Kiedy trzydzieści milisekund zmienia wszystko

Firma Berhalter opracowała innowacyjny system serwo, z blokami funkcyjnymi zgodnymi z normą IEC 61131-3, w środowisku Automation Studio

Wiele firm pretenduje do miana innowacyjnych. Jednak w przypadku firmy Berhalter Swiss Die-Cutting, te aspiracje znajdują imponujące potwierdzenie w postaci modelu B6 maszyny sztancującej. Bezawaryjna praca, cyfrowa zamiast mechanicznej kontrola ruchu, korekcja skoku w czasie rzeczywistym oraz pełne monitorowanie stanu, to tylko niektóre z zalet tego urządzenia. Osiągnięty skok technologiczny był między innymi możliwy dzięki technologii reACTION firmy B&R, która pozwala uzyskać czasy reakcji serwonapędów poniżej jednej mikrosekundy.

Kto chce pozostać w czołówce wyścigu technologicznego, nie może wahać się przed próbą zrobienia czegoś zupełnie nowego. Tak było w przypadku Berhalter Swiss Die-Cutting w Widnau (Szwajcaria): „Ciągle rozwijaliśmy nasze maszyny, aż w pewnym momencie doszliśmy do granicy, której nie dało się już przekroczyć" – wspomina Dalibor Schuman, dyrektor zarządzający i członek zarządu Die-Cutting. Koszty stale rosły i nie można było ich zrekompensować usprawnieniami w sferze projektowania, produkcji czy surowców. Ta sytuacja była bodźcem do skonstruowania maszyny Swiss Die-Cutter™ B6.

W fazie planowania projektu osoby odpowiedzialne zastanawiały się również nad tym, czy przy dzisiejszych możliwościach technicznych można zbudować maszynę, która przy niższych kosztach produkcji osiągnie wydajność wyższą o 20-25 procent. Wstępne analizy nie napawały optymizmem. „Stało się jasne, że potrzebujemy technologii, których jeszcze na rynku nie było" – wspomina Schuman.

Korekcja skoku w czasie rzeczywistym

Co zatem zrobić, gdy potrzebne jest coś, co jeszcze w ogóle nie istnieje? Odpowiedź jest oczywista – należy poszukać partnera, który posiada odpowiednie produkty i wiedzę specjalistyczną umożliwiające opracowanie takiej technologii. Firma, z siedzibą w St. Gallen w dolinie Renu, znalazła takiego partnera w firmie B&R specjalizującej się w automatyce. „B&R oferuje wszystko, od napędów po wizualizację i jest jednym z niewielu producentów, którzy potrafią zapewnić takie czasy cyklu, jakich potrzebujemy."

Znaczenie czasów cyklu dla zwiększenia produktywności modelu B6 szybko staje się jasne po wykonaniu obliczeń. Aby maszyna mogła osiągnąć wydajność o 25 procent wyższą niż poprzednie produkty Berhaltera, musi wykrawać z prędkością 500 cykli na minutę, zamiast dotychczasowych 400. Skraca to czas dostępny na jeden cykl ze 150 do 120 milisekund.

Wydawałoby się, że te 30 milisekund to żadna rewolucja. Prawdziwe wyzwanie automatyzacji zaczęło się w momencie, gdy programiści z Berhalter spróbowali również, w ramach innowacji, dołączyć korekcję skoku w czasie rzeczywistym. O ile taka korekcja skoku była do tej pory dokonywana za pomocą kontroli tendencji, na przykład poprzez pomiar 200 skoków i następnie odpowiednie dostosowanie, Swiss Die-Cutter™ B6 odczytuje parametry bieżącego skoku i koryguje je podczas procesu wykrawania. Kluczem do tego imponującego skoku technologicznego są inteligentne osie serwo.

Ale co sprawiło, że serwonapędy stały się inteligentne? W przypadku modelu B6 zadbała o to technologia reACTION firmy B&R. Wykorzystuje ona układy FPGA (Field Programmable Gate Array – bezpośrednio programowalna macierz bramek) do przeniesienia obliczeń ze sterownika bezpośrednio na obiekt, co otwiera przed użytkownikiem ogromne możliwości „Technologia reACTION może być zainstalowana w dowolnym miejscu maszyny i umożliwia czasy reakcji poniżej mikrosekundy, bez obciążania sterownika PLC" – wyjaśnia Paolo Salvagno, dyrektor zarządzający B&R Switzerland. 

Swiss Die-Cutter™ B6 firmy Berhalter osiąga wydajność 500 skoków wykrawania na minutę. Jest to możliwe dzięki inteligentnym serwonapędom

Mechaniczny system napędu zastąpiony cyfrowym

Przetwarzanie danych bezpośrednio w aktuatorach to tylko jedna z wielu innowacji wprowadzonych w nowym rozwiązaniu szwajcarskiego producenta maszyn. Aby obniżyć koszty, zastosowano w maszynie jeszcze więcej technicznych udoskonaleń. Przykład: model B6 nie odwzorowuje już ruchów mechanicznie, ale cyfrowo, co pozwala zmniejszyć koszty produkcji. Dalibor Schuman z Berhalter Swiss Die-Cutting wyjaśnia: „Główny napęd w naszych dotychczasowych maszynach oparty był na mechanicznym systemie dźwigniowym. W B6 zastąpiliśmy to napędem cyfrowym."

Rynek nie oferuje czegoś takiego, dlatego firma Berhalter opracowała ten innowacyjny system we własnym zakresie, wykorzystując przy tym technologię mapp firmy B&R. „Ilekroć natrafialiśmy na granice naszego rozwoju, zawsze mogliśmy zwrócić się do B&R" – mówi Dalibor Schuman, chwaląc dobre relacje robocze. Jego zdaniem tym, co zapewniło wyjątkowo sprawną i udaną współpracę było oddelegowanie osoby do wyłącznych kontaktów z klientem. Dzięki temu firma Berhalter mogła skoncentrować się na wykorzystaniu własnej wiedzy specjalistycznej – od pierwszego pomysłu do uzyskania produktu gotowego do wprowadzenia na rynek minęły niecałe dwa lata. W tym czasie projektanci zdołali opracować korekcję skoku w czasie rzeczywistym oraz sterowanie serwonapędami.