PC 控制技术实现传统螺旋叶片成型过程的自动化

农业、食品加工或采矿等行业使用的传统螺旋叶片的成型加工以前主要依靠液压机实现。总部位于澳大利亚悉尼的 RoboHelix 公司最近使用一种全新开发的机器人化叶片成型机取代了这一耗时费力的成型过程。RoboHelix 公司全面采用倍福技术提升性能和精度，同时简化了控制系统，并提高其灵活性。

成立于 2015 年的 RoboHelix 公司推出了全球首款全自动机器人化叶片成型机，为螺旋叶片成型行业带来了革新。传统的液压叶片成型机使用的是与叶片物理参数相对应的模具。因此，传统工艺需要用到许多这种昂贵而笨重的模具，而且视模具的大小不同，模具制作和设置时间往往需要半小时到一小时。RoboHelix 公司创始人兼 CEO Hayel Smair 评论说道：“这种制造工艺自工业革命以来就一直存在。”公司的目标是将批量加工时间从几小时缩短到几分钟。公司拥有丰富的机器人技术背景，Smair 解释道：“我意识到螺旋叶片从扁平坯件变形时涉及到很多精确的运动，于是我采用了一个机器人化的系统来仿真这些运动。”

经过评估，我们选用了倍福的驱动产品实施新生产系统中的伺服轴。负责 RoboHelix 机器的电气设计、集成和编程的工程师 Budhaditya Majumdar 博士说道：“市场上很少有企业能够为我们提供集高精度、强大性能以及低成本等优点于一体的伺服电机。自从我们与倍福展开合作后，他们现在不仅可为我们提供运动控制产品和安全相关产品，而且还能提供 HMI 产品！”

基于 PC 的控制技术可以轻松适应不同的机器型号

RoboHelix 机器系列有多种型号，PLC 程序的轻松移植是实现批量生产的关键。Budhaditya Majumdar 博士解释道：“我们不希望在齿轮比或螺杆的机电设计发生改变时都要修改程序。TwinCAT 和基于 PC 的控制结构让我们无需更改 PLC 代码即可调整驱动器、电机和机电参数。”

RoboHelix 机器使用的 CX5140 是一款搭载四核处理器的嵌入式控制器。程序运行基于根据螺旋线材料特性计算得出的表格。“我们以前使用的硬件计算表格需要花费 30 秒钟的时间。CX5140 中有一个处理器核专门用于 PLC 程序，它在几分之一秒内就能完成任务。另一个处理器核专门用于运动控制，剩余的处理器核由操作系统、TwinCAT Runtime 和 TwinCAT HMI Server 共享。”Majumdar 博士解释说道。

高动态驱动技术助力实现高速生产

RoboHelix 公司的第二代 RX250 机器需要 25,000 公斤的线性力。Hayel Smair 解释道：“我们想要基于伺服产品设计一个高精度、性能强大、处理速度快且高效的解决方案。传统的液压系统方案比较散乱，无法实现精确控制。”复杂精密的机器中集成了 8 根数控轴，倍福的单电缆技术不仅减少了驱动器和电机的布线工作，而且还缩短了电气装配时间。Majumdar 博士补充道：“我们以前的机器中使用的是一台脉冲型运动控制器。每个电机驱动器都有 4 个差分对用于运动控制，4 个差分用于将编码器反馈发送给 PLC，为 8 个电机设置线路需要花费很长时间。但有了单电缆技术后，只需简单点击，即可使用 AX5000 驱动器和 AM8000 伺服电机。”AS2023 步进电机与 EL7041 步进电机端子模块一起用于低扭矩电机。

RoboHelix 机器需要高精度的同步运动控制。用户生成的数据从一个基于云的 HelixNinja 软件下载到设备中。然后进一步处理这些信息，生成三维坐标，模拟从坯件制作到叶片的全部过程。电机根据这些坐标同步运行，以制作叶片。“在我们以前的机器上，同步运动是以牺牲性能和灵活性为代价的。”Budhaditya Majumdar 说道，“有了 TwinCAT NC Camming（TF5050）中的电子凸轮盘功能，就可以随时随地实现相对同步运动。一旦校准好电机和驱动器，尺寸和公差就不再是问题。”

便捷的机器操作和集成式机器安全

用户可能需要在设备的不同侧面操作机器。“机器的设计允许操作人员从机器的左侧或右侧插入坯件并取出叶片。对于操作人员来说，根据所需的叶片旋转方向，无论是顺时针还是逆时针旋转，在机器的两侧切换操作更加方便。”Hayel Smair 说道。“将 CP3916 多点触控控制面板安装在旋转臂上的好处是，操作人员能够近距离地操控触摸屏。”据 Budhaditya Majumdar 博士介绍，双侧操纵也适用于带急停按钮、直接安装在屏幕底部的按钮扩展件，因此操作人员可以在任何时候都能够安全操控。

RoboHelix 机器的操作界面基于倍福的 TwinCAT HMI 软件。CX5140 嵌入式控制器还安装了 TwinCAT HMI Server，CP3916 与它相连接，浏览器在 Kiosk 模式下运行。Majumdar 博士解释道：“以前我们使用的 HMI 自身是一个需要编程的计算设备。如今，使用纯无源面板可以减少很多工作量。此外，需要时也可以通过手机或联网 PC 的浏览器查看操作界面。”

机器自动化中的安全问题是头等大事。使用 TwinSAFE 集成式安全解决方案显著减少了安全相关的布线需求。Majumdar 博士赞同道：“传感器或急停按钮中的安全触发模式一旦启动就可以让电机驱动器停止运行，安全系统的布线无需任何硬接线！在有些操纵状况下，操作人员可能不得不在某个运行时段打开门，而电机仍处于带有扭力的激活状态。在这里，TwinSAFE 选项卡 AX5805 可以利用内置的 SOS（安全运行停止）功能帮助我们满足安全需求。若要在以前的机器上实现这一点是非常困难的，而且还需要花费大笔资金购买速度监视器。最重要的是，针对 PLC、驱动器、HMI 或安全系统的所有编程工作都可以通过同一个 TwinCAT 平台完成。”

概览

针对食品加工、物料输送等相关行业的解决方案

• 用于制作螺旋叶片的机器人化成型机

为客户带来的好处

• 周转速度快，提高叶片制作效率

• 降低运营成本

• 保障操作人员的人身安全

• 无需专用模具

PC 控制结构

• 基于 PC 的控制和驱动技术用作灵活、可扩展的控制系统

• TwinCAT 用作实现所有功能的通用软件平台

• TwinSAFE 用于简单实现功能安全

• TwinCAT HMI 用于实现灵活和独立于硬件的可视化技术

• AX5000 驱动器和 AM8000 电机用于实现高精度运动控制

• CX5140 和 CP3916 用作灵活、高性能的多点触控控制平台

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