Achtergrond
Festo stuurt met geïntegreerd motionplatform op verlaging total cost of ownership
6 november 2009
Door zowel pneumatisch als elektromechanisch motion control synchroon te koppelen op een remote I/O-platform met pneumatiek ontwikkelde Festo een van zijn succesvolste producten. Deze motioncontrolespecialist stuurt met zijn servo-elektrische en servopneumatische platform op productiviteitsverhoging, machinebeschikbaarheid, betrouwbaarheid, kostenbesparing en cyclustijdreductie, kortom op het verlagen van de total cost of ownership.
Festo’s CPX-platform combineert elektrische en pneumatische I/O en kan worden uitgevoerd met diverse intelligent I/O zoals een motioncontroller. Het is een concept waarin servo-elektrisch en pneumatisch aandrijvingen elkaar aanvullen. De gecombineerde functionaliteit vormt het hart van een legodoos met besturingscomponenten waarmee machinebewegingen decentraal zijn uit te voeren. Hiermee is de hoofdbesturing te ontlasten, maar Festo voegt aan het CPX-concept ook allerlei communicatie- en diagnosefuncties toe die helpen om kosten te besparen en het leven van ingenieurs en servicemonteurs te vergemakkelijken.
Het CPX-platform vormt de drijvende kracht van Festo’s succesverhaal in machinebesturingen en is tevens het antwoord van Festo op Aziatische fabrikanten. Onder meer Chinese bedrijven bieden bijvoorbeeld cilinders en andere pneumatische onderdelen tegen een fractie van de prijs. Maar door op te treden als one-stop-shop en een verregaande integratie van zijn besturings- en communicatietechnologie, mechanische onderdelen en organisatorische aanpak zorgt Festo er toch voor dat zijn totale aanbod gunstiger is en in totaliteit goedkoper uitvalt voor gebruikers. Het gecombineerde productaanbod in combinatie met services zorgde er bovendien voor dat Festo afgelopen jaren terreinwinst boekte op zijn concurrenten.
Besturing kwam in eerste instantie de pneumatiekwereld binnen door terugkoppeling van asposities naar de persluchtbesturingen. Reinier Reijers, productmarketingmanager Remote I/O and Valves bij Festo: ‘Om een cilinder aan te sturen moet je een resultaat terug ontvangen in de vorm van een standmelding. In het begin stuurden sensoren die positie-informatie nog naar de hoofd-PLC. Later ontstond de gedachte om die I/O te integreren met het pneumatische systeem.’
De volgende stap was meer delen van de besturing lokaal - dus decentraal - aanleggen. Daarvoor kregen ventieleilanden intelligentie waardoor ze lokaal zelfstandig functies konden uitvoeren en via een veldbus communiceerden met de hoofdregelaar. Festo ging daarna ook de servo-elektrische en besturingsfuncties lokaal uitvoeren. ‘Door het integreren van een Codesys-controller en andere motioncontrollers kunnen subsystemen autonoom werken. Ze hebben dan bijvoorbeeld voldoende aan een opdracht van de hoofd-PLC en geven een seintje terug als er een opdracht is uitgevoerd. Daarmee ontlast je de hoofd-PLC.’
Een voorbeeld is de intelligente motioncontroller CPX-CMXX. Dit is een uitbreiding van het CPX-platform waarmee een curvenbesturing is te realiseren. Met de CPX-CMXX-motioncontroller is een complete aansturing met meerdere aandrijftechnologieën mogelijk. Aan de CPX-CMXX-module zijn verschillende onderdelen te koppelen, zoals servo-elektrische aandrijvingen, servopneumatische eenheden of beide. De motioncontroller maakt het mogelijk om de bewegingen van verschillende assen tot één baanbesturing te coördineren (daarnaast zijn losstaande aandrijvingen ook separaat aan te sturen of te programmeren). In geval van baanbesturingen berekent de CPX-CMXX-module de exacte baan zelfstandig. De bovenliggende besturing wordt daardoor minder belast.
Het is met het CPX/MPA-platform ook mogelijk een proportionele drukregeling te integreren. Nu kunnen ventielen eenvoudig op afstand met een bepaalde druk worden uitgestuurd.
Op het laatste moment
Afhankelijk van benodigde snelheden, vereiste nauwkeurigheid en de last is het verstandig om elke aandrijving te analyseren. Aan de hand van Festo’s configuratiegereedschappen en verschillende modules en onderdelen kunnen machinebouwers kiezen welke techniek ze inzetten. ‘Wij zeggen: geef ons uw bewegingsvraagstuk, dan bekijken we hoe we dat het beste kunnen invullen. Elektrisch, pneumatisch of servopneumatisch’, zegt Reijers. Naast de standaard pneumatische oplossingen, is servopneumatisch positioneren bijvoorbeeld veel interessanter dan elektrisch. Bijvoorbeeld als je te maken hebt met de hogere massa’s en als positioneren niet aankomt op de micron. ‘Voor servopneumatisch aandrijven kies je bijvoorbeeld als een vijfde millimeter nauwkeurigheid voldoende is en je massa’s tot driehonderd kilo moet verplaatsen met een slag tot twee meter’, zegt Reijers.
Als er hogere nauwkeurigheid nodig is, dan zijn elektrische assen de aangewezen weg. Typisch kun je hiermee massa’s tot een paar honderd kilogram verplaatsen met nauwkeurigheden van 30 tot 200 micrometer en een slag tot tien meter. Deze assen worden aangestuurd met de CPX-CMXX-motioncontroller op het CPX-platform.
