«μηχατρονικής» σχεδίασης
Πώς μια καινοτόμα τεχνολογία της Siemens ενσωματώθηκε σε μηχανή της Α. Ραυτοπούλος ΑΒΕΕ από την εταιρία Raycon Systems and Machines ltd
ΤΟΥ ΘΑΝΑΣΗ ΖΑΦΕΙΡΗ*
Με τον όρο μηχατρονική τεχνολογία αναφερόμαστε στον συνδυασμό της μηχανολογίας με τις επιστήμες της ηλεκτρονικής, των υπολογιστών και του αυτομάτου ελέγχου. Η ραγδαία ανάπτυξη των άνω τεχνολογιών έχει οδηγήσει στον επανασχεδιασμό τυπικών μηχανολογικών κατασκευών.
Παραδοσιακά μηχανολογικά στοιχεία, όπως βαθμίδες από γρανάζια και έκκεντρα, αντικαθίστανται από <
Με τον τρόπο αυτό τα μηχανήματα αποκτούν πολλά πλεονεκτήματα όπως ευκολία στη συντήρηση, ευελιξία σε μετατροπές, υψηλή δυναμική απόκριση αλλά και δυνατότητες δικτύωσης και διασύνδεσης με τον αυτοματισμό του εργοστασίου.
Ένα τυπικό μηχάνημα που ακολουθεί την μηχατρονική φιλοσοφία, αποτελείται από τα ακόλουθα ηλεκτρικά στοιχεία. Τον ελεγκτή (controller), τα drives και του σερβοκινητήρες. Επίσης διαθέτει διάφορα παρελκόμενα στοιχεία απαραίτητα για την υλοποίηση του αυτοματισμού. Τέτοια είναι π.χ. μονάδες εισόδων εξόδων σημάτων, encoders και άλλα όργανα μέτρησης και αισθητήρια.
Η καρδιά του συστήματος είναι ο ελεγκτής. Οι μοντέρνοι ελεγκτές είναι ισχυρά συστήματα τα οποία ενσωματώνουν σε μία μονάδα τις λειτουργίες: έλεγχου κίνησης, την λειτουργία PLC για την υλοποίηση του αυτοματισμού καθώς και συγκεκριμένες τεχνολογίες όπως pid, έλεγχο θερμοκρασίας κ.α. Οι ελεγκτές αυτοί έχουν δυνατότητα δικτύωσης μέσω πρωτοκόλλων όπως PROFIBUS και PROFINET. Αυτό το στοιχείο είναι πολύ σημαντικό καθώς δίνει την δυνατότητα απομακρυσμένου ελέγχου και διάγνωσης.
Σημαντικό επίσης στοιχείο των ελεγκτών είναι ότι είναι ανοιχτά συστήματα για προγραμματισμό που μπορούν να δώσουν λύσεις σε διαφορετικές εφαρμογές.
Οι μεγάλοι κατασκευαστές τέτοιων συστημάτων έχουν αναπτύξει βιβλιοθήκες λογισμικού για πολλές τυπικές εφαρμογές με συνέπεια σημαντική διευκόλυνση στην υλοποίηση της εφαρμογής από τον κατασκευαστή.
Η Siemens παρείχε τον ηλεκτρολογικό εξοπλισμό καθώς και τεχνική υποστήριξη (τόσο κατά την σχεδίαση όσο και την υλοποίηση) στην εταιρία Raycon Systems and Machines ltd η οποία κατασκεύασε μηχανή περιστροφικού μαχαιριού κοπής κυματοειδούς χαρτονιού βασισμένη στην άνω μηχατρονική φιλοσοφία.
Η σχηματική απεικόνιση μιας τέτοιας μηχανής φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα.
Τα περιστροφικά κοπτικά υψηλής ταχύτητας και ακρίβειας θεωρούνται μη τετριμμένες εφαρμογές ελεγκτών διότι υπάρχουν αρκετοί περιορισμοί σε θέση και ταχύτητα που πρέπει να τηρούνται σε πραγματικό χρόνο. Το περιστροφικό μαχαίρι πρέπει συγκεκριμένα να πληροί τις ακόλουθες προϋποθέσεις:
Στο σημείο κοπής η λεπίδα πρέπει να έχει γραμμική ταχύτητα ίση με αυτή του χαρτονιού (φάση συγχρονισμού)
Η περιστροφή του μαχαιριού πρέπει να γίνεται σε τέτοιο χρόνο ώστε η λεπίδα να συναντά κάθε φορά το χαρτόνι όταν αυτό έχει διανύσει το επιθυμητό μήκος κοπής (φάση διαμόρφωσης)
Η περιστροφή του μαχαιριού πρέπει να ακολουθεί όσο το δυνατό ομαλότερο προφίλ κίνησης ώστε να ελαχιστοποιούνται οι κραδασμοί και η μηχανολογικές καταπονήσεις.
