Solution

Contexte industriel et points faibles des équipements

Élément essentiel des chaînes de production automatisées dans les industries du meuble et de l'ameublement sur mesure, la plaqueuse de chants pour panneaux de bois assure les opérations critiques de scellement, d'embellissement et d'imperméabilisation des chants. Son processus comprend plusieurs étapes continues : alimentation, collage, application de la bande de chant, découpe, ébavurage et polissage. Il requiert le respect de trois impératifs fondamentaux : une commande collaborative multi-mécanismes, une synchronisation de position de haute précision et une acquisition de signaux à haute fréquence

Avec le développement rapide du secteur de l'ameublement sur mesure, les équipements traditionnels de placage de chants ont progressivement révélé les goulots d'étranglement techniques suivants :

délai de réponse du contrôle

Dans les solutions d'E/S centralisées traditionnelles, les câbles entre les capteurs et les contrôleurs sont longs et le délai de transmission du signal dépasse 5 ms, ce qui entraîne des écarts dans la précision de collage du ruban d'étanchéité (en particulier dans la production à grande vitesse, l'erreur peut atteindre plus de 0,5 mm), affectant la qualité du produit

Câblage complexe et maintenance difficile

Une seule plaqueuse de chants doit être connectée à plus de 40 capteurs numériques (interrupteurs de position, détecteurs photoélectriques), plus de 10 signaux analogiques (pression, température) et plus de 20 actionneurs (vérins, servomoteurs). Les méthodes de câblage traditionnelles impliquent un grand nombre de câbles, un taux de panne élevé et nécessitent des arrêts de production pour la maintenance et le dépannage, avec un temps de traitement des pannes moyen supérieur à 4 heures

Évolutivité insuffisante

La production sur mesure exige des changements fréquents de spécifications de tôle (épaisseur 3-50 mm, largeur 200-2000 mm). Les modules d'E/S traditionnels possèdent un nombre fixe de points, et l'ajout de nouvelles fonctions nécessite un recâblage et des modifications, ce qui entraîne des cycles de mise à niveau des équipements longs et des coûts élevés

Faible capacité anti-interférences

Les ateliers de menuiserie sont poussiéreux, subissent de fréquents démarrages et arrêts de moteurs et sont sujets à de fortes interférences électromagnétiques. Les signaux d'entrée/sortie traditionnels sont facilement perturbés, ce qui entraîne des déclenchements intempestifs et des accidents de production tels que des chants cassés et des panneaux rayés

Conception de solutions d'E/S distribuées de la série Huamao IOM

Pour résoudre les problèmes techniques des machines de placage de chants pour panneaux de bois, Huamao Auto a développé une solution de contrôle distribuée basée sur le coupleur EtherCAT de la série IOM. En restructurant la couche de contrôle de l'équipement via une architecture de bus, cette solution assure une collaboration efficace entre l'acquisition des signaux et l'exécution des commandes

Diagramme d'application sur le terrain

(I) Sélection et configuration des produits de base

1. Coupleur de bus

Le coupleur EtherCAT IOM-ECT a été sélectionné. Il prend en charge un bus fond de panier à 100 Mbit/s et un temps de réponse d'E/S minimal de 1 ms, répondant ainsi aux exigences de traitement du signal haute fréquence des équipements de sertissage de chants. Ce coupleur bénéficie d'une double isolation pour le bus et l'alimentation, assurant une protection efficace contre les interférences électromagnétiques en atelier. Il permet également une configuration manuelle via des commutateurs DIP 8 bits ou une attribution automatique d'adresse par le poste maître, garantissant sa compatibilité avec différentes marques d'automates programmables (Beckwright, Omron, Inovance, etc.)

2. Module d'extension d'E/S

① Modules d'entrée numériques (IOM 32DI-P, IOM 16DI-P) :De type PNP, ils servent principalement à collecter les signaux de détection d'état de chaque processus de l'équipement. Lors de l'alimentation, ils capturent en temps réel les signaux de commutation tels que l'arrivée de la carte, le positionnement de son bord et l'atteinte de la pression cible par le rouleau d'alimentation. Lors du collage des chants, ils collectent des signaux tels que la tension normale du chant, l'avertissement d'épuisement et le collage par le rouleau de pression. Lors du détourage et du polissage, ils reçoivent des signaux tels que la détection d'arrivée de l'outil, la vitesse de la meule de polissage et l'alarme de fin de collecte des déchets, fournissant ainsi un retour d'information complet sur l'état du processus à l'automate programmable afin d'assurer le déclenchement coordonné des actions à chaque étape. Le module prend en charge l'alimentation locale des capteurs, ce qui permet son installation à proximité des actionneurs de chaque processus, réduisant ainsi la longueur des câbles des capteurs et le risque d'atténuation du signal.

② Module de sortie numérique (IOM 32DO-P) :

Le module de sortie numérique à 32 points pilote les différents actionneurs de l'équipement. Lors de l'alimentation, il contrôle le démarrage et l'arrêt des rouleaux d'alimentation, l'extension et la rétraction du vérin de serrage des plaques, ainsi que le réglage du dispositif anti-déviation. Lors du collage, il pilote le démarrage et l'arrêt de la pompe à colle, l'ouverture et la fermeture de la vanne de collage, et le fonctionnement du moteur du convoyeur de placage de chants. Lors de la découpe et de l'ébavurage, il contrôle le fonctionnement du couteau de découpe du placage de chants, le levage et le démarrage/arrêt du couteau d'ébavurage, ainsi que le démarrage et l'arrêt de la meule de polissage. Il pilote également les mécanismes auxiliaires tels que l'alarme d'arrêt d'urgence, les voyants lumineux et le vérin d'évacuation des déchets, garantissant ainsi une exécution rapide et une réponse précise aux commandes

