Tradiční přístup

Ruční sběr travních dlaždic je stále rozšířeným postupem v tomto oboru. Společnosti vyrábějící zemědělskou techniku se v průběhu let snažily automatizovat vyřezávání a skládání travních dlaždic a zvýšit tak produktivitu, ale tradiční podoba takových strojů měla za následek jejich nekonzistentní výkony či pouze mírné zvýšení produktivity oproti manuálnímu přístupu. Tyto stroje obsahovaly běžné vybavení, jako jsou elektricky ovládané ventily řídící tlak kapaliny do hydraulických válců a motory pro řízení pohybu. Ačkoliv jsou tyto komponenty spolehlivé pro jednodušší systémy, nejsou příliš efektivní při provádění mnoha paralelních operací v těsné synchronizaci s dalšími procesy. Stejně tak nejsou vhodné pro implementaci složitých matematických výpočtů potřebných pro pokročilé zpracování signálů a generování trajektorií pro řízení pohybu s vysokou rychlostí. Kromě toho, omezený výkon pro zpracování dat a uzavřená architektura systému omezují pokročilou funkcionalitu, vzdálený monitoring a diagnostiku.

Přístup společnosti FireFly

S vědomím těchto nedostatků jsme se snažili postavit chytřejší stroj, který obsluhuje a synchronizuje několik paralelních procesů pro automatizaci vyřezávání a stohování travních dlaždic. Nejprve řezačka vyzvedne drn ze země a nařeže jej na pláty, které putují na dopravníku do zadní části stroje. Stohovač připevněný k nosné konstrukci následně přemisťuje nařezané pláty z dopravníků na paletu. S každým dalším plátem je pozice palety posouvána směrem dolů blíže k zemi. Jakmile je naplněna na požadovanou úroveň, je paleta s travními dlaždicemi položena na zem a ze zásobníku na palety je na zvedák umístěna další paleta, takže celý proces sběru může bez přerušení pokračovat. Celý automatizovaný systém po poli přemisťuje traktor s vlastním pohonem. Aby mohl stroj spolehlivě a efektivně provádět sběr travních dlaždic, musejí tyto systémy pracovat zcela plynule a synchronizovaně. Celkem stroj obsahuje téměř 80 analogových a digitálních senzorů a 100 digitálních výstupů.

Použili jsme servo elektrické systémy s koordinovanými generátory víceosých trajektorií, které umožňují efektivní, přesné a hladké řízení pohybu potřebné pro komplexní proces stohování. Stroj dokáže konzistentně sbírat travní dlaždice v milionech cyklů za rok, což značně zvyšuje rychlost a spolehlivost. Pro méně složité úlohy, jako je ovládání řezačky, zvedání palet, zásobník na palety a hnací systémy, jsme zvolili tradiční hydraulické systémy. Abychom usnadnili budoucí vývoj, požadovali jsme otevřenou, flexibilní a výkonnou platformu pro návrh, stavbu prototypu a následné nasazení tohoto stroje na celém světě.

Architektura LabVIEW RIO

S pomocí platformy LabVIEW a CompactRIO jsme ve stroji zkombinovali tradiční hydraulické systémy se servo elektrickými systémy pro provádění mnoha komplexních paralelních operací. Modulární vstupy a výstupy platformy CompactRIO umožňují uživatelům flexibilní implementaci široké škály různých senzorů a průmyslových komunikačních sběrnic. Kontrolér reálného času CompactRIO a šasi s rekonfigurovatelným FPGA čipem představují přizpůsobitelnou platformu pro implementaci komplexních řídicích systémů s dobrou synchronizací. Možnost implementovat mnoho paralelních smyček pro FPGA a kontrolér reálného času, bohatá sada komplexních matematických funkcí a integrace LabVIEW SoftMotion Module s pohony Kollmorgen AKD, to vše činí z LabVIEW mocný nástroj pro řízení všech prvků inteligentního stroje. Kromě toho otevřená a flexibilní povaha LabVIEW umožňuje implementovat spolehlivou komunikační architekturu pro lokální operátorská rozhraní a centralizovanou správu zdrojů, diagnostiku a vzdálenou aktualizaci. Tyto funkce jsou nezbytné, jakmile jsou stroje nasazeny po celém světě a vyžadují údržbu.

Obrázek 1. Snadné použití a flexibilita LabVIEW umožnila čtyřem strojním inženýrům navrhnout inteligentní stroj FireFly za pouhých šest měsíců.

Obrázek 2. CompactRIO řídí vše v tomto stroji – včetně 40 hydraulických ventilů, 5 os pro pohyb s vysokým výkonem, přes 150 kanálů analogových a digitálních vstupů a výstupů, rozhraní pro operátora a přes 30 paralelních řídicích smyček. Eliminuje tak potřebu separátních subsystémů.

Výhody řešení

Díky integraci nejnovější technologie a využití výhod architektury LabVIEW RIO jsme vyvinuli inteligentní stroj ProSlab 155 pro sběr travních dlaždic, který urychluje sběr o 20 procent a snižuje spotřebu nafty o 50 procent. Tyto výhody mají za následek vyšší výnos a výrazné úspory nákladů pro soukromé zemědělce. Od uvedení stroje ProSlab 155 v roce 2014 jsme zaznamenali obrovskou odezvu trhu a nyní rozšiřujeme své kapacity, abychom dokázali pokrýt rostoucí poptávku. Zároveň investujeme do výzkumu a vývoje, abychom mohli využít technologie související s průmyslovým Internetem věcí (IIoT). S rozvojem IIoT má společnost FireFly dobrou pozici a může využít architekturu LabVIEW RIO, aby dodala svým zákazníkům další přidanou hodnotu.

Obrázek 3. Společnosti FireFly se úspěšně podařilo zautomatizovat sběr drnů, proces tradičně prováděný manuálně, a zvýšit tak produktivitu i spolehlivost.

Obrázek 4. Automatizace inteligentního stroje od FireFly spočívá ve správě a synchronizaci několika paralelních procesů, zahrnujících vyříznutí drnu ze země v podobě dlaždice, přesun dlaždic na dopravníku a jejich stohování na paletu, která je po naplnění položena na zem.

Odkazy:

• Stáhněte si LabVIEW
• Zjistěte více o platformě NI CompactRIO
• Přečtěte si celou případovou studii na webu NI