Xây dựng bền vững với công nghệ điều khiển chuyển động

HOLZ automation GmbH cho phép sản xuất các cấu kiện xây dựng từ vật liệu gỗ - rơm cho toàn bộ một ngôi nhà chỉ trong một ca sản xuất, với hệ thống điều khiển chuyển động hiệu quả từ Siemens.

Một bài toán cho tự động hóa thông minh

Xây dựng bền vững là một vấn đề quan trọng đối với toàn xã hội. Một trong những cách để giảm lượng phát thải carbon là sử dụng các vật liệu tự nhiên, có khả năng tái tạo, chẳng hạn như rơm. Đây là vật liệu cách nhiệt có tính bền vững cao, đã được con người sử dụng trong nhiều thế kỷ. Tuy nhiên, để có thể xử lý rơm một cách hoàn toàn tự động thành các cấu kiện xây dựng hoàn chỉnh, cần có một hệ thống được thiết kế thông minh, và trên hết là một giải pháp điều khiển chuyển động mạnh mẽ và linh hoạt.

Lợi ích chính

Một hệ thống cho tất cả các nhiệm vụ

Giải pháp Motion Control hỗ trợ đồng bộ trục, vận chuyển mô-đun, chuyển động ép và có thể mở rộng sang nhiều quy trình khác trong tương lai. Nhờ đó, giải pháp này có khả năng mở rộng, được tiêu chuẩn hóa, đồng thời nâng cao hiệu quả và tính linh hoạt.

Kỹ thuật triển khai đơn giản cho các chuyển động phức tạp

Toàn bộ các chức năng được xây dựng trong môi trường TIA Portal. Kết hợp với SIMATIC S7-1500 T-CPU, các chuyển động đồng bộ phức tạp của toàn bộ trục trong máy ép kiện có thể được điều chỉnh và tối ưu nhanh chóng.

Khả năng truy xuất và minh bạch dữ liệu

Các giải pháp tự động hóa của Siemens cho phép truy xuất nguồn gốc và quản lý chất lượng. SIMATIC Industrial Edge được sử dụng để theo dõi mức độ hao mòn của lưỡi cưa và điều chỉnh lại thiết bị cắt tương ứng.

Thành phần cốt lõi làm nền tảng để phát triển hệ thống mới cho sản xuất cấu kiện xây dựng tự động lại - khá bất ngờ nhưng cũng rất hợp lý - đến từ lĩnh vực nông nghiệp: “Chúng tôi đã mua một máy ép kiện và cải tiến lại để có thể tự động hóa,” Jürgen Holz, Giám đốc điều hành HOLZ automation GmbH chia sẻ.
Ông cho biết thêm, đây là một bước đi táo bạo: “Chúng tôi xuất phát từ lĩnh vực chế tạo máy chuyên dụng phục vụ lắp ráp và kiểm thử các chi tiết chính xác như bánh răng và trục truyền động cho ngành công nghiệp ô tô. Ở đó, các đặc tính kỹ thuật đều được xác định rõ ràng trong khi vật liệu tự nhiên như rơm lại đặt ra những yêu cầu hoàn toàn khác cho quy trình. Việc kiểm soát một cách ổn định và tự động những biến động về đặc tính vật liệu, chẳng hạn như độ dài sợi khác nhau hay lực đàn hồi, thực sự là một thách thức.”

HOLZ automation GmbH, Siemens, Foto: Timm Schamberger

9c45a9e1-634c-493f-9427-27dfdc240e85-HOLZ-automation-person-1280x720

Đối với Alexander Fromm, Trưởng bộ phận Phần mềm và Phát triển tại HOLZ automation GmbH, đây là một nhiệm vụ đầy hấp dẫn: “Chúng tôi phải điện khí hóa một máy ép thủy cơ vốn dùng trong nông nghiệp để đưa vào vận hành trong một quy trình công nghiệp tự động. Trước đó chưa từng có mô hình hay khuôn mẫu nào cho việc này.” Với ông, điều quan trọng là HOLZ automation GmbH có thể xử lý toàn bộ các công đoạn bằng một hệ thống duy nhất, từ đồng bộ trục, vận chuyển mô-đun đến chuyển động của máy ép, “kể cả những yêu cầu mà hiện tại chúng tôi còn chưa hình dung hết.” Vì vậy, họ đã lựa chọn giải pháp Motion Control của Siemens: “Chúng tôi đã đồng bộ các hệ truyền động và xây dựng phương án triển khai. Kết quả là một giải pháp tiêu chuẩn hóa, có khả năng mở rộng, giúp chúng tôi vừa nâng cao hiệu quả vừa duy trì được sự linh hoạt.”

