Een 11- jaar- oude diepdruklijn ondervindt regelmatig storingen in het registratiesysteem. Hoe kan je dit voor eens en voor altijd oplossen?
Het bedrijf waar ik voor werk heeft een Cerutti R960 tien-kleurendiepdruklijn, die al ongeveer elf jaar in bedrijf is. De lijn is voorzien van een Automec registratiesysteem en na jarenlang gebruik zorgt dit systeem vaak voor machine stilstand als gevolg van communicatiefouten tijdens de opstart en productie. Deze problemen vergroten niet alleen de printverspilling, maar hebben ook invloed op de productkwaliteit. In dit artikel analyseer ik de oorzaken van communicatiestoringen in het registratiesysteem en vat ik enkele relevante oplossingen samen.
Principe van registratiesysteemcommunicatie
Het communicatieschema van ons Automec-registratiesysteem wordt weergegeven in figuur 1. Het maakt gebruik van een volledig geïntegreerd besturingsplatform van het Duitse Beckhoff, dat een pc en EtherCAT combineert. De pc is een Beckhoff industriële computer C6920-0050, en EtherCAT integreert alle automatiseringscomponenten, inclusief IP67-gecertificeerde EtherCAT I/O, EtherCAT-automatiseringssoftware en servodrives, die dienen als veldbus voor het hele systeem. Communicatie tussen de pc en EtherCAT I/O wordt tot stand gebracht via de EK1100-koppeling, die het EtherCAT-netwerk verbindt met de EtherCAT I/O-terminals om alle operationele functies te besturen, inclusief de beweging van printkleureenheden, gegevensregistratie, bediening en bewaking op afstand. De systeemcommunicatie is gebaseerd op EtherCAT-ringtopologie, die lijnredundantie biedt om een normale werking te garanderen, zelfs in het geval van een verbroken verbinding.
Figuur 1 Overzicht van communicatie met kleurafstemmingssysteem
Dit ontwerp zorgt voor een snelle installatie, waarbij tijdens de configuratie slechts enkele laag{0}}kabels hoeven te worden aangesloten. Alle systeembewakingstaken worden afgehandeld door de TwinCAT HMI-tool, zonder dat er stuurprogramma's of andere communicatieprotocollen nodig zijn. Binnen de TwinCAT HMI-tool worden variabelen binnen dezelfde software behandeld als programmalogica.
Foutanalyse van communicatieproblemen met het kleurafstemmingssysteem
Het kleurafstemmingssysteem van Oteme maakt gebruik van een Beckhoff-pc die communiceert met EtherCAT I/O via CAT5 (standaard Ethernet-kabel van categorie 5) in standaard 100BASE-TX-modus. Na de EtherCAT-buskoppelaar EK1100 zijn er 59 EtherCAT-terminals en een buseindterminal in serie geschakeld. De EK1100-buskoppelaar zet Ethernet 100BaseTX-telegrammen om in E--bussignalen voor overdracht tussen EtherCAT-terminalmodules. In wezen is de E-bus EtherCAT, behalve dat de transmissie veerklemcontacten op de backplane gebruikt in plaats van netwerkkabels. Het concept van "één netwerk tot het einde" betekent dat elke I/O-module als EtherCAT-slave dient. Elk EtherCAT-slaveapparaat heeft vier EtherCAT-communicatiepoorten: Poort0 (A), Poort1 (B), Poort2 (C) en Poort3 (D).
De Oteme set-point-systeemmoduleslaves hebben echter slechts twee communicatiepoorten, en de signaalstroom door de modules van links naar rechts wordt weergegeven in Figuur 2. Wanneer een EtherCAT-frame door een slaaf gaat, komt het de module binnen via Poort0 (A), gaat vervolgens door de EtherCAT-verwerkingseenheid en verlaat de slaafmodule via Poort1 (B). Als er tijdens het proces een communicatieprobleem optreedt, zal de voorgaande EtherCAT-module van de defecte module automatisch poort 1 vergrendelen, waardoor het EtherCAT-telegram terugkeert.
Figuur 2: EtherCAT-berichtretour wanneer de communicatie mislukt
Elke EtherCAT I/O-module heeft zes veercontacten. Omdat de modules in serie zijn geschakeld, communiceren ze met elkaar via de E-bus op deze zes contacten. Uiteindelijk worden de gegevens via de contacten van elke module naar de koppelaar verzonden. In het huidige systeem is er één koppelmodule met 60 I/O-modules stroomafwaarts in serie geschakeld. Als gevolg van veroudering van de module wordt de contactweerstand te hoog of is de ingangssignaalspanning te laag, wat resulteert in onvoldoende ingangsstroom om het ingangsinterfacecircuit van de PLC aan te sturen, wat communicatiefouten veroorzaakt.
Communicatieproblemen in het kleurregistratiesysteem oplossen
(1) Wanneer er een communicatiefout optreedt, keert het signaal terug van de vorige module en geeft het EtherCAT-diagnosesysteem aan in welke module de fout begint. Soms kan het loskoppelen en opnieuw-aansluiten van de defecte module, het reinigen van de contacten van de module om oxidatie te verwijderen of het vervangen van de module de communicatie tijdelijk herstellen. Dit is echter slechts een tijdelijke oplossing en na enige tijd kunnen communicatieproblemen opnieuw optreden.
(2) Bij het herstructureren van de bestaande I/O-modules wordt de oorspronkelijke 1-master-1-slave-communicatieopstelling gewijzigd in een 1-master-4-slave-opstelling (zie afbeelding 3). Dit omvat het toevoegen van nog drie EK1100-koppelaars, het vervangen van de vorige drie voedingsmodules EL9001 in de PLC door koppelaar EK1100-modules met ingebouwde voeding, en het in serie verbinden van de vier koppelaars. Elke coupler verwerkt 15 I/O-modules, waardoor het signaalretourpad voor de stroomafwaartse modules aanzienlijk wordt verkort, de communicatiebetrouwbaarheid tussen modules wordt verbeterd en de gegevensredundantie wordt vergroot. Deze methode is getest tijdens de renovatie van ons kleurregistratiesysteem en er zijn al bijna een jaar geen communicatiestoringen meer in het systeem.
Figuur 3 Huidige netwerktopologie en verbeterde netwerktopologie
Dit artikel bestudeert en analyseert de communicatieprincipes van het Oerlikon kleurregistratiesysteem, onderzoekt de oorzaken van communicatiestoringen in het systeem en vat de oplossingen samen. Uiteindelijk werden de communicatieproblemen van het kleurregistratiesysteem opgelost, waardoor de productie-impact veroorzaakt door communicatieproblemen in het kleurregistratiesysteem van de apparatuur werd verminderd en de efficiëntie van de apparatuur aanzienlijk werd verbeterd. Collega's met vergelijkbare apparatuur kunnen naar deze aanpak verwijzen.