Bild: Lightweight Solutions

130 Hydraulik-Achsen koordinieren PC-basierte Steuerungsintegration

25.08.2017

Holzmaterialien sind oft nur eingeschränkt einsetzbar. So benötigen beispielsweise Schiffe und Mobilheime leichte und dennoch belastbare Konstruktionselemente. Ein spezieller Leichtbau-Werkstoff kann hier helfen. Die komplexe Bewegungssteuerung von 130 Hydraulikachsen für die Produktion übernimmt eine PC-basierte Steuerung mit leistungsfähiger Software.

Eine Werkzeugfräse, vier Hochdruckpressen und eine Plattenproduktionsanlage – diese Maschinen sind für die Herstellung von Lisocore, ein Leichtbau-Werkstoff des Unternehmens Lightweight Solutions, nötig. Zwei dünne Deckschichten werden hierbei mit einer dreidimensional geformten Kernstruktur verklebt. Durch punktuelles Fräsen entstehen in der Deckschicht Vertiefungen. Der Werkstoff ist somit stoff- und formschlüssig miteinander verbunden. Bei der Werkstoffproduktion setzt der Hersteller für die nahtlose Integration hydraulischer Servoachsen auf Beckhoffs PC-based Control und TwinCAT Hydraulic Positioning ein.

Mit PC-based Control konnten als großer Vorteil die Ventile über die Feldbusanbindung direkt und ohne Zusatzhardware angesteuert werden. Zudem ließen sich die Gleichlaufregelung für die hydraulischen Antriebe der Zweistempelpresse und die Ansteuerung des Versorgungsaggregats auf Basis der TwinCAT-Bibliothek Hydraulic Positioning realisieren. So wurden schon 2006 die ersten dreidimensional geformten Kernstrukturen, die für Lisocore so typisch sind, mit der vollständig von Lightweight Solutions konstruierten Presse gefertigt. Die Maschine lieferte nicht nur Probestücke für Tests und Bemusterung, sondern produzierte auch über mehrere Jahre Serienteile.

Heute gibt es vier größere Nachfolgemodelle der ersten Presse, die von Beckhoff-Industrie-PCs C6920 und über EtherCAT gesteuert werden. Die TwinCAT-Bibliothek Hydraulic Positioning wurde inzwischen nach TwinCAT 3 portiert. Die in vielen Applikationen erprobte Funktionalität blieb so erhalten.

Integrierte Überwachung

In der neuen Maschinengeneration wurde außerdem die Betriebssicherheit verbessert. So besteht gerade bei Zwei- oder Vierstempelpressen durch den nicht oder zu spät erkannten Ausfall eines Ventils das Risiko, dass die starken Zylinderantriebe die Maschine beschädigen. Um derartige Probleme frühzeitig zu erkennen, wurden von der Hydraulik-Bibliothek bereitgestellte Software-Funktionen für die Überwachung der Ventile genutzt. Vorteil war hier, dass nicht nur die Encoder, sondern auch die Ventile mit einer EtherCAT-Anbindung ausgestattet waren. So stehen ohne Zusatzaufwand diverse Diagnosedaten wie beispielsweise die aktuelle Schieberstellung zur Verfügung. Der Vergleich mit einem in der Hydraulik-Bibliothek gerechneten Modell erlaubt eine Bewertung des Ventilverhaltens und löst gegebenenfalls Warnungen und Alarme aus. Auf diesem Weg können Probleme mit einer Pilotventil-Versorgung oder durch eine von Partikeln blockierte Hauptstufe erkannt werden.

Sandwich und fliegende Säge

Während des Produktionsprozesses werden die Kernstrukturen mit Deckschichten zu einem „Sandwich“ komplettiert. So wird die formschlüssige Verbindung Lisocores mit insgesamt 15.000 Montagepunkten in 20 Sekunden erreicht. Da die Platten während dieser Bearbeitungen kontinuierlich weitertransportiert werden, müssen sich die Fräsaggregate für jede Reihe nach dem Prinzip der „Fliegenden Säge“ neu synchronisieren, die Bearbeitung ausführen und schnellstmöglich zurückfahren, um für die nächste Reihe bereitzustehen. Allein in diesem Teilbereich der Anlage sind über 20 Servoachsen verbaut.

Anschließend wird das Material an einen hydraulisch angetriebenen Scherenhubtisch übergeben. Seine Aufgabe ist es, die ankommenden Produkte in eine Etagenpresse zu überführen, in der die Einzelelemente durch den aushärtenden Kleber endgültig verbunden werden. Eine unerwünschte Eigenschaft dieser Hubtische ist die Schwingungsneigung. Dies hätte eine erhöhte Wartezeit, die unter anderem den Werkstoff-Weitertransport unnötig verzögert, zur Folge. Als Lösung für dieses Problem wurde eine Prozessrückführung (Condition Feedback) realisiert. Hierbei werden die aus den Kammerdrücken des Hydraulikzylinders abgeleiteten Korrekturwerte mit den Ventilsteuersignalen verrechnet. Die so erzeugte elektronische Bedämpfung sorgt für eine schnelle Stabilisierung in der Zielposition.

Software auf einer Plattform

Die Übergabe zwischen den Scherenhubtischen und den Etagenpressen erfordert eine intensive Kommunikation. Es gibt keine Regel, die vorgibt, in welche der vier Etagen das nächste Produkt transportiert werden soll. Durch den stapelförmigen Aufbau der Presse verändert sich außerdem die Position der Etagen ständig. Hier hilft TwinCAT 3. Die Realisierung der gesamten Anlagensoftware auf einer Rechner-Plattform beseitigt die Notwendigkeit, Daten und Signale zwischen Rechnern austauschen und transportieren zu müssen.

Selbst der breite Technik-Mix dieser Anlage stellt dabei kein Hindernis dar: Hydraulikachsen mit angepasster Technologie-Software-Bibliothek, komplexe Bewegungsführung für Servoantriebe und auch die Bausteine zur Abwärmerückführung arbeiten nahtlos zusammen. Dafür sind über zwei EtherCAT-Master knapp 900 Slaves (IP-20-Klemmen, IP-67-Module sowie Servoverstärker AX5000 mit OCT-Servomotoren AM8000) angebunden. So werden in einer 2-ms-Task die Sollwerte für 130 NC-Achsen berechnet.

Bildergalerie

  • Die Hochdruckpressen werden von einem Industrie-PC C6920 und über EtherCAT gesteuert.

    Bild: Beckhoff

  • Die übergeordnete Steuerung und Überwachung der gesamten Lisocore-Fertigungsanlage übernimmt ein Schaltschrank-PC C6650 mit Multicore-Prozessor.

    Bild: Beckhoff

Firmen zu diesem Artikel
Verwandte Artikel