Trong cấu hình hiện tại của nhà máy với sáu trạm, các cấu kiện được lắp ráp từ các chi tiết gỗ, gắn thêm tấm lưng, sau đó được robot nạp vật liệu rơm và ép chặt với độ chính xác cao. Ở công đoạn hoàn thiện, phần rơm thừa nhô ra sẽ được cắt gọn phẳng bề mặt, tạo thành tấm tường thẳng, sẵn sàng cho việc trát hoặc gia công tiếp theo. Bên cạnh bộ điều khiển trung tâm SIMATIC S7-1500 T-CPU tích hợp các chức năng an toàn cho máy ép kiện, mỗi một trong sáu trạm sản xuất đều được trang bị một bộ điều khiển phân tánSIMATIC ET 200SP Controller hoạt động như một I-Device. Tổng cộng có 16 trục được điều khiển theo cấu hình này, gồm 10 trục đồng bộ và 6 trục định vị. Hệ thống cũng bao gồm các thành phần an toàn của toàn bộ dây chuyền và kết nối truyền thông với sáu robot đang vận hành.

0e89468b-c149-4933-97e9-fa197b78816d-HOLZ-reference-plant-model-1280x720

1078d293-3068-4c97-a412-8ef9ea0c076a-HOLZ-curves-screen-1280x720

HOLZ automation GmbH đã từng bước phát triển và kiểm chứng cả thiết kế cơ khí lẫn điện của hệ thống, “để đảm bảo giải pháp có thể vận hành ổn định ngay từ đầu,” Alexander Fromm chia sẻ. Để thực hiện điều này, ông đã sử dụng, trong số các công cụ khác, chức năng trace trong TIA Portal nhằm xác thực hành vi hệ thống và tín hiệu của tất cả các thành phần liên quan. Kết quả là một hệ thống hoàn chỉnh, mang tính mô-đun và linh hoạt, đồng thời cho phép triển khai theo dạng di động: “Chúng tôi có thể dễ dàng đưa hệ thống đến nơi xây dựng nhà hoặc khu vực thu hoạch rơm. Nhờ đó, quãng đường vận chuyển vật liệu và cấu kiện được rút ngắn, góp phần giảm phát thải.” Giải pháp này còn mang lại một lợi thế khác là việc đưa vào vận hành trở nên hiệu quả hơn nhờ hệ thống tự động hóa được chuẩn hóa và đồng bộ, các thư viện đã được kiểm thử trước, cùng giao diện vận hành trực quan.

Trong vai trò trưởng nhóm phát triển, Alexander Fromm không chỉ hưởng lợi trong giai đoạn thiết kế nhờ khả năng điều khiển truyền động đơn giản thông qua các đối tượng công nghệ và các chức năng an toàn tích hợp cho toàn bộ dây chuyền. Giải pháp Motion Control tích hợp còn hỗ trợ ông dễ dàng thực hiện các điều chỉnh và tối ưu hóa khi cần. Điểm nổi bật mà Alexander Fromm đặc biệt ấn tượng là hệ truyền động servo trong máy ép kiện: “Giải pháp servo cơ điện với nhiều cấp công suất khác nhau và cơ cấu động học phức tạp đòi hỏi mức độ đáp ứng động rất cao của hệ truyền động. Trước đây, chỉ riêng việc hiệu chỉnh và đồng bộ sáu trục đồng bộ đã mất khoảng hai tuần; còn với tính năng One-Button Tuning của các bộ truyền động servo SINAMICS, chúng tôi chỉ cần hai giờ để hoàn tất.”

5ff68b05-195c-4254-b8b1-feb36ed49c6e-HOLZ-one-button-tuning-1280x720

fe5493c5-d159-4eaf-96d5-f82f58e7e24b-HOLZ-reference-machine-1280x720

Các yếu tố xây dựng đã tìm thấy ứng dụng đầu tiên của chúng: Phòng sản xuất mới được chuyển đổi với các bức tường bên trong làm bằng gỗ và rơm. Hệ thống này cực kỳ linh hoạt: “Chúng tôi có thể kết nối quy trình của mình trực tiếp với các hệ thống quy hoạch từ các kiến trúc sư hoặc công ty xây dựng thông qua các giao diện mở. Phạm vi sản phẩm của chúng tôi ngày nay bao gồm 108 thành phần xây dựng khác nhau với nhiều chiều rộng và hình dạng khác nhau - và chúng tôi cũng có kế hoạch cung cấp cho các thành phần xây dựng bằng thạch cao bằng đất sét ở một trạm khác. Nhờ khái niệm nhà máy mô-đun, đây không phải là vấn đề.”

Trên phạm vi toàn cầu, nhu cầu tìm kiếm các giải pháp xây dựng với chi phí hợp lý và bền vững đang ngày càng gia tăng. Tôi tin rằng điều này chỉ có thể đạt được nhờ tự động hóa. Và với Siemens, chúng tôi đã tìm được đối tác phù hợp.

Jürgen Holz, Giám đốc điều hành, Tự động hóa HOLZ

Bắt đầu hành trình của bạn ngay hôm nay

Liên hệ với chúng tôi