تکنولوژی سرو درایو پیشرفته در بسته‌بندی رباتیک

تکنولوژی سرو درایو پیشرفته در بسته‌بندی رباتیک: کاهش ۸۰ درصدی زمان تغییر تولید

مطالعه موردی: سیستم CP-30 R.A Jones با کنترل PC-based بکهوف

آرین کنترل - مرکز تخصصی آموزش و مشاوره PLC بکخوف و اتوماسیون صنعتی در ایران

چالش‌های مهندسی در خطوط تولید پرسرعت محصولات مصرفی

دستگاه بسته‌بندی CP-30 توسعه‌یافته توسط سازنده آمریکایی R.A Jones، نمونه‌ای برجسته از طراحی ماشین‌آلات سفارشی محسوب می‌شود. این سیستم بسته‌بندی پرعملکرد برای تولیدکننده بزرگ و چندملیتی محصولات قهوه طراحی شده است. در این کاربرد، محصولات پرحجم با سرعتی بالا وارد می‌شوند که سطح بالایی از اتوماسیون برای عملکرد مداوم حیاتی بود. این امر با استفاده از EtherCAT و تکنولوژی کنترل و درایو PC-based از بکهوف پیاده‌سازی شد.

تحلیل فنی: اتوماسیون کامل بسته‌بندی محصولات پرحجم

هنگامی که R.A Jones قراردادی برای توسعه ماشین بسته‌بندی کیس از تولیدکننده محصولات قهوه دریافت کرد، حجم عظیم تجهیزات سفارشی با ۱۲ دستگاه برای تولید در مهلت کوتاه، چالش بزرگی بود. اما سطح بالای اتوماسیون مورد نیاز کاربر نهایی نیز دشوار بود.

“با ورود محصولات قهوه با سرعت ۱۲۰۰ عدد در دقیقه، ماشین‌ها باید حتی در صورت بروز گیرکردگی نیز به‌طور مداوم کار کنند”

بابک برکهارت، مدیر پورتفولیو محصول برای کارتن‌گذاری، رباتیک و پوچینگ در R.A Jones توضیح می‌دهد: “بنابراین ما به دنبال پلتفرم کنترل ماشین بودیم که بتواند به‌طور خودکار توقف ماشین را تشخیص و اصلاح کند بدون تنظیمات دستی اپراتور. این امر بار کاری را از کارگران برای توقف تولید و خارج کردن جعبه‌های معیوب حذف می‌کند که در چنین محیط تولید پرسرعتی حیاتی است.”

معماری سیستم: ۷۰ محور سرو دینامیک کنترل‌شده

دستگاه CP-30 حاصل، تمام جنبه‌های بسته‌بندی کیس را اتوماتیک می‌کند، شامل پاکسازی گیرکردگی و تغییرات بسته‌بندی از طریق بیش از ۷۰ محور سرو کنترل‌شده دینامیک. این سیستم می‌تواند به‌طور خودکار کیس‌هایی که به‌درستی باز نمی‌شوند را تحت مگزین بدون توقف فرآیند بسته‌بندی خارج کند.

نوآوری در رباتیک سفارشی: طراحی SCARA اختصاصی

دستگاه‌ها دارای ربات تغذیه کیس در داخل برای انتقال مقوای مسطح به بخش برپاسازی کیس هستند. بابک برکهارت اضافه می‌کند: “ما با مهندسان application بکهوف برای ایجاد نرم‌افزار کینماتیک سفارشی برای این ربات تخصصی همکاری کردیم. در حالی که شبیه به SCARA است، این ربات کاملاً سفارشی است تا درجه بالایی از چرخش برای pick head ارائه دهد که مقوا را از مگزین بیرون می‌کشد.”

اگر کیس در باز شدن ناکام باشد، سنسورها به‌طور خودکار این موضوع را تشخیص می‌دهند و pick head کیس را رد می‌کند. پس از آن، ربات تغذیه کیس یک کیس جدید بسته‌بندی می‌کند.

تحلیل عملکرد: قدرت پردازشی PC-based Control

نیک ورنر از گروه کنترل‌های سفارشی R.A Jones اظهار می‌دارد: “قدرت پردازشی که از کنترل PC-based به دست می‌آوریم، چشمگیر است. از نظر عملی، این یعنی تفاوت بین پیاده‌سازی یک کنترلر بکهوف و مجبور بودن به استفاده از چندین کنترلر از فروشنده PLC سنتی برای مدیریت اتوماسیون ماشین.”

