Témata
Reklama

Pokročilá diagnostika obráběcích strojů

01. 09. 2004

Na moderní obráběcí stroje jsou v současnosti kladeny vysoké požadavky nejen z hlediska konstrukce a technologických parametrů, ale také z hlediska jejich spolehlivosti a s tím související diagnostikovatelností. Nejnáročnějším využitím obráběcích strojů je jejich nasazení v bezobslužném režimu s nepřetržitým provozem. U takto využívaných strojů je kladen velký důraz na jejich včasnou a správnou autodiagnostiku, kdy diagnostický systém odhalí nebezpečný trend některé ze sledovaných veličin nebo přímo poruchu. Pro takovéto účely musí být stroj vybaven vhodným diagnostickým systémem, který odpovídá náročnosti sledovaných údajů.

Jan Smolík

Je klíčovou osobou na Ústavu výrobních strojů a zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze. Společně s prof. Houšou zde spoluzakládal Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT). Následně zde vedl Centrum kompetence a nyní Národní centrum kompetence, jehož je ústav spoluřešitelem. Jeho specializací jsou obráběcí stroje, se zaměřením na nové konstrukce a byznys modely.

Standardní diagnostika obráběcích strojů

Každý dnešní CNC obráběcí stroj disponuje standardní provozní diagnostikou. Mezi běžně sledované veličiny patří především kritické teploty vinutí motorů, teploty chladicích médií, průchodnost fluidních filtrů a dosažení kritických mezí tlaků ve fluidních systémech (vysokotlaká hydraulika, pneumatický systém atp.). Takovéto sledované veličiny mají obvykle digitální nebo analogový charakter. Signály z měřicích členů bývají zavedeny do příslušných I/O karet PLC systému nebo do vstupů pohonových modulů (teploty motorů) a následně jsou zobrazována kritická hlášení prostřednictvím CNC rozhraní stroje nebo je jiným způsobem dopraví zodpovědné obsluze (komunikace LAN, GSM atp.). Kritické stavy případně vyvolají naprogramovanou úlohu v PLC pro odvrácení havárie nebo zamezení škod. Množství takto sledovaných veličin je odvislé od složitosti stroje, ale jde řádově o jednotky, maximálně desítky měřených signálů.
Reklama
Reklama
Reklama

Pokročilá diagnostika obráběcích strojů

Vyšší nároky na diagnostikovatelnost strojů jsou přirozeně splnitelné při uplatnění sofistikovanějších a rozsáhlejších diagnostických nástrojů. Mezi hlavní fyzikální ukazatele charakterizující stav obráběcího stroje patří teploty (resp. jejich vliv na deformace stroje), vibrace (resp. jejich vliv na stabilitu řezu a životnost součástí), případně mechanické napětí, průtoky a tlaky fluidních médií. Dalším aspektem uplatnění pokročilé diagnostiky je nejen sledování většího počtu signálů více fyzikálních veličin, ale jejich sledování v delších časových intervalech. Informace o okamžitých stavech měřených veličin je často nevypovídající o trendech, ke kterým právě dochází. Pokud tedy budeme chtít sledovat větší množství měřených signálů, sledovat velmi rychlé signály (vibrace atp.) a monitorovat jejich krátkodobé i dlouhodobé trendy (časové průběhy), pak je třeba uplatnit pokročilý diagnostický systém. Uvedené požadavky jsou v širší míře a komfortu jen těžko dosažitelné prostřednictvím standardních I/O modulů PLC systémů a programových možností těchto systémů. Pokud tedy možnosti PLC a CNC systému stroje nejsou dostačující, je možné uplatnit strategii externího diagnostického systému. Externí diagnostický systém se obvykle skládá z průmyslového počítače (OnSitePC), zajišťujícího běh diagnostického monitorovacího softwaru s vhodným uživatelským rozhraním, externích modulů pro zpracování signálů (pro zpracování rychlých dějů a velkého počtu pomalých dějů), případně interních měřicích PC karet (pro zpracování menšího počtu veličiny nebo veličin dlouhou vzorkovací periodou), komunikačních karet a modulů (umožňují komunikovat mezi OnSitePC, měřicími moduly a případně také s PLC systémem a vzdálenou obsluhou prostřednictvím LAN), senzoriky (akcelerometry, teploměry, tenzometry, průtokoměry atp.), el. rozvodů (propojujících všechny části systému) a dalšího příslušenství (napájení atp.). Externí diagnostický systém může být také proveden v integrovanější fyzické podobě, ale jeho struktura bude obdobná. Významnými faktory takovéhoto pokročilého diagnostického systému je komunikace s PLC systémem stroje tak, aby bylo možné na základě výsledků diagnostiky včas spustit připravenou programovou sekvenci, minimalizující nebo odvracející poruchu, a vhodné uživatelské rozhraní, umožňující zodpovědné osobě sledovat stav stroje a probíhající trendy (nemusí jít jen o lokální zobrazení na monitoru, ale také o možnost vzdáleného přístupu, exportování dat prostřednictvím WWW nebo WAP serveru, nebo odesílání prostřednictvím SMS zprávy).

