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2021年12月8日

基于 PC 的控制技术在中国最大造船厂钢板成型中的应用

PC 控制助力实现最重钢板的精密成型

总部位于瑞士 Duggingen Haeusler 公司是全球大型金属板材成型设备的领先企业之一。2020 年底,他们向中国最大的造船厂交付了一台 1245 吨的巨型矫直机。据该公司介绍,这座工厂在全球同类工厂中规模最大,主要生产油轮船体。倍福基于 PC 的控制技术确保将用于精确成型钢结构件的巨大力量引导至正确的方向。

Haeusler 是一家专用机床制造企业,成立于 1936 年,目前拥有员工约 120 名员工。公司自成立之初就着眼于各种机床和生产线的研发设计,包括客户定制设计,这些机床和生产线广泛应用于金属板材加工,以及风力发电机塔、管道、阿丽亚娜系列火箭、造船或发电设备和反应堆保护外壳制造等应用。经过 18 个月的设计和施工,最新的 RI 4000 X 87 矫直机已交付给中国客户。该公司下属多家造船厂,可以生产油轮、货轮、客轮以及快艇各种船只。

通过操作面板上集成的 CP2924 多点触控控制面板可以清楚看到加工顺序
通过操作面板上集成的 CP2924 多点触控控制面板可以清楚看到加工顺序

拥有 80 多年丰富的矫直机经验

Haeusler 利用其 80 多年的丰富经验开发了客户专用的矫直系统,即 RI 机床系列,它可以根据具体的技术规格,配备 5 个、7 个、9 个或 11 个矫直辊。包括最新的巨型成型系统,该系统高 12 米,自重 1245 吨,配备 5 个大型矫直辊,在成型过程中可以施加高达 19000 吨的力。它能够加工 120 毫米厚、4 米宽、12 米长且重达 45 吨的高强度钢板(屈服强度为 1000 N/mm2)。Haeusler 认为,该机床系列能够加工巨型金属板材,与传统的矫直解决方案相比具有明显的优势。

这种巨型钢板的加工与仅几毫米厚的常见金属板材的加工完全没有可比性。在加工巨型钢板时,更多是需要均匀对齐板材(有时在加工过程中会出现轻微的波浪纹),以便进行后续的加工。另一项任务是通过多次冷轧,使得板材中的应力均匀分布。RI 系列在性能上具有很多优势,如特殊的辊子单独调整功能,可以高效矫直较薄和极厚的板材。矫直辊直接驱动装置具有自动速度补偿功能,并集成过载保护元件。

智能化机床控制系统助力提升加工质量

据 Haeusler 介绍,RI 系列的另一个特点是采用了智能化机床控制系统。倍福基于 PC 的控制技术让用户能够在短时间内实现最佳加工效果。模块化组件通过高性能 EtherCAT 通信系统进行分布和组网,可以很好地满足矫直机的特殊要求。Haeusler 公司电气部副主任 Patrick Stadler 解释说道:“倍福的优势在于其产品丰富,覆盖面广,特别是基于 PC 的控制技术和 EtherCAT 技术还具有的良好开放性。这意味着,在需要时,我们可以轻松集成位置测量系统等第三方组件。更重要的是,工厂里还安装一台控制计算机,用于下游的测量应用,这样就可以在矫直后进行质量检查。使用 EtherCAT 桥接端子模块 EL6695 可以连接这两台控制器,以最小的工作量实现实时数据通信。我们还使用 ADS 在控制器之间通过 TCP/IP 传输过程参数,并将参数传输到我们自己开发的人机界面,我们也很欣赏该界面在这方面的开放性。”Patrick Stadler 还举了另外一个例子,即用于测量拉直的钢板平面度的高精度激光器:“激光器有一个 RS422 接口,可以轻松与 EL6021 串口端子模块和相应的 TwinCAT 功能库整合于一体,无需进行费时费力的项目规划。”

加工厚度达 120 毫米的钢板对于项目专家们来说也绝非难事(从左至右):Haeusler 电气部门副主管 Patrick Stadler、来自倍福瑞士分公司的 Peter Reinstadler、Haeusler 首席执行官 Jürgen Freund 以及 Haeusler 机械部门主管Benjamin Schaeuble
加工厚度达 120 毫米的钢板对于项目专家们来说也绝非难事(从左至右):Haeusler 电气部门副主管 Patrick Stadler、来自倍福瑞士分公司的 Peter Reinstadler、Haeusler 首席执行官 Jürgen Freund 以及 Haeusler 机械部门主管Benjamin Schaeuble

最新机床的整体控制通过两台 C6920 控制柜式工业 PC 实现。这些设备通过高效的 CP-Link 4 单电缆解决方案连接 CP2919(19 英寸显示屏)或 CP2924(24 英寸显示屏)控制面板,它们内置在操作面板中,用作方便的多点触控 HMI。控制软件使用的是 TwinCAT PLC 液压定位(TS5810)软件库。它构成了整个轴线控制和协调巨大力量的基础,Patrick Stadler 认为:“一个复杂的液压系统由一个 8000 升的油箱供油,每分钟可输送 3500 升油。同时实现七根轴的液压扭矩控制,扭矩高达 1000 万 Nm。系统的供电电流高达 2500 A(满负荷),其中大部分用于液压系统。”Patrick Stadler 还看到了 TwinCAT OPC UA Server(TS6100)的另一个优势:“有了这个 OPC UA 接口,最终用户可以选择将机床高效集成到他们的车间管理系统中。”

分布在工厂内多个控制柜中的 I/O 层包括 9 个 EtherCAT 耦合器 EK1100,9 个 EtherCAT 拓扑扩展模块 EK1122 和 150 多个 EtherCAT 端子模块,包括 36 个 EL1008 数字量输入端子模块和 28 个EL2008、EL2024 或 EL2088 数字量输出端子模块。还使用了 4 个 EL2535 2 通道脉宽电流电流端子模块。倍福提供的各种可用于采集模拟量值的端子模块也为 Haeusler 带来了很多优势。例如,EL3413-0001 电力测量端子模块,最高可以测量 600 V 的交流电,可用于直接集成功能特别强大的机床组件。此外还有 27 个 EL3152、EL3162 和 EL3255 EtherCAT 模拟量输入端子模块和 7 个 EL4032 和 EL4034 模拟量输出端子模块也可用于采集模拟量值。其它使用的 I/O 端子模块有 EL5152 增量编码器接口端子模块、EL6021(RS422/RS485)串行接口端子模块、EL6080 EtherCAT 内存端子模块和 EL6695 EtherCAT 桥接端子模块。