Platforma Stewarta

Platforma Stewarta - winda dużej dokładności

KBA Automatic opracowała do celów badawczych urządzenie wykorzystywane m.in do symulowania działania windy, pozycjonerów i pojazdów.

KBA Automatic jest firmą z branży automatyki przemysłowej. Zaprojektowana i skonstruowana przez inżynierów KBA Automatic Platforma Stewarta służy do celów badawczo-rozwojowych. Urządzenie ułatwi zdobywanie wiedzy i doświadczenia inżynierom i projektantom poprzez przeprowadzanie eksperymentów oraz testów.

Projekt windy dużej dokładności wykorzystuje model Platformy Stewarta. Jest to rodzaj manipulatora równoległego wyposażonego w siłowniki przymocowane do trzech pozycji na płycie podstawy platformy i przechodzących do trzech punktów mocowania na płycie górnej. Mnogość zastosowań takiej mechaniki w aplikacjach przemysłowych jest bardzo szeroka. Platforma Stewarta pomocna jest podczas analizy konstrukcji i przy testowaniu rozwiązań w takich urządzeniach jak windy, pozycjonery, symulatory pojazdów, stosowany w NASA system LIDS (Low Impact Docking System), a nawet podczas biomechanicznych badań klinicznych.

Wirtualne szkolenia

Jednym z zastosowań skonstruowanego w KBA Automatic urządzenia będą wirtualne szkolenia. Umożliwiają one opanowywanie nowych umiejętności przez pracowników w najbardziej realistycznych warunkach. Znajdują one zastosowanie między innymi przy szkoleniach wewnętrznych oddając pełen realizm działania docelowego urządzenia i pozwalając uzyskać  pracownikom firmy najwyższą efektywność pracy. 

Szkolenia wirtualne należą do istotnych obszarów naszej działalności. Pozwalają one w praktyce realizować wszechstronne treningi techniczne na symulowanym urządzeniu oraz uwzględnienie różnych scenariuszy  i wymagań. Dzięki nim możliwa jest również walidacja użyteczności obsługiwanych urządzeń już na etapie projektowania.
Michał Witek, programista PLC w KBA Automatic.

Do najważniejszych korzyści z zastosowania idei wirtualnych szkoleń należy możliwość poprawy koncepcji działania projektowanych urządzeń, skrócenie czasu szkolenia oraz obniżenie kosztów, które powodowały by wykryte dzięki szkoleniom błędy w działaniu.

Zastosowanie sterowników i napędów Siemensa

Projekt budowy windy dużej dokładności, czyli Platformy Stewarta zakończony został w lutym 2021. Podczas synchronicznej pracy w czasie rzeczywistym konstrukcja wykorzystuje trzy serwomotory S-1FK2. W części sprzętowej do sterowania ich ruchem zostały zastosowane przemienniki częstotliwości SINAMICS S210 oraz sterownik CPU S7-1517TF odpowiadający za regulację układu.

 

Oprogramowanie dla sterowników SIMATIC PLC oraz napędów SINAMICS zrealizowane zostało w ramach jednolitego środowiska TIA Portal. Wbudowane w tę platformę narzędzia przyspieszają tworzenie aplikacji przez programistę. W tym środowisku projektowym zaimplementowane zostały trzy obiekty technologiczne odpowiadające za sterowanie napędami platformy. Rozwiązanie składa się z wiodącej osi pozycjonującej oraz dwóch pozostałych pracujących jako nadążne osie synchroniczne. Za komunikację odpowiada protokół PROFIdrive (SIEMENS Telegram 105), który pozwala na synchronizację izochroniczną, w której wymiana danych daje pewność, że wszystkie wartości pomiarowe zostaną odczytane z procesu w określonym czasie. Komunikacja w trybie IRT jest wskazana w przypadku sterowania obiektami o dużej dynamice, w których czas odpowiedzi musi być odpowiednio krótki. Dodatkową zaletą użytego telegramu jest systemowa możliwość ograniczenia momentu obrotowego, co zostało wykorzystane do zabezpieczenia układu przed uszkodzeniem. Działanie zabezpieczające realizowane jest poprzez zatrzymanie osi po wykryciu granicznej wartości siły.

- Funkcje programowe sterownika dla każdej z osi uwzględniają możliwość pracy w trybie pozycjonowania lub synchronicznie, z jednoczesnym ograniczeniem momentu obrotowego. Opracowując rozwiązanie dokonaliśmy obliczeń kinematyki odwrotnej, którą posługiwaliśmy się do zarządzania pozycją punktu roboczego obiektu – mówi Michał Witek.

Cyfrowy bliźniak

Model Platformy Stewarta wykonany został w środowisku CAD, a następnie zaimportowany do systemu SIEMENS NX MCD, gdzie zbudowana została kompletna kinematyka i elektryka rozwiązania obejmująca złącza, czujniki oraz napędy. W ten sposób w oprogramowaniu tym w pełni odwzorowano układ mechaniczny skonstruowanej przez KBA Automatic Platformy Stewarta. Cyfrowy bliźniak – elektroniczny prototyp pozwala na weryfikację koncepcji, wykonanie testów, czyli wirtualne uruchomienie jeszcze przed rozpoczęciem fizycznej budowy układu docelowego.

Zrealizowane rozwiązanie współpracuje z platformą SIMIT pozwalającą na wykorzystanie zaawansowanej symulacji procesu technologicznego uwzględniając komunikację z napędami (PROFIdrive). Współpraca tego emulatora z oprogramowaniem Siemens NX oraz wirtualną instancją sterownika PLCSIM Advanced pozwala na stworzenie kompletnej cyfrowej kopii rzeczywistej instalacji. Tak zrealizowane systemowe podejście do wirtualnego uruchomienia umożliwia zbudowanie oraz przetestowanie algorytmu sterowania programu sterownika PLC wykorzystywanego w fizycznym środowisku. Komunikacja z napędami odbywa się w trybie czasu rzeczywistego (IRT).

 

W przyszłości, w ramach kolejnego projektu, planowane jest zastosowanie sztucznej inteligencji dostępnej w module TM NPU do sterowników SIMATIC. Moduł TM NPU umożliwia rozpoznawanie złożonych wzorców poprzez przetwarzanie danych wejściowych pochodzących z kamery za pośrednictwem sieci neuronowych.

KBA Automatic jest firmą, której zakres działalności obejmuje programowanie sterowników offline i online, tworzenie wizualizacji przemysłowych SCADA, testy, uruchomienia i modyfikacje automatyki. Przedsiębiorstwo świadczy również usługi projektowania automatyki przemysłowej i opracowywania dokumentacji techniczno-ruchowej stanowisk zautomatyzowanych. Więcej informacji można znaleźć na stronie: kba-automatic.pl

 

Siemens Sp. z o.o. - polska spółka regionalna globalnego koncernu Siemens AG, istniejąca od 1991 roku. Oferuje na polskim rynku rozwiązania i produkty Siemensa, a także usługi inżynieryjne, doradcze i serwisowe z zakresu automatyki i techniki napędowej dla przemysłu, instalacji i systemów wytwarzania energii oraz jej przesyłu i rozdziału, techniki i aparatury medycznej, transportu szynowego i drogowego, systemów zarządzania obiektami, infrastruktury komunalnej, specjalistycznej oraz efektywności energetycznej. Więcej informacji można znaleźć na stronie: www.siemens.pl