Nástroj pokročilé diagnostiky

Diagnostický nástroj, který je připraven řešit náročné úkoly pokročilé diagnostiky obráběcích strojů, je např. modulový systém MMPS, vyráběný firmou Aura. Základem systému je inteligentní modul s výkonným procesorem, který dynamicky snímá několik měřených analogových (příp. stavových) veličin. Rychlost měření analogové veličiny v modulu může dosáhnout až několik tisíc vzorků za sekundu, což umožňuje vyhodnotit velmi rychlé dynamické jevy, jakými jsou vibrace, mechanické namáhání konstrukce, okamžité proudy lineárních pohonů atp. Základní vyhodnocení dynamických veličin je provedeno přímo v modulu, naměřený časový vzorek je možné předat ke zpracování do řídicího počítače. Diagnostický systém obvykle obsahuje množství modulů, propojených sběrnicí standardu CANopen a připojených k nadřazenému systému. Schopnost standardní komunikace umožňuje integrovat do systému MMPS i moduly a převodníky jiných výrobců.
Jedním z projektů Výzkumného centra pro strojírenskou techniku a technologii (VCSVTT) je projekt vývoje experimentálního obráběcího centra LM-2. Stroj by měl v příštích letech sloužit v laboratoři VCSVTT jako unikátní experimentální zařízení, umožňující provádění rozsáhlých měření především v oblasti technologie vysokorychlostního obrábění, regulace pohonů, tepelného chování a diagnostiky obráběcích strojů. Stroj byl z tohoto důvodu vybaven velmi rozsáhlým systémem experimentální diagnostiky a měření (Sedam).
Na základě úzké spolupráce VCSVTT a společnosti Aura byl navržen a realizován systém, umožňující dlouhodobé sledování velkého počtu veličin měřených instalovanými senzory na stroji LM-2 a dále paralelní časový záznam všech významných PLC stavových veličin. Soubor měřených veličin byl navržen na základě požadavků všech předpokládaných a dlouhodobě plánovaných experimentů a měření, které byly specifikovány technology, pohonáři, diagnostiky a vývojáři VCSVTT.