Στο παρελθόν, η υλοποίηση των παραπάνω προϋποθέσεων επιτυγχανόταν με αποκλειστικά μηχανολογικό εξοπλισμό ο οποίος ήταν πολύπλοκος, ευαίσθητος στην φθορά και απέδιδε χαμηλή ακρίβεια στο επιθυμητό μήκος κοπής.
Το περιστροφικό μαχαίρι της εταιρίας Raycon Systems and Machines ltd βασίστηκε στο μηχανολογικό του μέρος σε σχεδιασμό, κατασκευή και υλοποίηση της Α. Ραυτοπούλος ΑΒΕΕ.
Πρόκειται για εταιρία εξειδικευμένη στην κατασκευή εξοπλισμού για παραγωγή και μεταποίηση κυματοειδούς χαρτονιού με εμπειρία άνω των 40 ετών.
Στο μηχανολογικό σχεδιασμό έμφαση δόθηκε στην απλότητα και ανθεκτικότητα της κατασκευής και για τον λόγο αυτό η τοποθέτηση του σερβοκινητήρα έγινε σε κάθετη διάταξη και η μετάδοση της κίνησης έγινε με σύστημα τροχαλιών και ιμάντα χρονισμού. ’Έτσι εξασφαλίζεται η ακρίβεια στην μετάδοση της κίνησης ενώ την ίδια στιγμή επιτυγχάνεται απόσβεση κραδασμών, μείωση μηχανολογικών καταπονήσεων και εξοικονόμηση χώρου.
Ο ηλεκτρολογικός εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε είναι της Siemens.
Συγκεκριμένα, ο έλεγχος της κίνησης πραγματοποιείται για κάθε μαχαίρι στον ελεγκτή Simotion D ο οποίος είναι υπεύθυνος τόσο για την παραγωγή της επιθυμητής τροχιάς και υλοποίηση του βρόχου ελέγχου θέσης όσο και την υλοποίηση του αυτοματισμού της εφαρμογής.
Οι εντολές επιθυμητής ταχύτητας μεταφέρονται στον ρυθμιστή στροφών τύπου servo της σειράς Sinamics S120 (η μονάδα λογικής του οποίου είναι ενσωματωμένη στο Simotion) το οποίο ελέγχει τον σύγχρονο κινητήρα τύπου Servo της σειράς 1FT7.
Η πραγματική θέση / ταχύτητα του χαρτονιού προς κοπή μετράται από έναν περιστροφικό encoder συνδεδεμένο με τον ελεγκτή.
Ο χειρισμός του συστήματος γίνεται μέσω ενός touch panel της σειράς Simatic συνδεδεμένο με τον ελεγκτή μέσω δικτύου profibus.
Λόγω της δυναμικής κίνησης του φορτίου, ο κινητήρας κατά την διάρκεια τις πέδησης λειτουργεί ως γεννήτρια.
Η επιστρεφόμενη ενέργεια μπορεί είτε να απαχθεί είτε σε αντίσταση φρεναρίσματος, είτε, με την χρήση του κατάλληλου Sinamics S120 module, να επιστραφεί στο δίκτυο τροφοδοσίας. Η δεύτερη περίπτωση παρέχει σημαντικά προτερήματα όπως οικονομία στην κατανάλωση ενέργειας, αποφυγή έκκλησης θερμότητας, ευκολία κατασκευής και απλότητα του πίνακα.
Το περιστροφικό μαχαίρι μηχατρονικής σχεδίασης αποδίδει σημαντικά πλεονεκτήματα στον τελικό χρήστη. Κάποια από αυτά είναι η μεγάλη ακρίβεια κοπής – επαναλιψιμότητα, η δυνατότητα mark cutting, η εν λειτουργία αλλαγή του μήκους κοπής.
Επίσης για την εξασφάλιση της ποιότητας κοπής σε χαρτόνια μεγαλύτερου πάχους υπάρχει η δυνατότητα προσαρμογής της ταχύτητας του μαχαιριού κατά την διάρκεια της κοπής σε σχέση με αυτή του χαρτονιού.
Τα άνω προτερήματα σε συνδυασμό με την ευκολία στη συντήρηση, την αξιοπιστία, την επεκτασιμότητα, την διατηρησιμότητα αλλά και την δυνατότητα ενσωμάτωσης – δικτυακά – στον αυτοματισμό της γραμμής παραγωγής (totally integrated automation) θέτουν το περιστροφικό μαχαίρι μηχατρονικής σχεδίασης σε πλεονεκτική θέση σε σχέση με τα παραδοσιακά συστήματα.
*Ο κ. Θανάσης Ζαφείρης είναι μηχανολόγος μηχανικός ΕΜΠ, MSc, Μηχανικός πωλήσεων του τμήματος Motion Control της Siemens Α.Ε.
