PC 控制助力實(shí)現(xiàn)最重鋼板的精密成型

總部位于瑞士 Duggingen 的 Haeusler 公司是全球大型金屬板材成型設(shè)備的領(lǐng)先企業(yè)之一。2020 年底，他們向中國(guó)最大的造船廠交付了一臺(tái) 1245 噸的巨型矯直機(jī)。據(jù)該公司介紹，這座工廠在全球同類(lèi)工廠中規(guī)模最大，主要生產(chǎn)油輪船體。倍福基于 PC 的控制技術(shù)確保將用于精確成型鋼結(jié)構(gòu)件的巨大力量引導(dǎo)至正確的方向。

Haeusler 是一家專(zhuān)用機(jī)床制造企業(yè)，成立于 1936 年，目前擁有員工約 120 名員工。公司自成立之初就著眼于各種機(jī)床和生產(chǎn)線的研發(fā)設(shè)計(jì)，包括客戶(hù)定制設(shè)計(jì)，這些機(jī)床和生產(chǎn)線廣泛應(yīng)用于金屬板材加工，以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔、管道、阿麗亞娜系列火箭、造船或發(fā)電設(shè)備和反應(yīng)堆保護(hù)外殼制造等應(yīng)用。經(jīng)過(guò) 18 個(gè)月的設(shè)計(jì)和施工，最新的 RI 4000 X 87 矯直機(jī)已交付給中國(guó)客戶(hù)。該公司下屬多家造船廠，可以生產(chǎn)油輪、貨輪、客輪以及快艇各種船只。

通過(guò)操作面板上集成的 CP2924 多點(diǎn)觸控控制面板可以清楚看到加工順序

擁有 80 多年豐富的矯直機(jī)經(jīng)驗(yàn)

Haeusler 利用其 80 多年的豐富經(jīng)驗(yàn)開(kāi)發(fā)了客戶(hù)專(zhuān)用的矯直系統(tǒng)，即 RI 機(jī)床系列，它可以根據(jù)具體的技術(shù)規(guī)格，配備 5 個(gè)、7 個(gè)、9 個(gè)或 11 個(gè)矯直輥。包括最新的巨型成型系統(tǒng)，該系統(tǒng)高 12 米，自重 1245 噸，配備 5 個(gè)大型矯直輥，在成型過(guò)程中可以施加高達(dá) 19000 噸的力。它能夠加工 120 毫米厚、4 米寬、12 米長(zhǎng)且重達(dá) 45 噸的高強(qiáng)度鋼板（屈服強(qiáng)度為 1000 N/mm2）。Haeusler 認(rèn)為，該機(jī)床系列能夠加工巨型金屬板材，與傳統(tǒng)的矯直解決方案相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

這種巨型鋼板的加工與僅幾毫米厚的常見(jiàn)金屬板材的加工完全沒(méi)有可比性。在加工巨型鋼板時(shí)，更多是需要均勻?qū)R板材（有時(shí)在加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)輕微的波浪紋），以便進(jìn)行后續(xù)的加工。另一項(xiàng)任務(wù)是通過(guò)多次冷軋，使得板材中的應(yīng)力均勻分布。RI 系列在性能上具有很多優(yōu)勢(shì)，如特殊的輥?zhàn)訂为?dú)調(diào)整功能，可以高效矯直較薄和極厚的板材。矯直輥直接驅(qū)動(dòng)裝置具有自動(dòng)速度補(bǔ)償功能，并集成過(guò)載保護(hù)元件。

