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yudo-stage © Yudo EU
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2022年9月14日

系统集成塑料熔体流动仿真功能助力提升效率和灵活性

基于 PC 的注塑机控制解决方案

葡萄牙 Yudo EU 公司于 2003 年成立,主要为欧洲和美国市场开发制造热流道注射成型系统。据 Yudo EU 称,新的 Yudrive2 热流道解决方案是公司与其创新自动化技术合作伙伴倍福采用性能强大的基于 PC 的控制技术合作开发而成,在灵活性、精度和效率方面都树立了新的标准。

Yudo EU,S.A. 隶属于跨国公司柳道集团(Yudo),该集团创于 1980 年,总部位于韩国,专业从事塑料机械行业解决方案和注塑模具热流道系统的开发和生产,在全球五大洲拥有 9 个生产基地、19 个子公司和 19 个代表处。柳道的热流道产品可用于各个注塑成型应用领域,如汽车、医疗用品、家用电器、包装和个人护理用品。在这方面,Yudo EU 始终以不断寻求更智能、更优化的解决方案为企业 DNA,Yudo EU 公司总经理 Francisco Milhinhos 解释道:”我们看到了市场对创新型热流道解决方案的需求,希望能够克服之前解决方案中的缺陷。这就需要找到一家具有创新精神的自动化合作伙伴。机缘巧合之下,我们通过葡萄牙经销商 Bresimar 偶然发现了倍福及其高性能的 PC 控制技术。我们合作开发了极其灵活、精确和高效的 Yudrive2 热流道系统。”

倍福 PS 系列 DIN 导轨安装式电源确保为安装有 EtherCAT 插拔式模块的信号分配板供电
倍福 PS 系列 DIN 导轨安装式电源确保为安装有 EtherCAT 插拔式模块的信号分配板供电

热流道系统是注塑模具系统的一个常用部件,用于防止熔融塑料在注入型腔前冷却变硬。热流道系统由热流道和控制模腔内注射过程的针阀以及一个控制单元构成。Yudrive2 是一种基于伺服电机控制的热流道系统。在传统的热流道系统中,针阀由液压或气动系统控制阀针移动的方式打开和关闭。但这种成熟且易于使用的技术在过程控制和质量以及能效、体积和清洁度方面存在缺陷。而在这些方面,基于伺服电机的解决方案具有明显优势。柳道公司的专家很快就发现了倍福基于 PC 的控制技术可以满足甚至超越用户既定需求。

集 I/O、工业 PC 和运动控制于一体的紧凑型解决方案

紧凑性是柳道公司在寻找解决方案时的主要评判标准之一,因此他们决定采用 EJ 系列 EtherCAT 插拔式模块搭建 I/O 层。EJ 模块基于成熟的 EtherCAT 端子模块,但其正面没有夹紧触点,而是在背面配备了一个插头连接器,可以直接安装在专用的线路板上。除了插拔式模块之外,该信号分配板(本案例中由倍福为客户开发)还包含了用于传感器和执行机构的连接层。因而整个 I/O 解决方案的外形尺寸变得更小,并为 Yudrive 2 的生产过程带来更多优势。通过简单地将 EJ 模块和预制电缆连接到信号分配板上,不再需要用单独接线的方式进行耗时和容易出错的连接。这样可以节省时间,降低成本,并减少对熟练工人的需求。它在维修和保养方面同样优势明显。

C6015 超紧凑型工业 PC 也安装在信号分配板上,进一步减小了整个系统的体积。Francisco Milhinhos 认为,与传统的解决方案相比,控制装置的体积总体可以减少 70%。整个控制装置被封装在一个铝质外壳中,既可以直接放在注塑模具上面,也可以放在旁边,具体取决于客户的安装需求。

一个信号分配板最多可以容纳 4 个采用单电缆技术并配备 STO 功能的 EJ7211-9414 伺服电机控制端子模块,每个模块控制一台 AM8122 伺服电机。每块信号分配板都配备一个倍福的单相电源:一个输出电流为 10 A、输出功率为 240 W 的 PS1011-2410-0000 24 V DC 电源;两个输出电流为 20 A、输出功率 960 W 的 PS3011-4820-0000 48 V DC 电源。由 Yudrive 2 控制的典型热流道系统最多可配备 16 个针阀,需要连接 16 台伺服电机。在这些情况下,更多信号分配板可以与数量可任意调节的针阀及相应数量的 EJ7211-9414 EtherCAT 插拔式模块和 AM8122 伺服电机连接,从而实现以一台 C6015 超紧凑型工业 PC 作为中央控制单元的模块化系统结构。

