用于EMS系统的移动控制及动力管理解决方案

作者:Nora Eclert 文章来源:MM《现代制造》 点击数:305 发布时间:2019-10-14
当今世界影响现代制造业和物流业的关键元素是高度灵活和智能的输送系统。它起始于装配线生产过程,是对产品自动入库和出库的基本需求。早期的解决方案是通过将移动中的载具连接到拖链,使其保持固定的速度和时间间隔在轨道上行使,伴随流水生产的程序和环境变得越加复杂,输送系统应运而生。
用于EMS系统的移动控制及动力管理解决方案

当今世界影响现代制造业和物流业的关键元素是高度灵活和智能的输送系统。它起始于装配线生产过程,是对产品自动入库和出库的基本需求。早期的解决方案是通过将移动中的载具连接到拖链,使其保持固定的速度和时间间隔在轨道上行使,伴随流水生产的程序和环境变得越加复杂,输送系统应运而生。基于工业制造4.0和物联网理念孵化出的“智慧工厂”,进一步将对于生产线智能化信息化的期望聚焦在了控制系统供应商身上。为契合时代需求,当前最先进的输送线是搭载控制器、感应器和驱动器的电气化输送系统。

这是一个强强联姻的时代,2018年1月1日,Conductix-Wampfler(康稳)收购LJU,拉开了动力管理和移动控制系统的专家级供应商携手迎接挑战的序幕。LJU自80年代起,一直是电气化单轨系统(EMS)控制器的领先供应商,EMS系统覆盖广泛的应用场景,能满足立体仓储中高速和高加速度下的货物输送,乃至装配线生产过程中不同速度和时间间隔下的输送车。对于终端用户而言,人员、机械以及工位系统的安全至关重要,尤其在必须要操作员值守的场景下。同时,在输送线解决方案的选型和设计过程中,系统的可靠性和相关的维护工作(预防性维护、可维护性)也同样重要。

 图:iDM系统概览
 图1  iDM系统概览

专用的移动控制器

在载具上集成移动控制,需要安装的单元包括供电、配电、感应器、I/O通道、电机、驱动以及逻辑控制器。使用传统的用于静电调试柜的驱动和PLC往往会产生各种问题,如受制于空间和重量产生的机械集成方面的问题,受制于振幅、温度变化产生的移动使用中的持久度问题,以及线路故障排除中产生的复杂编程和调试问题。LJU 8系列控制器具备功能多、紧凑度高等领先特性,并且外形设计上也满足多种交互功能。

紧凑型控制系统ST-87x系列包括可以根据标准EMS流程参数进行客户定制的标准软件。因此无需PLC编程的开发,只需通过红外线、蓝牙或Railbus系统设置正确的参数即可。该控制系统的特点是支持状态信息纯文本显示以及诊断协助。内嵌的电机控制驱动适用于在所有常用电压变型下的一般工业标准三项异步电机(DASM),以及永磁同步电机(PMSM)和无刷直流电机(BLDC)。最佳加速度曲线和多种定位路径能保证无障碍运行。控制器发出和接受的命令信号可根据半波,脉冲编码模块(PCM), LJU Raibus等多种方案交换。值得一提的是康稳的ProfiDAT compact,使用微波导槽实现的无线通讯方案将会跟未来的LJU产品系列结合开发新一代产品。

图1 ProfiDAT compact
图2 ProfiDAT compact

高端控制系统ST-89x系列在显示界面、驱动以及通讯特点上都能实现高度定制。此外,控制软件基于CODESYS开发系统搭建,支持IEC 61131-3标准语言。CODESYS集成大量特性以支持高级控制应用的开发。这个解决方案的特点在于,高效的人机工程学编辑器能被应用于IEC 61131-3所定义的5种编程语言(IL -指令表、ST -结构化文本、LD -梯形图、FBD -功能框图、SFC -顺序功能图),丰富的调试工具能在测试和调试期间快速优化应用程序编码。控制器可以为特定的应用程序提供不同级别的预构建软件。它可以是一个完全编程的控制器,可以进行参数化,最终用户可以独立地调整软件以适应任何出现的应用程序需求。它也可以是一个包含基本功能及其他功能库的应用程序软件,使系统集成商或最终用户可以自由地编写应用程序软件的其余部分,以满足特定应用程序的确切需求。

