ОткрепитьЗакрепитьЗакрыть

Центральный офис в России
ООО «Бекхофф Автоматизация»

Серебряническая наб., д. 29
БЦ «Silver City», 1-й этаж
109028 г. Москва, Российская Федерация

+7 495 419 07 44
russia@beckhoff.com
www.beckhoff.com/ru-ru/

9 сент. 2021 г.

Технология управления на базе ПК и EtherCAT для испытания печатных плат при повышенных температурах для автомобильной промышленности

Новое решение позволяет увеличить функциональные возможности, упростить монтаж проводки и сократить расходы

Когда Pensar Otra Vez (POV) попросили разработать для поставщика автомобильных компонентов установку для итоговых испытаний печатных плат при повышенных температурах, у компании уже был накоплен опыт работы с подобными системами. Тем не менее, модернизация системы управления с помощью технологий Beckhoff обеспечила значительное повышение эффективности. Кроме того, технология управления на базе ПК позволила упростить сбор и анализ данных для задач управления энергопотреблением конечного заказчика.

Инженер-механик Майк Эдвардс основал компанию Pensar Otra Vez, Inc. в г. Тусон (США, штат Аризона) в 1994 году. На протяжении многих лет компания разрабатывала установки для многих отраслей промышленности, уделяя основное внимание направлениям медицинской техники, производству аккумуляторов и автомобилей. Идея регулярной переоценки компонентов, процессов и стратегий заложена в самом названии компании: с испанского его можно буквально перевести как «подумай ещё». Поэтому, когда в 2019 году для постоянного заказчика (одного из ведущих поставщиков, работающих в автомобильной промышленности) потребовалось разработать новую систему испытания печатных плат при повышенных температурах, никого не удивило, что Майк Эдвардс сразу вернулся к чертежной доске, а не стал копировать существующее конструктивное решение. Более 20 из этих оригинальных испытательных систем уже использовались на одном из производственных объектов заказчика, что послужило хорошей базой для оценки дальнейших улучшений.

В новые системы печатные платы загружаются при комнатной температуре, далее с целью моделирования условий эксплуатации в автомобиле температура во время функционального испытания повышается приблизительно до 110 °C и поддерживается на этом уровне (±3 градуса). Поскольку продолжительность испытания составляет менее 120 с, то система должна быстро подводить тепло к продукту. Пропускная способность важна, поэтому время тестирования в установке должно быть максимизировано по сравнению с временем транспортировки. Внутри установки печатные платы во время перемещения по конвейеру проходят через четыре станции предварительного нагрева перед тем, как достичь станции итогового испытания. На каждой станции предварительного нагрева инфракрасные температурные датчики контролируют повышение температуры. Интеграция датчиков в систему управления раньше представляла проблему с точки зрения подключения и приводила к значительным затратам на установку и прокладку кабелей.

Дэн Дистефано, владелец D2 Engineering и старший инженер-программист (слева), и Кейси Тейлор, региональный инженер отдела продаж Beckhoff, инспектируют новую установку для испытания печатных плат на объекте POV.
Дэн Дистефано, владелец D2 Engineering и старший инженер-программист (слева), и Кейси Тейлор, региональный инженер отдела продаж Beckhoff, инспектируют новую установку для испытания печатных плат на объекте POV.

Повышение производительности и прозрачности благодаря одной централизованной платформе

Новая установка испытания печатных плат при повышенных температурах должна не только соответствовать требованиям процессов тестирования, но и обеспечивать повышение производительности и снижение стоимости компонентов. Кроме того, POV хотела достичь все эти цели при снижении затрат на прокладку кабелей, уменьшении занимаемой площади и повышении удобства использования. Конечный пользователь также хотел установки, которые позволят улучшить возможности сбора и анализа данных, как часть пути к реализации концепций IIoT и Industrie 4.0. У данного поставщика автокомпонентов есть заводы по всему миру, на которых реализуются ключевые инициативы, направленные на мониторинг процессов и повышение эффективности. «Регулирование потребления электроэнергии на заводах заказчика становится все более и более важным. Это включает все – от автоматического выключения питания конвейеров в промежутках между эксплуатацией до точного мониторинга частоты вращения двигателей», объясняет Майк Эдвардс, менеджер проектов POV.

Если раньше заказчик самостоятельно выполнял программирование установки с помощью Visual Basic (VB), то теперь он хотел больше гибкости и доступ к эксплуатационным данным системы. Вот почему проектная группа POV сотрудничала с Дэном Дистефано, владельцем и старшим инженером-программистом компании D2 Engineering LLC, в области проектирования и программирования. «Одной из главных целей было обеспечение доступа ко всем системам и устройствам через одну среду разработки», говорит Дэн Дистефано. «Более 20-летний опыт работы с решениями Beckhoff показал мне, что ПО TwinCAT 3 для автоматизации и технология EtherCAT (промышленная шина на базе Ethernet) подходят для этого лучше всего, поскольку они также обеспечивают простую интеграцию компонентов сторонних производителей». При выборе компонентов и систем команда работала в тесном сотрудничестве с Кейси Тейлором, региональным инженером отдела продаж Beckhoff.