安装在防护等级为 IP66 的 CU8210-M001 机柜防护罩上的无线 U 盘可以方便地远程访问现场系统
安装在防护等级为 IP66 的 CU8210-M001 机柜防护罩上的无线 U 盘可以方便地远程访问现场系统

在注射过程中,伺服电机和蜗轮减速机通过合适的扭矩带动阀针线性运动。必须对电机的特性曲线和齿轮比调整和优化,以符合空间和扭矩要求。由于倍福自主开发和生产所有伺服电机,因而能够满足这种注射过程的特殊需求。经过改进的绕组以及对轴和法兰的调整确保了 AM8122 伺服电机在不扩大外形尺寸的情况下提供所需的功率,并实现了与蜗轮减速机的机械连接。这也确保了解决方案的设计足够紧凑,并有助于在配置中保留已知、成熟的减速机类型。最终,伺服技术取代了常用的液压和气动技术,消除了由于漏油造成产品污染的风险,从而避免生产过程中出现废品。此外,与传统方案相比,伺服电机解决方案的效率更高,能耗更低。

一致、开放的控制软件

在软件方面,Yudrive 2 也受益于倍福基于 PC 的控制理念,Francisco Milhinhos 证实道:“考虑到注射原料的凝固速度以及压力和温度等其它过程变量,柳道开发了一款塑料注射流动仿真软件,可以无缝地集成到新的控制架构中。”根据软件仿真结果可以生成配方,然后将配方加载到 C6015 上,在 TwinCAT 3 中执行。

注塑过程开始后,模具针阀会被逐渐开启和关闭。TwinCAT 3 NC PTP Motion Control 与高动态、紧凑型伺服解决方案结合使用,可以实现对针阀的高精度控制。这样就可以提高工艺质量,节约成本,并通过最大限度地减少材料损失、表面瑕疵和零件缺陷的发生而降低材料消耗。TwinCAT 3 NC PTP 还能够在运行时从位置控制转变为扭矩控制。这样就可以控制针阀的开启和关闭过程中伺服轴的扭矩,从而防止阀针过载,进而延长使用寿命。智能控制方法一方面提升了产品质量,同时也给最终用户带来了前所未有的灵活性。由于 Yudrive 2 的核心 TwinCAT 3 可以自动检测连接到控制器的模具类型,因此 Yudrive 2 可以与各种模具结合,生产不同的零件。并且能够在仿真、配方部署和执行等工作流程中调整注塑过程。Yudrive 2 的通用性还能够实现各种标准化选项,保障用户投资安全,甚至是未来产品,因为相同的控制系统仍可与新模具结合使用。

可灵活安装的 C6015 超紧凑型工业 PC 用作热流道解决方案的中央控制单元
可灵活安装的 C6015 超紧凑型工业 PC 用作热流道解决方案的中央控制单元

通用控制平台进一步简化了操作和维护工作,因为工人只需要维护一种类型的系统。操作人员可以获取全面的诊断信息。诊断数据通过柳道公司开发的基于 HTLM5 的响应式 HMI 显示,它通过 ADS 与 TwinCAT 3 进行通信。通过安装在壳体外的 CU8210-D001 无线 U 盘设置一个远程访问点,并由倍福提供的防护等级为 IP66 的 CU8210-M001 机柜防护罩进行保护。这样就可以方便地连接平板电脑等移动设备,在上面用浏览器查看 HMI 画面。这样,操作人员就可以使用诸如手动加载配方、测试针阀的开启和关闭以及监测温度、扭矩和电机位置等各种功能,从而显著提升工艺过程的透明度,进一步提高产品质量和设备的利用率。

总结

Francisco Milhinhos 在总结系统的众多优势时说道:“Yudrive 2 让我们能够永远比竞争对手快一步。这个解决方案的出现为市场带来了一种全新的结构紧凑、坚固耐用和高效的电力驱动模式,让客户能够解决一些无法用传统方法解决的问题,并满足所有既定的要求。”柳道是一家跨国公司,拥有多个模具和热流道系统制造中心,因此其他市场也可以从这个创新的解决方案中获益。例如,柳道目前正在向其位于中国的工厂推广应用 Yudrive 2 系统。