC、驅動器、HMI 或安全系統的所有編程工作都可以通過同一個 TwinCAT 平臺完成。”

概覽

針對食品加工、物料輸送等相關行業的解決方案

• 用于制作螺旋葉片的機器人化成型機

為客戶帶來的好處

• 周轉速度快，提高葉片制作效率

• 降低運營成本

• 保障操作人員的人身安全

• 無需專用模具

PC 控制結構

• 基于 PC 的控制和驅動技術用作靈活、可擴展的控制系統

• TwinCAT 用作實現所有功能的通用軟件平臺

• TwinSAFE 用于簡單實現功能安全

• TwinCAT HMI 用于實現靈活和獨立于硬件的可視化技術

• AX5000 驅動器和 AM8000 電機用于實現高精度運動控制

• CX5140 和 CP3916 用作靈活、高性能的多點觸控控制平臺