Hoe meer een machinebouwer het klantontkoppelpunt kan opschuiven richting oplevering van de machine, hoe gunstiger het is voor hem. Het klantontkoppelpunt is het moment waarop de machinebouwer zijn ontwerp ook daadwerkelijk gaat invullen met fysieke onderdelen. Reijers: ‘Machinebouwers gaan gewoon aan de slag in het ontwerpproces. Ze zijn bekend met de modulariteit, definiëren hun machine op een conceptueel niveau en vullen de oplossing aan het einde pas fysiek in.’
CPX-MPA-ventielterminal met veldbusnode, remote I/O en geïntegreerd proportioneel drukregelventiel van Festo
Op dezelfde manier zijn ook standaardmachines op het laatste moment aan te passen aan de wensen van klanten. Veel van Festo’s klanten configureren op deze manier hun seriemachines. ‘Ze moeten hun machine op een specifieke productielijn vaak op het laatste moment nog indelen in submodules’, zegt Reijers. ‘Een fabrikant heeft bijvoorbeeld een kleine wijziging in zijn producten en wil op een specifieke machine ineens geen acht maar twaalf handelingen uitvoeren. Het voordeel is dat je dan decentrale PLC-functionaliteit kunt bijplaatsen in de vorm van een module met een geïntegreerde Codesys-controller (CEC). Ingenieurs schrijven via de Codesys-programmeeromgeving andere software of kiezen andere softwaremodules voor de subfuncties.’
Omdat klanten bekend zijn met Festo’s modules hoeven ze niet steeds opnieuw het wiel uit te vinden. Reijers: ‘Ze hoeven hun machine niet te re-engineeren. Als er vier extra functies nodig zijn, dan kunnen deze eenvoudig worden toegevoegd aan het CPX-platform. We hebben het op voorraad en de componenten leveren we geconfigureerd af, waardoor machinebouwers snel aan de slag kunnen. Voor machinebouwers betekent het dat de engineeringstijd korter is en dat ze machines sneller kunnen produceren.’
‘De verschillende onderdelen en mate van intelligentie is in het modulaire systeem te kiezen en te integreren. Door de manier waarop je het samenvoegt, krijg je een specifieke functie. De exacte receptuur hoef je pas op het laatste moment te schrijven. De elektrische assen kun je in bedrijf stellen met de Festo Configuration Tool. Dat is in feite geen programmeren maar configureren.’
Diagnose
Festo heeft aan zijn CPX-concept uitgebreide diagnose toegevoegd. Daarbij moet er een onderscheid worden gemaakt in het elektrische deel (CPX) en het pneumatische deel (MPA). Beide hebben diagnosefuncties, maar die zijn anders uitgevoerd. Reijers: ‘Bijvoorbeeld het kunnen detecteren van kortsluiting en onderspanning, maar ook wanneer dit is voorgevallen. Met betrekking tot ventielen is het mogelijk om het aantal keren dat het ventiel is ingeschakeld te volgen. Hiermee kan de levensduur van de ventiel-cilinder-combinatie worden bepaald en wanneer deze moeten worden uitgewisseld. Dit is slim omgaan met diagnose. Deze condition monitoring voorkomt dure uitval van machines tijdens de productie.’
Veldbusmodule met een speciale CPI-interfacemodule van Festo
De module telt van alle ventielen de bewegingen. De levensduur is bekend en de hoofd-PLC krijgt een signaal als bijvoorbeeld 80 procent van de levensduur is bereikt. Dat geeft operators voldoende tijd om tijdens de volgende shut down het ventiel te vervangen.
Klanten bepalen zelf wanneer ze onderdelen wisselen. Reijers: ‘Ze voeren zelf een percentage in. De centrale gedachte is dat ze slim met diagnose kunnen omgaan en niet wachten tot hun machines kapot gaan en de hele productielijn vervolgens stilstaat.’
Diagnose op afstand maakt het mogelijk om alles tot in detail in de gaten te houden. ‘Je kunt tot op componentniveau alles zien’, zegt Reijers. ‘Je kunt inzoomen op de toestand van een ventiel op een plek in de configuratie. Dat kan je online, per ventielfunctie uitlezen. Technici kunnen zien hoe vaak een klep of ventiel heeft geschakeld, of hij op de verkeerde spanning of stroom staat en of hij is doorgebrand. Dat is ook handig voor de onderhoudsmonteur, want die kan gewoon de juiste onderdelen uit het magazijn halen voordat hij naar de klant gaat.’
Dit hele instrumentarium is verder handig voor machinebouwers die contacten hebben afgesloten met productiefabrieken. Het CPX-MPA-platform is door middel van een geïntegreerd webserver op afstand te bekijken. ‘Als er iets kapot was, moesten machinebouwers er vroeger een serviceman naartoe sturen. Nu kunnen ze op afstand zien wat er aan de hand is. Storingen zijn nu ook veel makkelijker te herleiden. Als de voedingsspanning niet toereikend was en sommige ventielen daardoor niet konden schakelen, dan is dat in de historie terug te zien.’
Het CPX-concept mikt op kostenbesparing gedurende de hele levensduur. Daarbij worden zowel in de engineering als de toelevering, assemblage en het onderhoud voordelen behaald. De tooling helpt bij een snelle configuratie, waarbij ingenieurs de beschikking hebben over bestaande Cad-bibliotheek met meer dan 20 duizend onderdelen. De Cad-files zijn overigens compatibel met Eplan, daardoor onderdelen van Festo eenvoudig in combinatie met onderdelen van andere fabrikanten in het ontwerp zijn op te nemen. Door als one-stop-shop te opereren maakt Festo levering en voorraadbeheer eenvoudiger. Dat geldt ook voor de modulaire aanpak, waarbij onderdelen zowel in maatvoering als elektrisch en besturingstechnisch op elkaar zijn afgestemd.
