PC 控制助力實現(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備的領先企業(yè)之一。2020 年底，他們向中國最大的造船廠交付了一臺 1245 噸的巨型矯直機。據(jù)該公司介紹，這座工廠在全球同類工廠中規(guī)模最大，主要生產(chǎn)油輪船體。倍福基于 PC 的控制技術確保將用于精確成型鋼結構件的巨大力量引導至正確的方向。

Haeusler 是一家專用機床制造企業(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床和生產(chǎn)線的研發(fā)設計，包括客戶定制設計，這些機床和生產(chǎn)線廣泛應用于金屬板材加工，以及風力發(fā)電機塔、管道、阿麗亞娜系列火箭、造船或發(fā)電設備和反應堆保護外殼制造等應用。經(jīng)過 18 個月的設計和施工，最新的 RI 4000 X 87 矯直機已交付給中國客戶。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。

通過操作面板上集成的 CP2924 多點觸控控制面板可以清楚看到加工順序

擁有 80 多年豐富的矯直機經(jīng)驗

Haeusler 利用其 80 多年的豐富經(jīng)驗開發(fā)了客戶專用的矯直系統(tǒng)，即 RI 機床系列，它可以根據(jù)具體的技術規(guī)格，配備 5 個、7 個、9 個或 11 個矯直輥。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 個大型矯直輥，在成型過程中可以施加高達 19000 噸的力。它能夠加工 120 毫米厚、4 米寬、12 米長且重達 45 噸的高強度鋼板（屈服強度為 1000 N/mm2）。Haeusler 認為，該機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。

這種巨型鋼板的加工與僅幾毫米厚的常見金屬板材的加工完全沒有可比性。在加工巨型鋼板時，更多是需要均勻對齊板材（有時在加工過程中會出現(xiàn)輕微的波浪紋），以便進行后續(xù)的加工。另一項任務是通過多次冷軋，使得板材中的應力均勻分布。RI 系列在性能上具有很多優(yōu)勢，如特殊的輥子單獨調整功能，可以高效矯直較薄和極厚的板材。矯直輥直接驅動裝置具有自動速度補償功能，并集成過載保護元件。

智能化機床控制系統(tǒng)助力提升加工質量

據(jù) Haeusler 介紹，RI 系列的另一個特點是采用了智能化機床控制系統(tǒng)。倍福基于 PC 的控制技術讓用戶能夠在短時間內實現(xiàn)最佳加工效果。模塊化組件通過高性能 EtherCAT 通信系統(tǒng)進行分布和組網(wǎng)，可以很好地滿足矯直機的特殊要求。Haeusler 公司電氣部副主任 Patrick Stadler 解釋說道：“倍福的優(yōu)勢在于其產(chǎn)品豐富，覆蓋面廣，特別是基于 PC 的控制技術和 EtherCAT 技術還具有的良好開放性。這意味著，在需要時，我們可以輕松集成位置測量系統(tǒng)等第三方組件。更重要的是，工廠里還安裝一臺控制計算機，用于下游的測量應用，這樣就可以在矯直后進行質量檢查。使用 EtherCAT 橋接端子模塊 EL6695 可以連接這兩臺控制器，以最小的工作量實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)通信。我們還使用 ADS 在控制器之間通過 TCP/IP 傳輸過程參數(shù)，并將參數(shù)傳輸?shù)轿覀冏约洪_發(fā)的人機界面，我們也很欣賞該界面在這方面的開放性。”Patrick Stadler 還舉了另外一個例子，即用于測量拉直的鋼板平面度的高精度激光器：“激光器有一個 RS422 接口，可以輕松與 EL6021 串口端子模塊和相應的 TwinCAT 功能庫整合于一體，無需進行費時費力的項目規(guī)劃。”

加工厚度達 120 毫米的鋼板對于項目專家們來說也絕非難事（從左至右）：Haeusler 電氣部門副主管 Patrick Stadler、來自倍福瑞士分公司的 Peter Reinstadler、Haeusler 首席執(zhí)行官 Jürgen Freund 以及 Haeusler 機械部門主管Benjamin Schaeuble

最新機床的整體控制通過兩臺 C6920 控制柜式工業(yè) PC 實現(xiàn)。這些設備通過高效的 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，它們內置在操作面板中，用作方便的多點觸控 HMI。控制軟件使用的是 TwinCAT PLC 液壓定位（TS5810）軟件庫。它構成了整個軸線控制和協(xié)調巨大力量的基礎，Patrick Stadler 認為：“一個復雜的液壓系統(tǒng)由一個 8000 升的油箱供油，每分鐘可輸送 3500 升油。同時實現(xiàn)七根軸的液壓扭矩控制，扭矩高達 1000 萬 Nm。系統(tǒng)的供電電流高達 2500 A（滿負荷），其中大部分用于液壓系統(tǒng)。”Patrick Stadler 還看到了 TwinCAT OPC UA Server（TS6100）的另一個優(yōu)勢：“有了這個 OPC UA 接口，最終用戶可以選擇將機床高效集成到他們的車間管理系統(tǒng)中。”

分布在工廠內多個控制柜中的 I/O 層包括 9 個 EtherCAT 耦合器 EK1100，9 個 EtherCAT 拓撲擴展模塊 EK1122 和 150 多個 EtherCAT 端子模塊，包括 36 個 EL1008 數(shù)字量輸入端子模塊和 28 個EL2008、EL2024 或 EL2088 數(shù)字量輸出端子模塊。還使用了 4 個 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 帶來了很多優(yōu)勢。例如，EL3413-0001 電力測量端子模塊，最高可以測量 600 V 的交流電，可用于直接集成功能特別強大的機床組件。此外還有 27 個 EL3152、EL3162 和 EL3255 EtherCAT 模擬量輸入端子模塊和 7 個 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 內存端子模塊和 EL6695 EtherCAT 橋接端子模塊。