③ Module de comptage à grande vitesse (IOM 2HC) :

Ce module, compatible avec une entrée de signal différentiel d'une fréquence maximale de 4 MHz, est essentiel au contrôle précis du ruban de chant. Lors du convoyage du ruban, un codeur collecte en temps réel les données relatives à sa longueur. Le signal impulsionnel est converti en signal numérique et transmis à l'automate programmable, permettant ainsi une mesure précise et un contrôle en boucle fermée de la longueur du ruban. Une fois la longueur de la carte détectée, l'automate déclenche avec précision la lame de coupe en fonction du retour d'information de longueur du ruban fourni par le module de comptage haute vitesse. Ceci garantit un alignement parfait entre la longueur du ruban et le bord de la carte, évitant ainsi le gaspillage dû aux chutes ou aux matériaux trop courts. Simultanément, lors de l'alimentation, le codeur mesure la vitesse et le déplacement de la carte, assurant un contrôle en boucle fermée synchrone de la vitesse d'alimentation et de la vitesse de convoyage du ruban, et garantissant ainsi la précision du collage

④ Module détecteur de température à résistance (IOM 4RTD) :

La conception à 4 entrées RTD permet l'acquisition de signaux provenant de RTD courantes telles que PT100/PT1000 et est spécifiquement adaptée aux besoins de contrôle de température des équipements de placage de chants. Dans le système d'application de colle, la température de chauffe de l'adhésif thermofusible dans le réservoir est acquise en temps réel, garantissant ainsi sa stabilité dans la plage optimale de collage (180-220 °C). Ceci évite la carbonisation de l'adhésif due à des températures trop élevées et une faible adhérence due à des températures trop basses. Lors du préchauffage du ruban de placage de chants, la température du rouleau de préchauffage est surveillée afin de garantir un préchauffage du ruban entre 50 et 70 °C, améliorant ainsi son adhérence au panneau. Simultanément, la température des composants clés de l'équipement (roulements du moteur et broches porte-outils, par exemple) est acquise pour fournir des alertes de surchauffe, prévenant ainsi les dommages matériels et prolongeant la durée de vie de l'équipement

3. Architecture du système

Utilisant une topologie en étoile « automate maître + stations esclaves d'E/S distribuées », un seul coupleur peut gérer jusqu'à 32 modules d'E/S, prenant en charge 992 canaux d'entrée/sortie numériques et 128 canaux d'entrée/sortie analogiques, couvrant ainsi l'intégralité des besoins de traitement du signal des équipements de placage de chants. Le bus EtherCAT élimine le besoin d'un commutateur, connectant directement chaque station esclave via des interfaces RJ45, avec des distances de câblage allant jusqu'à 100 m (câble blindé). Cette architecture s'adapte aux configurations d'installation distribuées : par exemple, l'installation de modules d'entrée/sortie numériques à proximité d'actionneurs tels que les machines d'alimentation et de découpe, de modules de mesure de température RTD près du boîtier d'application de colle et de modules de comptage haute vitesse près de l'encodeur du convoyeur de placage de chants, minimisant ainsi la distance de transmission du signal

(II) Principaux avantages technologiques

Communication en temps réel à haut débit

Le bus EtherCAT utilise un mécanisme parallèle de « transmission des données au fur et à mesure de leur traitement », avec un temps de cycle minimal de 1 ms. Combiné à la vitesse de réponse d'E/S de 1 ms de la série IOM, la précision de collage du ruban de placage de chant est améliorée à ±0,1 mm, répondant ainsi aux exigences de la production de meubles haut de gamme

Évolutivité flexible

La conception modulaire permet une adaptation à la demande du type d'E/S. Lorsque l'appareil nécessite l'ajout de fonctions telles que la détection d'outils de découpe et l'auto-adaptation à l'épaisseur de la carte, le module d'extension peut être branché et débranché directement sans modifier le câblage d'origine, et le cycle de mise à niveau est réduit à une journée

Protection haute fiabilité

Ce module est doté d'une protection contre l'inversion de polarité, d'une absorption des surtensions et d'un triple traitement de protection (contre la poussière, l'humidité et la corrosion). Il est soumis à des tests de vieillissement accéléré avant sa sortie d'usine et peut fonctionner dans des environnements allant de -20 à 60 °C, ce qui le rend adapté à diverses conditions environnementales

Diagnostic pratique de fonctionnement et de maintenance

Le module est équipé de voyants LED indiquant l'alimentation, le bus et l'état du signal, permettant ainsi à la station maître de surveiller en temps réel l'état des E/S. En cas de panne, il localise précisément le canal concerné, réduisant le temps moyen de dépannage à 30 minutes

Perspectives d'application industrielle

La solution d'E/S distribuées + EtherCAT de la série IOM de Huamao Auto convient non seulement aux plaqueuses de chants droits, mais peut également être étendue aux machines à bois telles que les plaqueuses de chants courbes, les plaqueuses de chants double face et les plaqueuses de chants de formes irrégulières.Par exemple, dans une plaqueuse de chants de formes irrégulières, le module de comptage haute vitesse peut être utilisé avec un codeur multiaxes pour mesurer la longueur de courbes complexes, le module de mesure de température par résistance thermique s'adapte aux besoins de contrôle de température de plusieurs zones et le module d'E/S numériques peut être connecté de manière flexible à de nouveaux capteurs de détection de contours et actionneurs de réglage, démontrant ainsi une grande adaptabilité.