CODESYS raggiunge lo spazio La scienza missilistica, dopotutto!

Aaron:
Vi descrivete come "costruttori di macchine speciali orientate al software". I viaggi nello spazio sono la vostra specialità?

Martin:
Naturalmente facciamo anche altre cose molto complesse che richiedono un ottimo software nella costruzione di macchine speciali. Questo vale in particolare per l'aerospaziale, per cui abbiamo già una grande familiarità con questo settore e lo conosciamo bene. In breve, il settore aerospaziale è la nostra specialità, ma non l'unica. Ad esempio, lavoriamo intensamente anche nei settori della tecnologia alimentare e sensoriale.

 

Aaron:
Può descrivere brevemente il suo progetto con Beyond Gravity?

Martin:
La maggior parte degli impianti di produzione di Beyond Gravity in Svizzera e anche la maggior parte degli impianti di Decatur negli Stati Uniti sono dotati di tecnologia elettrica di mrm². Nello stabilimento svizzero di Emmen, c'è un tavolo di posa per i tappetini in fibra di carbonio, due sistemi per il caricamento dei semigusci delle carenature e un sistema altamente complesso e completamente automatizzato per la lavorazione dei semigusci delle carenature, la stazione di integrazione orizzontale. In produzione, dobbiamo gestire un gran numero di assi a funzionamento sincrono, con precisioni di ripetizione di 0,02 mm su una lunghezza di 26 m, sistemi di cambio utensile con gestione dei programmi, altri sistemi di azionamento a funzionamento sincrono e monitorati dall'esterno, visualizzazioni azionabili da più utenti: in tutto, sistemi altamente collegati in rete. Li abbiamo sviluppati e programmati tutti sulla piattaforma software CODESYS - in parte con CODESYS nativo, in parte con TwinCAT di Beckhoff. In ogni caso, tutto è conforme alla norma IEC 61131.

 

Aaron:
I prodotti aerospaziali devono soddisfare requisiti estremi in termini di precisione e accuratezza, poiché gli errori nel processo possono avere conseguenze enormi. Come fate a garantire che i vostri prodotti soddisfino questi requisiti?

Martin:
Come per tutti i nostri progetti, l'eccezionale competenza tecnica dei nostri dipendenti, la perfetta gestione del progetto e i nostri 15 anni di esperienza in progetti impegnativi svolgono un ruolo importante. Tutte le persone coinvolte nel progetto lavorano in stretta rete e tutte le fasi di lavoro si incastrano perfettamente.
Nello sviluppo del software, la comprensione del compito da svolgere è fondamentale. Dopo la creazione dettagliata di una scheda tecnica, la realizzazione e la programmazione del software iniziano passo dopo passo. Va da sé che i nostri ingegneri di sviluppo lavorano sempre all'avanguardia della tecnologia grazie a una formazione regolare e utilizzano i metodi più recenti.

 

Aaron:
Può spiegarci il processo di produzione in modo più dettagliato? E naturalmente: che ruolo svolge CODESYS nel progetto?

Martin:
In totale ci sono 4 fasi di processo. Nella prima fase del processo, il prepreg, un materiale composito in fibra di carbonio, viene steso in diverse corsie sul tavolo di laminazione. Questi nastri vengono poi posizionati sul negativo dei semigusci tramite una traversa e quindi cotti.

I fogli di fibra di carbonio vengono srotolati tramite 7 assi. Questi assi sono controllati in modo sincrono tramite CANopen. Quando i nastri devono essere applicati in diagonale, li controlliamo tramite CODESYS SoftMotion. Anche la visualizzazione è programmata con CODESYS.

Nella seconda fase del processo, il semiguscio temprato viene ispezionato per verificare la presenza di difetti e tolleranze specifiche in un'ispezione non distruttiva automatizzata che utilizza un metodo di controllo a ultrasuoni.

In questo processo, 2 bracci robotizzati dotati di sonde ad aria-ultrasuoni viaggiano lungo le superfici in modo altamente sincronizzato ed eseguono l'ispezione a una distanza definita. In questo modo le aree difettose vengono riconosciute già in questa fase del processo e le riparazioni possono essere effettuate in questa fase. Per poter eseguire il processo a ultrasuoni con la precisione richiesta, è necessario un controllo a doppio anello dei bracci robotici di altissima precisione. Per inciso, il sistema è un progetto di cooperazione con Robo-Technology GmbH.

Le curve di percorso del robot esterno sono calcolate in tempo reale utilizzando le trasformazioni degli assi. Ciò consente un posizionamento preciso. Il robot esterno è un robot a 5 assi progettato internamente con un raggio d'azione di 5,5 m. Il robot interno industriale standard viene quindi sincronizzato in tempo reale con il robot esterno, in modo da ottenere sempre un punto centrale dell'utensile assolutamente preciso delle due teste a ultrasuoni sui sistemi robotici. Il posizionamento sugli assi lineari avviene tramite encoder esterni a nastro magnetico. Per il controllo e la lettura di tutti i sensori utilizziamo il sistema decentralizzato Beckhoff SoftMotion, con bus di campo EtherCAT e IO-Link.