智能化機(jī)床控制系統(tǒng)助力提升加工質(zhì)量

據(jù) Haeusler 介紹，RI 系列的另一個(gè)特點(diǎn)是采用了智能化機(jī)床控制系統(tǒng)。倍福基于 PC 的控制技術(shù)讓用戶(hù)能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳加工效果。模塊化組件通過(guò)高性能 EtherCAT 通信系統(tǒng)進(jìn)行分布和組網(wǎng)，可以很好地滿足矯直機(jī)的特殊要求。Haeusler 公司電氣部副主任 Patrick Stadler 解釋說(shuō)道：“倍福的優(yōu)勢(shì)在于其產(chǎn)品豐富，覆蓋面廣，特別是基于 PC 的控制技術(shù)和 EtherCAT 技術(shù)還具有的良好開(kāi)放性。這意味著，在需要時(shí)，我們可以輕松集成位置測(cè)量系統(tǒng)等第三方組件。更重要的是，工廠里還安裝一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)，用于下游的測(cè)量應(yīng)用，這樣就可以在矯直后進(jìn)行質(zhì)量檢查。使用 EtherCAT 橋接端子模塊 EL6695 可以連接這兩臺(tái)控制器，以最小的工作量實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。我們還使用 ADS 在控制器之間通過(guò) TCP/IP 傳輸過(guò)程參數(shù)，并將參數(shù)傳輸?shù)轿覀冏约洪_(kāi)發(fā)的人機(jī)界面，我們也很欣賞該界面在這方面的開(kāi)放性。”P(pán)atrick Stadler 還舉了另外一個(gè)例子，即用于測(cè)量拉直的鋼板平面度的高精度激光器：“激光器有一個(gè) RS422 接口，可以輕松與 EL6021 串口端子模塊和相應(yīng)的 TwinCAT 功能庫(kù)整合于一體，無(wú)需進(jìn)行費(fèi)時(shí)費(fèi)力的項(xiàng)目規(guī)劃。”

加工厚度達(dá) 120 毫米的鋼板對(duì)于項(xiàng)目專(zhuān)家們來(lái)說(shuō)也絕非難事（從左至右）：Haeusler 電氣部門(mén)副主管 Patrick Stadler、來(lái)自倍福瑞士分公司的 Peter Reinstadler、Haeusler 首席執(zhí)行官 Jürgen Freund 以及 Haeusler 機(jī)械部門(mén)主管Benjamin Schaeuble

最新機(jī)床的整體控制通過(guò)兩臺(tái) C6920 控制柜式工業(yè) PC 實(shí)現(xiàn)。這些設(shè)備通過(guò)高效的 CP-link 4 單電纜解決方案連接 CP2919（19 英寸顯示屏）或 CP2924（24 英寸顯示屏）控制面板，它們內(nèi)置在操作面板中，用作方便的多點(diǎn)觸控 HMI。控制軟件使用的是 TwinCAT PLC 液壓定位（TS5810）軟件庫(kù)。它構(gòu)成了整個(gè)軸線控制和協(xié)調(diào)巨大力量的基礎(chǔ)，Patrick Stadler 認(rèn)為：“一個(gè)復(fù)雜的液壓系統(tǒng)由一個(gè) 8000 升的油箱供油，每分鐘可輸送 3500 升油。同時(shí)實(shí)現(xiàn)七根軸的液壓扭矩控制，扭矩高達(dá) 1000 萬(wàn) Nm。系統(tǒng)的供電電流高達(dá) 2500 A（滿負(fù)荷），其中大部分用于液壓系統(tǒng)。”P(pán)atrick Stadler 還看到了 TwinCAT OPC UA Server（TS6100）的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)：“有了這個(gè) OPC UA 接口，最終用戶(hù)可以選擇將機(jī)床高效集成到他們的車(chē)間管理系統(tǒng)中。”

分布在工廠內(nèi)多個(gè)控制柜中的 I/O 層包括 9 個(gè) EtherCAT 耦合器 EK1100，9 個(gè) EtherCAT 拓?fù)鋽U(kuò)展模塊 EK1122 和 150 多個(gè) EtherCAT 端子模塊，包括 36 個(gè) EL1008 數(shù)字量輸入端子模塊和 28 個(gè)EL2008、EL2024 或 EL2088 數(shù)字量輸出端子模塊。還使用了 4 個(gè) EL2535 2 通道脈寬電流電流端子模塊。倍福提供的各種可用于采集模擬量值的端子模塊也為 Haeusler 帶來(lái)了很多優(yōu)勢(shì)。例如，EL3413-0001 電力測(cè)量端子模塊，最高可以測(cè)量 600 V 的交流電，可用于直接集成功能特別強(qiáng)大的機(jī)床組件。此外還有 27 個(gè) EL3152、EL3162 和 EL3255 EtherCAT 模擬量輸入端子模塊和 7 個(gè) EL4032 和 EL4034 模擬量輸出端子模塊也可用于采集模擬量值。其它使用的 I/O 端子模塊有 EL5152 增量編碼器接口端子模塊、EL6021（RS422/RS485）串行接口端子模塊、EL6080 EtherCAT 內(nèi)存端子模塊和 EL6695 EtherCAT 橋接端子模塊。