Благодаря интеграции в Microsoft Visual Studio®, TwinCAT 3 позволяет программировать в соответствии со стандартами компьютерных технологий и на всех языках IEC 61131-3 с объектно-ориентированными расширениями. Дэн Дистефано использовал несколько решений из пакета программного обеспечения: «Мы внедрили TwinCAT HMI в интерфейс пользователя, TwinCAT PLC и Motion для управления оборудованием и TwinSAFE для интегрированной функциональной безопасности системы. Наличие одного и того же внешнего интерфейса Visual Studio® помогает нам достичь основной цели – простого доступа через одну систему разработки». Эти возможности облегчат как локальную, так и удаленную поддержку.

Среда выполнения TwinCAT загружена в ультракомпактный промышленный ПК C6030 (IPC) от Beckhoff с процессором Intel® Core™ i3. Для более надежного и интуитивно понятного интерфейса оператора установка оснащена multi-touch панелью управления CP3921 с 21,5-дюймовым экраном и кастомизированной кнопочной консолью.

Установка для испытания при повышенных температурах управляется ультракомпактным промышленным ПК C6030 от Beckhoff.
Установка для испытания при повышенных температурах управляется ультракомпактным промышленным ПК C6030 от Beckhoff.

Улучшенный обмен данными и управление перемещением

Благодаря открытости, интегрированным функциям диагностики и высокой скорости передачи данных в режиме реального времени, технология EtherCAT позволяет улучшить конструкцию и работу установки, объединяя все ключевые компоненты в единую экосистему. EtherCAT не использует IP-адреса сетевых устройств; вместо этого он автоматически идентифицирует и конфигурирует каждое устройство в сети. «Это означает, что к любому устройству можно получить доступ, ввести его в эксплуатацию и отладить без необходимости в дополнительном программном обеспечении», добавляет Дэн Дистефано.

В установке используются EtherCAT-модули ввода/вывода степени защиты IP20, box-модули EtherCAT степени защиты IP67 и однокабельные решения, обеспечивающие связь и питание полевых устройств в одном кабеле. «Благодаря использованию технологии EtherCAT P и монтируемых в установку компонентов ввода/вывода, нам нужно было проложить только один кабель к главному шкафу управления», говорит Майк Эдвардс.

Конвейерная лента, приводимая в движение шаговыми двигателями AS2022 с редукторами AG2250, используется для транспортировки печатных плат через установку испытания при повышенных температурах. Шаговые двигатели AS2022 степени защиты IP54, управляемые посредством EtherCAT-модулей EL7047, оснащены энкодером. «В предыдущем конструктивном исполнении с каждой стороны ленточного конвейера использовался двигатель плюс редуктор. Выходное значение частоты вращения двигателя представляло собой аналоговое число, которое не отображалось как скорость двигателя или скорость ленты», говорит Кейси Тейлор. «Приводная технология Beckhoff позволила легко отображать реальную скорость двигателя, так что обе стороны конвейера можно точно контролировать и регулировать».

Box-модули EtherCAT степени защиты IP67 используют однокабельное решение EtherCAT P, обеспечивающее питание и обмен данными по одному кабелю.
Box-модули EtherCAT степени защиты IP67 используют однокабельное решение EtherCAT P, обеспечивающее питание и обмен данными по одному кабелю.

Новое конструктивное решение привело к значительным улучшениям

«В мире автоматизации относительно редко бывает возможность прямого сравнения новой технологии с предыдущим способом решения задачи», говорит Майк Эдвардс. «Модернизация установки испытания печатных плат при повышенных температурах для нашего заказчика из автомобильной промышленности предлагает прекрасную возможность для прямого сравнения сопоставимых систем». Использование EtherCAT-модулей ввода/вывода позволило на 9% сократить расходы, на 11% снизить стоимость электромонтажных работ и на 12,8% уменьшить размеры электротехнического шкафа. Также важно, что команда POV значительно сократила время отладки. Все это стало возможным благодаря простой интеграции устройств сторонних производителей, таких как инфракрасные датчики, во всеобъемлющую сеть EtherCAT.

По словам Майка Эдвардса, одним из преимуществ Beckhoff было сокращение времени разработки элементов управления примерно на 36 часов для проекта: «Программирование было консолидировано через центральную платформу, а дополнительные функции, такие как контроль и измерение температуры, потребления электроэнергии и мониторинг скорости, недоступные при использовании предыдущих компонентов, обеспечили еще большую гибкость», говорит он. По словам Дэна Дистефано, это одна из сильных сторон платформы Beckhoff: «Объединение всех устройств в сеть EtherCAT позволяет нам собирать больше информации о процессах и диагностической поддержке при минимальной разработке программного обеспечения и без использования дополнительного оборудования». Установка в новом конструктивном исполнении без проблем работает в полевых условиях, а команда Pensar Otra Vez хотела бы со временем дооснастить другие, используя новую архитектуру Beckhoff.