Аппараты орбитальной сварки, например, поставляемые Orbitalum Tools, используют несколько тысяч вольт для зажигания дуги TIG, что может вызвать электромагнитные явления, ставящие под угрозу функциональную безопасность сварочных аппаратов. Это предъявляет высокие требования к интуитивно понятным сенсорным панелям ПК, которые Orbitalum Tools теперь использует в своих последних орбитальных сварщиках. Панельный ПК с повышенной помехоустойчивостью предотвращает эксплуатационные аномалии.
Orbitalum Tools — пионер автоматизированной орбитальной сварки труб из нержавеющей стали — технологии, которая обеспечивает высококачественные бесшовные сварные швы. По сравнению с ручной сваркой TIG, орбитальная сварка обеспечивает непрерывные сварные швы с гладким корнем шва для создания высокопрочных соединений и плоской однородной поверхности — даже на внутренней стороне труб. Такой высокий стандарт воспроизводимого и документированного качества особенно важен в пищевой и фармацевтической промышленности. Это также требуется в производстве полупроводников и аэрокосмической промышленности.
Для пищевой и фармацевтической промышленности гладкая поверхность внутренней трубы имеет решающее значение. В конце концов, остатки и микробы могут собираться вокруг грубых сварных швов и загрязнять продукты питания или лекарства — то, чего необходимо избегать любой ценой. Непрерывный корень шва также важен, поскольку области, которые не свариваются непрерывно, подвержены коррозии и привлекают микробов. Для полупроводниковой промышленности, с другой стороны, высокая непроницаемость сварного шва и качество поверхности имеют важное значение. Здесь трубы транспортируют производственные жидкости, такие как сверхчистая вода, и критические газы, такие как токсичный селен. Топливные трубы в аэрокосмической промышленности требуют аналогичных стандартов, поскольку соединения должны быть особенно прочными, чтобы выдерживать высокие механические нагрузки.
Легко и интуитивно справляемся со сложностями
Для получения таких высококачественных сварных швов требуется нечто большее, чем просто подача электрического тока, как при сварке TIG. Для достижения оптимальных результатов трубы должны быть разделены на несколько секторов, чтобы обеспечить различные скорости сварки, время импульса и ток. В целях обеспечения качества стабильность процесса сварки также должна измеряться в реальном времени, корректироваться по мере необходимости и документироваться. Таким образом, орбитальная сварка — это не просто работа, а высокоточная промышленная технология, которая еще больше усложняется различными марками нержавеющей стали, диаметрами труб и толщиной стенок, а также отделкой поверхности.
Для каждой сварочной работы необходимо задать многочисленные параметры, чтобы оптимально настроить источник питания и процесс сварки в соответствии с конкретной задачей. Включение сенсорной панели ПК, также называемой интерфейсом человек-машина (HMI), в сварочные аппараты упрощает их эксплуатацию и делает ее более интуитивно понятной, а также повышает производительность. Как правило, внедрение новых технологий часто требует решения технических проблем.
Разработка подходящего HMI для таких орбитальных сварщиков является сложной задачей. Orbitalum Tools предоставляет программное обеспечение для автоматического программирования, которое автоматически определяет требуемые параметры сварки на основе общих параметров заготовки. Полученную программу сварки можно затем сохранить в программном обеспечении менеджера программ машины, что позволяет повторно использовать отдельные настройки при необходимости без необходимости переопределять все параметры. Обеспечение простоты параметризации, хранения и доступа к многочисленным программам сварки предъявляет высокие требования к интерфейсу человек-машина. В конце концов, это обременительно, если для этой цели необходимо подключать внешнюю клавиатуру и мышь к в остальном простой в управлении машине. Использование поворотных элементов управления и сенсорных клавиш, которые можно найти на центральных консолях в автомобильной промышленности, также устарело, поскольку эти методы не являются интуитивно понятными при использовании по отдельности. В наши дни никто не хочет пролистывать бесконечные пункты меню, а затем кропотливо вводить название программы сварки, выбирая и нажимая на отдельные буквы. Вот почему Orbitalum Tools решила внедрить пользовательский интерфейс на основе сенсорной панели для четвертого поколения своих орбитальных сварочных аппаратов, тем самым добавив новые ценные функции к ранее использовавшимся поворотным элементам управления. Это значительно улучшило способы ввода и изменения данных.