人机工程学与机械安全

EMS系统在汽车进入最后组装阶段,达到最佳装配位置或与周围装备的相互作用(输送线、仪表盘或车轮安装自动机械手)往往通过改变车身高度或通过旋转倾斜载具的框架而实现。这需要按序或与检测单元同时运动。移动控制器将连接器集成到分配给单个或多个驱动器的多个电机上,这些电机能够按顺序或同时管理相应的运动。

控制器可选择性地配备额外的安全模块,即LJU安全驱动模块(LJU- SDM)。这些模块由LJU开发,适用于移动和紧凑的特殊环境。这种模块的首要任务是检测载具的安全性相关的功能。安全采集速度和位置信号,以及提供如安全停靠、安全运行停止、紧急限制等安全模式是该功能实现的保障。这些模式由内嵌的SafePLC功能实现和控制。从静置设备到移动设备的安全信号传输由安全I/O协议或集成总线接口实现。LJU-SDM的标准配置为2个编码器接口和安全的数字I/O。

图2 跟踪控制单元(TCU),iDM系统组成部分
图3 跟踪控制单元(TCU),iDM系统组成部分

独立操作

分散的智能化和较短的反应时间是现代机器的关键之一,这也适用于输送机。为了最大化利用移动控制系统,LJU提供的智能数据管理系统(iDM系统)通过内嵌的可编程控制及软件(软PLC)在主要系统控制器(PLC)的指令下或作为独立系统控制和管理所有部件。主控制单元(MCU)是应用于iDM系统框架内规范、控制和管理所有部件和小车的中央处理单元。它通过沿轨道安装的跟踪控制单元(TCU)与载具上的控制器通讯,主要在滑触线地线轨管理数据通讯速率,同时增加系统中载波的数量。该MCU是基于Beckhoff的CX工业PC系列。中央单元是一个CX2030模块,它与主PLC(例如ProfiNET)和搭载EtherCAT的TCU接口模块相关联。与控制器的通讯通过滑触线并且使用专有协议。

基于iDM系统,iDM系统管理器(iDM-SyMa)是一个用于所有MCU功能管理的强大配置工具。iDM-SyMa可以为所有系统部件和小车控制器配置参数并在运行期间进行检测。该工具以表格形式提供系统布局的图形视图和参数值。它允许对系统中所有小车的运行数据进行实时监控,并为维护或预防性维护活动编制文档。

工业4.0

完成数据收集是实现任何工业4.0的先决条件,而它已经成为当前控制器的一个内在功能。的确,由传感器提供的许多现场数据都可以收集起来,而且控制器本身产生的驱动器操作数据也可以记录下来,用于进一步处理。当前的挑战是应用这些独立数据的相关方法,以便有重点和有效的维护活动。建立机器的历史和实现自我学习算法,例如减少维护间隔或重新定义干预阈值,也基于可靠的数据收集。

最为先进的控制系统离不开可靠的动力和数据管理。动力传输、数据通讯以及定位都必须适应EMS系统紧凑的空间。康稳最新推出的ProfiDATcompact,基于5G和工业WiFi,采用微波导槽实现最合理的紧凑度,是当前市场上最为紧凑的数据传输解决方案,ProEMS 0815滑触线系统与之完美组合,消除了几个可能的集成和安装陷阱,首先将电缆路径集成在集电器的集电臂。同样的几何逻辑也适用于ProfiDAT compact移动天线,将数据传输与地线轨合二为一,额外压缩了空间。