Een COVID pandemie, tekorten in componenten en een haperende toeleveringsketen. Hoe anticiperen machinebouwers zo goed mogelijk op omstandigheden die steeds sneller veranderen? Een goede samenwerking tussen machinebouwer en toeleverancier helpt daar zeker aan mee. Een toeleverancier die de taal van de klant spreekt én die ook begrijpt en snel om kan zetten naar betrouwbare oplossingen. Onder uitdagende omstandigheden realiseerde machinebouwer Unimatic samen met Yaskawa binnen een korte tijd een nieuw aandrijf- en besturingsconcept. Gebaseerd op nauwkeurige servo-aandrijvingen.
Unimatic Automationssysteme GmbH uit Grub am Forst bij Coburg (D) kreeg in voorjaar 2020 de vraag van een klant over de mogelijkheid om in korte tijd een productiesysteem voor FFP2-beademingsmaskers te bouwen. De fabrikant van speciale machines ging de uitdaging samen met Yaskawa aan. Het bedrijf schakelde ook collega’s van Unimatic China in, die al waardevolle ervaring op dit gebied hadden.
“In een joint venture met China hebben we het systeemconcept ontwikkeld en aangepast aan de normen van de Europese markt”, meldt Dr. Robert Kahlau, hoofd Robotica bij Unimatic. “De klant bestelde aanvankelijk vier systemen, maar de uiteindelijke bestelling was voor in totaal acht productielijnen.”
Volautomatisch productiesysteem
De machines zijn ontworpen voor de volautomatische productie van FFP2- of KN95-maskers. Met een lengte van 10 m, een breedte van 1,5 m en een hoogte van 2 m zijn de systemen zeer compact en kunnen 40 maskers per minuut produceren. De capaciteit van de machines wordt beperkt door de lange elastische banden.
Ook het meerlagige materiaal waaruit de maskers zijn gemaakt is niet makkelijk te verwerken. Het materiaal wordt daarom met een constante snelheid door het systeem getransporteerd. De ultrasone lassystemen functioneren als vliegende zagen. De bijzondere materiaaleigenschappen stellen bijzondere eisen aan dit fabricageproces, dat een krachtige, nauwkeurig gesynchroniseerde aandrijftechniek vereist.
Automatiseringstechnologie
Unimatic gebruikt een Siemens PLC om de machine in het maskerproductiesysteem te besturen. Bij het zoeken naar de beste oplossing voor een soepel lopende maskerproductie, kwamen de technici al snel Yaskawa tegen, wiens MP3300iec-machinecontroller en Sigma-7-servoaandrijvingen al effectief zijn gebleken in veel vergelijkbare toepassingen.
De machinebesturing heeft geïntegreerde functiebibliotheken voor nokkenbesturing, die de vliegende zaagfunctie eenvoudig kunnen activeren. De servo-systemen van Yaskawa staan synoniem voor snelle opstart, hoge productie-output en maximale operationele betrouwbaarheid, die allemaal even belangrijk waren voor de ontwerpers van het maskerproductiesysteem.
Er is ook een groot assortiment om uit te kiezen. De serie omvat smalle enkel- en dubbelassige servoversterkers voor 200 V of 400 V. De beschikbare motorvermogens zijn afgestemd op de behoefte van machinebouwers; van 50 W tot 15 kW bij voedingsspanningen van 200 V en 400 V. De motoren zijn compact en zeer stil wanneer ze in vol bedrijf zijn.
De servomotoren bieden een hoge resolutie (geïntegreerde 24-bit absolute encoder), hoge dynamiek en functies zoals trillingsonderdrukking, onderdrukking van machine-resonantiefrequenties en een tuningless-functie voor eenvoudig opstarten. Door deze functies in de servoversterkers te integreren, wordt hun prestatie niet beperkt door bovenliggende controllers of bus-cyclustijden.
In elk maskerproductiesysteem worden in totaal zes Sigma-7 servo-assen (200 V) gebruikt. Het motorvermogen ligt tussen 200 W en 1,5 kW. De grootste aandrijving drijft de rollen aan voor materiaaltransport. Twee motoren houden de dynamische beweging van de vliegende messen in stand, in dit geval de ultrasone gereedschappen die de maskers lassen en vormen.
Twee andere servo-assen bereiden het materiaal voor de draadhanger van de neusklem voor. Het invoergebied voor de hoofdbanden en neusclips is sterk afhankelijk van een hoge positioneringsnauwkeurigheid en een uiterst nauwkeurige synchronisatie met het vlies.
Synchronisatie zes servo-assen
De programmering wordt verder vergemakkelijkt door de MotionWorks IEC-softwaretool met standaard PLCopen- en Yaskawa-specifieke functieblokken (bijv. nokken en elektronische versnellingen), die gratis beschikbaar zijn en die de systeemprogrammering aanzienlijk vereenvoudigen. Naast PLCopen-functieblokken bevat MotionWorks IEC ook functies zoals visualisatietools, camerasystemen, transportbandtracking en een groepstoolbox ter ondersteuning van G-code. Samen met de machinebesturing maken de functieblokken ook de besturing van deltakinematica en meer-assige robots mogelijk.
De Yaskawa-machinebesturing is via Profinet verbonden met de PLC van het maskerproductiesysteem. De PLC is echter niet belast met de taak van synchronisatie. De MP3300iec-machinecontroller, die een aantal gebieden bestuurt, waaronder pneumatiek en veiligheid, fungeert als master en specificeert de volgorde en de cyclus van de aandrijvingen. Tijdens de lopende productie stelt de controller de triggerpoints vast. Als er bijvoorbeeld een vertraging is op een bepaald punt in het systeem, past de synchronisatie zich aan deze vertraging aan om een productieonderbreking te voorkomen. De oplossing is zeer succesvol gebleken. Inmiddels zijn acht maskerproductiesystemen opgeleverd en in gebruik genomen.
Het complete artikel over de servotechnologie van Yaskawa is te lezen in de Speciale Editie – De elektromotor, technologie, trends & toekomst, die hier is te bestellen.
