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 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。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(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)開發(fā)了客戶專用的矯直系統(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金屬板材的加工完全沒有可比性。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 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(jī)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(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 功能庫整合于一體，無需進(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(jī)械部門主管Benjamin Schaeuble

最新機(jī)床的整體控制通過兩臺(tái) C6920 控制柜式工業(yè) PC 實(shí)現(xiàn)。這些設(shè)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(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。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 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)。”Patrick 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，最終用戶可以選擇將機(jī)床高效集成到他們的車間管理系統(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。