Сенсорное управление дополняет поворотные регуляторы и программные клавиши
Сегодня заготовка трубы отображается на экране отдельными сегментами сектора, и оператор может простым прикосновением выбрать конкретный сегмент сектора. В выбранном сегменте оператор затем касается отдельного поля параметров, чтобы выбрать и установить нужный параметр, используя либо сенсорное, либо тактильное поворотное управление. Раньше операторам приходилось щелкать, чтобы перейти от необработанной заготовки к сегменту сектора, а затем к полю параметров с помощью поворотного управления. Сохранив параметр, им приходилось возвращаться к точке выбора сегмента сектора, чтобы начать следующий процесс, все время помня, какие параметры уже были установлены. Сенсорное управление также чрезвычайно удобно для ввода текста, например, комментариев в файлах журнала, поскольку оно устраняет необходимость в подключении внешней клавиатуры, которая в противном случае потребовалась бы, поскольку никто не хочет вводить текст с помощью поворотного управления. Теперь для этой цели можно использовать программную клавиатуру.
Однако разработка функционально безопасного сенсорного управления для орбитальной сварки является сложной задачей. В конце концов, для зажигания дуги требуются напряжения в несколько тысяч вольт, и это может привести к электромагнитным явлениям, которые вызывают ложные операции на сенсорном экране. Без соответствующей защиты при зажигании источника питания дисплей сварщика может даже на короткое время выключиться и снова включиться под воздействием сильных электромагнитных помех (ЭМП). Поэтому HMI для дуговых сварочных аппаратов должны соответствовать высоким требованиям электромагнитной совместимости (ЭМС) IEC 60974-10, а также DIN EN 61000 по функциональной безопасности электрических и электронных систем, включая электромагнитные явления. Такие HMI обычно нельзя купить и использовать в готовом виде. Вместо этого они должны быть специально разработаны для конкретного применения.
Резистивное касание EMI зависит от многих параметров
Выбор и параметризация сенсорного управления в соответствии с требованиями конкретных условий эксплуатации здесь особенно важны. Например, работа со сварочными аппаратами обычно выполняется руками в перчатках. Адаптация емкостных сенсорных экранов для работы в перчатках — это жонглирование между высокой чувствительностью и высокой помехоустойчивостью. Для работы в перчатках высокая чувствительность полезна, но это делает прикосновение более восприимчивым к электромагнитным помехам. Толщина и тип стекла сенсорного экрана, а также метод, используемый для приклеивания базового дисплея к стеклу, также влияют на конструкцию и программирование сенсорного управления. Например, сенсорный датчик, разработанный для толщины стекла 1,8 мм, будет давать неадекватные результаты касания со стеклом толщиной 5 мм.
И последнее, но не менее важное: для соответствия всем реальным условиям окружающей среды прошивка сенсорного управления должна быть запрограммирована так, чтобы точно соответствовать требованиям установленной системы. Стандартные сенсорные элементы управления определяются 90–200 параметрами. Управление цепочкой параметров от аналогового интерфейса до цифровых фильтров на заднем конце и фильтров оценки делает программирование сенсорных контроллеров очень сложным. Поэтому Orbitalum Tools искала производителя HMI, который знаком с проблемами программирования сенсорного управления и предлагает системы, которые по своей конструкции обладают высокой электромагнитной совместимостью. Другим важным критерием было то, что вся система HMI поступает из одного источника, чтобы был только один поставщик и контакт для заказа и решения всех потенциальных проблем. Высокий уровень вертикальной интеграции, включая разработку компонентов, также был критически важен. В конце концов, это дает поставщику наибольшую гибкость для реагирования на потребности клиентов и действия независимо от других поставщиков. В идеале Orbitalum Tools также надеялась найти систему, которая предлагает собственную поддержку шины CAN в HMI, поскольку внутренняя плата контроллера Orbitalum обеспечивает этот интерфейс для связи HMI с источником питания и управлением двигателем сварочной головки. Что касается программного обеспечения, Orbitalum Tools хотела поддержку Yocto Linux и интегрированной среды разработки (IDE) QT. Это позволило бы им беспрепятственно согласовывать уровни приложений и платформ, тем самым минимизируя усилия по настройке программного обеспечения.
Высокая электромагнитная совместимость по конструкции
Сегодня Orbitalum Tools использует системы HMI серии Santino от SECO. Этот разработчик и производитель передовых технологических решений предлагает HMI Santino с выбором процессоров NXP i.MX 6 и i.MX 8, каждый из которых имеет 15-летнюю доступность. Семейство Santino также поддерживает микропроцессоры будущих поколений, поддерживая долгосрочные планы развития продукции OEM-клиентов.
Для стационарных вариантов HMI с открытой рамкой оснащен сенсорной панелью с индивидуально разработанным передним стеклом, которое простирается по всей ширине корпуса и закруглено на верхнем крае. Такая конструкция придает системе высококлассный внешний вид, соответствующий ее производительности. Поскольку система уже была высокоустойчива к электромагнитным помехам по конструкции, потребовались только программное обеспечение сенсорного контроллера и незначительные изменения в упаковке.