 

Aaron:
La tolleranza di lunghezza rende certamente difficile il controllo dei bracci robotici. Ora utilizzate CANopen per la comunicazione nella prima fase del processo di posa dei binari in CFRP e EtherCAT nella seconda fase del processo. Questo è dovuto al collegamento tra l'azionamento e il produttore? O ci sono altre ragioni alla base della decisione?

Martin:
I sistemi sono stati semplicemente costruiti in tempi diversi, quindi la decisione ha una componente storica. Il sistema su cui vengono posati i nastri di fibra di carbonio e che viene controllato tramite CANopen è molto più vecchio. Le funzionalità di EtherCAT non erano ancora così ben sviluppate. Inoltre, all'epoca esisteva una funzione speciale in CANopen, necessaria per implementare il processo diagonale o di incrocio. EtherCAT è più flessibile e quindi in seguito è diventato il protocollo di comunicazione preferito.

 

Aaron:
Ok, questo ha senso. Allora torniamo al processo di produzione!

Martin: Nella terza fase del processo, il materiale in eccesso viene rifilato sulla stazione di integrazione orizzontale per una lunghezza di 26 metri. Oltre 20 assi sincronizzati posizionano il rivestimento per la successiva lavorazione. Gli assi sono controllati tramite SoftMotion di Beckhoff. Su ogni mezzo lato vengono praticati oltre 450 fori nel rivestimento e nei relativi profili. Vengono integrati i cosiddetti anelli di sicurezza, che fanno saltare la carenatura del carico utile in modo coordinato o espongono il satellite o il carico utile.

Nella quarta e ultima fase del processo in cui sono coinvolti i nostri sistemi, l'assemblaggio della stazione di lavorazione, vengono eseguiti i lavori di montaggio.

Entrambi i semigusci vengono prelevati con l'aiuto di anelli guidati e assemblati in uno dei due elementi finali della carenatura. Gli anelli possono ruotare l'elemento di carenatura fino a 180° per praticare i fori ed eseguire ulteriori fasi di assemblaggio. Il carico torsionale deve essere completamente escluso per l'intera lunghezza del componente, fino a 26 metri. I due anelli devono quindi lavorare in modo assolutamente sincronizzato per evitare sollecitazioni.

CODESYS SoftMotion controlla l'azionamento sincronizzato degli anelli e può facilmente soddisfare gli elevati requisiti del componente e dell'industria aerospaziale grazie al controllo in tempo reale.

 

Aaron:
La visualizzazione del sistema di controllo è una caratteristica standard della suite CODESYS. Il controllo degli azionamenti con l'aiuto di SoftMotion è molto più impegnativo. In alcuni casi, si controllano più di 20 azionamenti in modo sincrono in un'unica applicazione. Come ci siete riusciti?

Martin:
Semplicemente grazie a un'ottima e sofisticata architettura software e a una topologia hardware elettrotecnica altrettanto accurata.

 

Aaron:
Con EtherCAT, FSoE, IO-Link e CANopen, avete diversi protocolli in uso. Quali criteri applicate per decidere quale percorso di comunicazione utilizzare? Ci sono stati problemi durante l'implementazione?

Martin:
CANopen è stato a lungo il miglior protocollo per la tecnologia degli azionamenti. Dal nostro punto di vista, però, non è più lo stato dell'arte, da qui il passaggio a EtherCAT, che oggi è il leader nella tecnologia degli azionamenti. EtherCAT e poi FSoE (Fail Safe over EtherCAT) sono in grado di gestire molto bene le lunghe distanze tra i componenti. FSoE è anche adatto alle funzioni di sicurezza nella tecnologia degli azionamenti. IO-Link, invece, presenta i suoi vantaggi grazie alla struttura decentrata, ai sensori decentrati e alle brevi distanze tra le unità mobili. IO-Link è anche molto facile da mantenere, i componenti possono essere facilmente sostituiti e ampliati.

 

Aaron:
Grazie per le informazioni sui vostri progetti, Martin. Pensiamo che sia davvero fantastico che lo spazio venga conquistato con l'aiuto di CODESYS. Il tuo progetto con Beyond Gravity è un ottimo esempio di applicazioni che comunicano in tempo reale attraverso diversi protocolli come CANopen, EtherCAT, IO-Link o FSoE e allo stesso tempo soddisfano il massimo livello di precisione. Questa è certamente una sfida che noi di CODESYS siamo felici di raccogliere per imparare e migliorare costantemente. Vi auguriamo il meglio per il vostro lavoro futuro - siamo orgogliosi di farne parte.