Charakteristika systému Sedam

Systém se skládá z následujících komponent:
    PC-Server Sedam - jde o průmyslový počítač společnosti Autocont Control s komunikační kartou, která umožňuje komunikaci s moduly pro sběr a zpracování dat. Dále je v počítači instalována komunikační karta, umožňující komunikaci s PLC a CNC systémem Siemens. Základní softwarovou platformou serveru Sedam je systém Citect v5.5, ve kterém je konfigurované a programované prostředí Sedam.
    Moduly pro sběr a zpracování dat s výstupem na sběrnici CANopen - jedná se moduly MMPS společnosti Aura pro sběr dat rychlých dějů (vibrace, mech.napětí, přechodové děje) a o moduly pro sběr dat především z teplotních senzorů. Součástí skříně s elektronikou jsou také konektorová rozhraní pro realizaci vstupů z čidel a pro propojení s PLC, CNC systémem a SEDAM serverem.
    Čidla a senzorika - všechny snímače teploty jsou provedeny na bázi PT100 ve třídě A nebo B. Instalovaných akcelerometrů jsou celkem 4 typy. V rámci spolupráce na popisovaném projektu byl vyvinut nový tříosý akcelerometr, který je na stroji umístěn celkem pětkrát.
    Elektrické rozvody - systém el. rozvodů je vzhledem k množství instalovaných snímačů velmi komplikovaný. Na struktuře stroje jsou signály ze senzorů svedeny do celkem 13 koncentrátorů, ze kterých je realizováno propojení mnohavodičovým kabelem do 19" skříně s elektronikou.
    Operátorské rozhraní - k softwarovému prostředí Citect je možné přistupovat přímo u stroje na druhém operátorském panelu. První panel slouží pro řídicí CNC systém Siemens. Další možností je vzdálený přístup k systému Citect na serveru Sedam prostřednictvím internetu s možností plného ovládání.
Experimentální stroj LM-2 bude uveden do provozu koncem 3. čtvrtletí roku 2004. Do tohoto termínu bude plně zprovozněn také systém Sedam. Následně bude zahájena experimentální práce na tomto zařízení v laboratoři VCSVTT.
Výsledky uvedeného projektu stroje LM-2 a systému Sedam byly získány za finančního přispění Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci podpory projektu výzkumu a vývoje LN00B128.
Ing. Petr Veselý
Ing. Jan Smolík
Ing. David Burian
Umístění na MSV 2004: pavilon C-II, stánek 236
Reklama
Vydání #9
Kód článku: 40935
Datum: 01. 09. 2004
Rubrika: Trendy / MSV 2004
Firmy
Související články
900 000 nástrojových datových záznamů navíc

Nové rozhraní výrazně rozšiřuje datovou nabídku pro uživatele systému TDM. Ti mají nově k dispozici nástrojová data od více než 40 výrobců, tedy téměř pro každou obráběcí operaci.

Budoucnost české výroby

Česká výroba prochází složitým obdobím. Naši výrobci musí každý den řešit složité úkoly a problémy, za které si z části ani nemohou. Doba už je taková, je potřeba se jí ale postavit čelem.

Kolaborativní roboty - potenciál automatizace v automobilovém průmyslu

Kolaborativní roboty, neboli koboty, vytvářejí další příležitosti pro automatizaci automobilového průmyslu. Jsou charakteristické svou schopností pracovat ve specifické výrobní oblasti, po boku pracovníků. Dále pak rychlou implementací a snadným přesunem na nové úkoly. V neposlední řadě i intuitivním programováním a obsluhou. Mohou pomoci v procesech jako je vstřikování, při obsluze strojů nebo při balení a paletizaci ve velkých i malých podnicích.

Související články
Aditiva s nanočásticemi a vlastnosti procesních kapalin

Myšlenka, že lze v různých výrobních procesech použít kovoobráběcí kapaliny - Metalworking Fluids (MWF), aby se zajistila kvalita obrobku, snížilo opotřebení nástroje a zvýšila produktivita procesu, je velmi stará. Už Leonardo da Vinci vytvořil několik testovacích sestav umožňujících analýzu tření za různých podmínek.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Edge computing pomáhá definovat podnikovou přeměnu

Edge computing už není jen vzdálený koncept. Jak podniky implementují flexibilní řešení pro hybridní cloud a jak se pokrok v open source systémech, jako je Kubernetes, a technologiích pro 5G stává realitou, tak se rozvíjí i edge computing. Kombinací těchto technologických sil vzniká rámec pro podnikové řešení edge computingu, které vezme moc z rukou několika a předá ji do rukou mnoha .