Для мобильных вариантов Orbitalum Tools недавно начала развертывать стандартную конструкцию этой серии HMI. В этом случае пришлось адаптировать только программное обеспечение сенсорного контроллера, но не механическую конструкцию. Кстати, пульт дистанционного управления, который компания в настоящее время разрабатывает для своих орбитальных сварщиков и который будет подключаться через Ethernet с поддержкой питания через Ethernet (PoE), будет использовать ту же систему. Цель этой разработки — сделать сварочные операции более независимыми от места сварки. Также в будущем планируется интегрировать беспроводное подключение. Однако, прежде чем это можно будет реализовать, необходимо гарантировать высокий уровень устойчивости к электромагнитным помехам. Таким образом, потенциал инноваций в области орбитальной сварки далеко не исчерпан.
Что дальше?
Проект по внедрению сенсорных панелей в орбитальные сварочные аппараты начался еще в 2016 году. Сначала SECO поставила производственный прототип для стационарной системы. Затем SECO спроектировала стекло сенсорной панели в соответствии со спецификациями Orbitalum, после чего последовали предварительные испытания на ЭМС и подготовка к массовому производству. В рамках этого процесса SECO также разработала специальную упаковку для индивидуального продукта, которая делает развертывание в сборку сварочного аппарата Orbitalum Tools высокоэргономичным и эффективным. На этом этапе было принято решение поставлять HMI с предварительно собранным уплотнением, чтобы для установки потребовалось всего несколько простых шагов. Для SECO такая услуга с добавленной стоимостью является обычным явлением, что отражает высокий уровень ориентации на клиента. SECO предоставляет решения для всех этапов разработки и поставки продукта — от спецификации требований до проектирования и проверки вплоть до массового производства. Более того, для SECO качество продукта естественным образом простирается от его внутренней электроники и программного обеспечения до упаковки. Решение для стационарных систем Orbitalum Tools теперь находится в производстве с конца 2018 года.
Масштабирование системы до мобильной конструкции, последовавшее за внедрением стационарной системы, было в первую очередь внутренней задачей Orbitalum Tools. Пользовательский интерфейс должен был быть адаптирован с 12,4-дюймового дисплея в формате 3:4 до 7-дюймового дисплея в формате 16:9, что потребовало масштабирования графического пользовательского интерфейса. С точки зрения оборудования не потребовалось никаких усилий по миграции, поскольку обе системы относятся к одной и той же серии продуктов SECO Santino. Семейство Santino полностью поддерживает как Yocto, так и QT, что означало, что прикладное программное обеспечение можно было переносить плавно, без каких-либо проблем. Выходя за рамки HMI, SECO помогла Orbitalum Tools разработать инструмент для литья под давлением корпуса орбитального сварочного аппарата, обеспечив точный скрытый монтаж HMI. Здесь необходимо тесное сотрудничество между поставщиками, поскольку последующие корректировки для оптимизации литьевой формы обходятся дорого. SECO предоставила правильные спецификации, что позволило Orbitalum Tools закупить оснастку для литья под давлением без необходимости каких-либо итераций.
Orbitalum Tools в настоящее время интегрирует документы на основе PDF, такие как инструкции по эксплуатации и документацию, в свои сварочные аппараты. Чтобы облегчить операторам работу с такими документами, следующим шагом в разработке Orbitalum Tools является мультисенсорная панель. Цель состоит в том, чтобы иметь возможность легко масштабировать документы с помощью жестов двумя пальцами. С одним касанием работа немного сложнее, так как плюс и минус лупа должны быть помещены над документом, а функция масштабирования требует нескольких касаний. Поэтому следующая потенциальная задача разработки для SECO уже определена.
Качество и превосходное обслуживание
Отвечая на вопрос о сотрудничестве с SECO на данный момент, Кристоф Дэммиг, менеджер по продукции Orbitalum Tools Orbitalum, полон похвал. «Что мне действительно нравится в SECO, помимо высокого качества продукции и вертикального диапазона производственных возможностей, так это поддержка. SECO собрала высокопрофессиональную проектную команду, которая готова оказать нам поддержку на протяжении всего процесса разработки вплоть до массового производства. В команду входят специалисты по аппаратному обеспечению и прошивке, Linux, Yocto и QT, а также механики, тестированию и документации. На все вопросы, возникшие во время интеграции систем скрытого монтажа, были даны быстрые и компетентные ответы». Поэтому он уверен, что SECO также выполнит следующие шаги по разработке, предоставляя продукт наилучшего качества в рамках того, что технически осуществимо и экономически эффективно.