مشخصات فنی سخت‌افزار کنترل:

• کامپیوتر صنعتی C6030 بکهوف با پردازنده Intel® Core™ i7
• زمان اسکن فوق‌العاده پایین: حدود ۱ میلی‌ثانیه برای بیش از ۷۰ محور سرو
• پروتکل ارتباطی EtherCAT برای اتصال تمام درایوها و I/O

آستین ریسمیلر، مهندس پروژه برقی تحقیق و توسعه/نوآوری در R.A Jones توضیح می‌دهد: “یکی از بزرگترین چیزهایی که با IPC بکهوف مشاهده کردیم، زمان‌های اسکن فوق‌العاده پایین بود.”

تکنولوژی درایو فشرده: بهینه‌سازی فضای کابینت کنترل

با ترمینال‌های سروموتور در سری EL72xx، R.A Jones همچنین از تکنولوژی درایو فشرده بکهوف برای کنترل صرفه‌جو در فضا سروموتورهای سری AM8100 استفاده می‌کند. ترمینال‌های EL9576 عملکرد brake chopper را در همان قالب ۱۲ میلی‌متری اضافه می‌کنند.

پل شوستر، مدیر پورتفولیو محصول Coesia Digital & Aerosol در R.A Jones می‌گوید: “بکهوف مستقیماً اندازه‌های کوچک موتور و درایو مورد نیاز برای CP-30 را پوشش داد که مزیت بزرگی است. ترکیب کابل‌های قدرت و فیدبک در یک خط با استفاده از تکنولوژی One Cable (OCT) به صرفه‌جویی فضا و سیم‌کشی ما افزود.”

ایمنی یکپارچه: TwinSAFE و Safety over EtherCAT

ایمنی ماشین در پلتفرم کنترل استاندارد و شبکه EtherCAT از طریق سیستم TwinSAFE یکپارچه شده است. ترمینال‌های I/O TwinSAFE به درهای محافظ و e-stopها در سراسر ماشین متصل می‌شوند و داده‌های ایمنی از طریق Safety over EtherCAT (FSoE) ارسال می‌شود.

طراحی دو منطقه‌ای ایمنی:

1. منطقه سمت کارتونر: در سمت اپراتور که ربات تغذیه کیس تمام کیس‌ها را انتخاب می‌کند
2. منطقه سمت انتقال: جایی که کارتون‌ها از ورودی وارد شده و به upstacker می‌روند

استانداردهای مدرن برنامه‌نویسی PLC: TwinCAT 3

آستین ریسمیلر اظهار می‌دارد: “من طرفدار نحوه ارائه TwinCAT XAE در shell استاندارد Microsoft Visual Studio هستم. این در مقایسه با پیشنهادات نرم‌افزاری فروشندگان PLC سنتی، تازگی دارد. TwinCAT 3 تمام استانداردهای علوم کامپیوتر در برنامه‌نویسی مانند C++ و Python را یکپارچه می‌کند که با دانش برنامه‌نویسی دانشگاهی من هماهنگ است.”

مزایای Coesia Automation Framework Library (AFL):

• حفاظت از نرم‌افزار و function blockهای Coesia و R.A Jones به عنوان مالکیت معنوی
• تعامل کاربر-پسند از طریق HMI بدون نیاز به دسترسی مستقیم کد PLC
• پنل کنترل CP30®18 در قالب widescreen ۱۸ اینچی

نتایج عملکردی: انقلاب در زمان‌های تغییر تولید

انعطاف‌پذیری ماشین با راهکار Acc-u-Change Plus™ از R.A Jones تقویت می‌شود که به کاربران اجازه می‌دهد تغییرات را با فشار یک دکمه انجام دهند. اجزای قابل تعویض RFID-enabled هستند تا اپراتورها بتوانند تأیید کنند که تجهیزات مناسب در محل مناسب برای تمام اندازه‌ها و الگوهای کیس نصب شده است.

مقایسه عملکرد:

• روش سنتی: ۲۰-۳۰ دقیقه زمان تغییر
• سیستم CP-30: حدود ۵ دقیقه یا کمتر
• بهبود: حذف ۱۹ حرکت دستی از معادله

نیک ورنر خلاصه می‌کند: “با استفاده از اتوماسیون بکهوف، ما ۱۹ حرکت دستی را از معادله خارج کرده‌ایم - با یک لمس روی HMI و تغییر خودکار می‌تواند از بزرگترین اندازه به کوچکترین اندازه و بالعکس حرکت کند.”

چشم‌انداز آینده: توسعه پروژه‌های جدید

پس از این تجربیات مثبت، R.A Jones حداقل دو پروژه ماشین جدید در حال توسعه دارد که بکهوف را به عنوان پلتفرم کنترل ماشین استاندارد خواهند داشت تا به طور مشابه throughput را افزایش دهند، footprint ماشین را کاهش دهند و زمان‌های تغییر را کوتاه کنند.

آرین کنترل - شریک تخصصی شما در پیاده‌سازی راهکارهای پیشرفته اتوماسیون صنعتی بکهوف