Digitalizujete výrobu? Nezapomeňte na pevné základy

ERP je tradičním podnikovým nástrojem, jehož cílem je podpořit a optimalizovat firemní procesy v rámci jednoho integrovaného řešení. Poskytuje jednotnou datovou základnu, jednotný pohled na dění ve společnosti a svým způsobem je nositelem jednotné verze podnikové pravdy, která je podkladem pro rozhodování managementu.

Cesta k budoucímu růstu vede přes investice

Rok 2020 by se dal přejmenovat na Rok černých labutí. Ekonomové k těmto původem australským ptákům přirovnávají události, které nikdo nečeká a které hluboce zasáhnou samotné základy hospodářství. Tak jako to dokázala pandemie nového typu koronaviru. Ze dne na den donutila vlády, aby vypnuly na několik měsíců nejen českou, ale také další klíčové ekonomiky pro české exportéry.

Modulární příprava vzduchu pro průmyslové aplikace

Stlačený vzduch je bezpečný a spolehlivý zdroj energie za předpokladu, že se správně používá a upravuje. Často je mylně pokládán za levný nebo dokonce "bezplatný" zdroj energie, avšak v místě použití má přibližně stejnou cenu jako zemní plyn. Proto je velmi důležité instalovat správné vybavení pro úpravu a regulaci přívodu vzduchu.

Doplňkový katalog nástrojů

Specialista na třískové obrábění, společnost Ceratizit, vydává svůj nový doplňkový katalog Up2date, v němž opět představuje inovované nástroje, produktové doplňky i zcela nová nástrojová řešení - mezi nimi i čtyřbřitý vrták WTX HFDS.

Na cestě stát se globálním jazykem produkce

V loňském roce na veletrhu EMO se uskutečnila první "live" prezentace univerzálního rozhraní obráběcích strojů umati (universal machine tool interface), do které se na výstavě zapojilo na sedmdesát firem z deseti zemí se 110 stroji a 28 softwary. Tato inciativa vytvořit standardizované rozhraní, které uživatelům umožní snadnou a bezpečnou integraci nových strojů, softwarů a dalších zařízení do vlastních IT ekosystémů na principu plug and play, vznikla v roce 2017 pod záštitou VDW (Německá asociace výrobců obráběcích strojů). VDW nyní spojuje své síly s VDMA (Svaz německých strojírenských podniků), aby společně podporovaly šíření a používání standardů OPC UA v celém strojírenském sektoru pod značkou umati.

Platforma pro edgecomputing a průmyslový internet věcí

Systém FIELD (FANUC Intelligent Edge Link and Drive) je platforma určená pro propojení provozních zařízení, která umožňuje rychlý a spolehlivý přístup k výrobním datům s cílem využít je k naplnění koncepce chytré, propojené výroby. Dovoluje realizovat edge computing, tedy shromažďovat a zpracovávat data přímo v provozu, nikoliv až v cloudu, a umožňuje tak činit rozhodnutí, která se týkají jednotlivých strojů a zařízení, mnohem rychleji než u cloudových aplikací. Přitom zůstává zachována možnost, nikoliv povinnost, předem zpracovaná data přenášet k centralizovanému zpracování v informačním systému podniku nebo v cloudu. Účelem je nejen monitorovat, ale i aktivně zasahovat do výrobního procesu ve smyslu regulační smyčky se zpětnou vazbou.

Čištění upínacích kuželů nástrojů

Při obrábění je zpravidla věnována značná pozornost kvalitě řezných nástrojů a také způsobu jejich upnutí. Již menší pozornost ale bývá věnována rozhraní upínací kužel - vřeteno stroje. Přitom právě upnutí nástrojové sestavy ve vřetenu obráběcího stroje výrazným způsobem ovlivňuje jak celý proces obrábění, tak i trvanlivost ostří, bezpečnost a v neposlední řadě také životnost upínačů i drahých vřeten strojů.

Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Strojírenské podniky v době pandemie

Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit