Doradztwo techniczne

Automatyzacja procesów produkcyjnych w branży meblarskiej wymaga rozwiązań, łączących precyzję sterowania, niezawodną komunikację z maszynami oraz odporność na wymagające warunki środowiskowe. W przypadku linii do obróbki drewna szczególne znaczenie mają także niskie opóźnienia, stabilność pracy i ograniczenie kosztów energii czy serwisu.

Poniżej prezentujemy case study ilustrujące zastosowanie PICO-ADN4 AAEON jako kompaktowego komputera jednopłytkowego dla systemu automatyzacji procesu produkcji mebli.

Cel projektu

Producent wysokiej jakości mebli drewnianych poszukiwał rozwiązania, które pozwoliłoby zautomatyzować linię montażową, zwiększyć produktywność, a przy tym ograniczyć ryzyko błędów ludzkich. W tym przypadku wyzwaniem nie było jedynie uruchomienie kolejnej maszyny w ciągu technologicznym, ale integracja platformy obliczeniowej z istniejącą infrastrukturą zakładu w sposób ekonomiczny, a przy tym niewymagający dużych zmian.

Z tego względu klient zdecydował się na komputer jednopłytkowy zamiast większego systemu komputerowego. Takie podejście pozwalało ograniczyć zajmowaną przestrzeń, zmniejszyć pobór mocy i uprościć integrację z urządzeniami pracującymi już na linii produkcyjnej. Po analizie dostępnych opcji jako centralny element aplikacji wybrano PICO-ADN4 firmy AAEON.

Wymagania aplikacji: precyzja, energooszczędność i odporność

Proces produkcji mebli obejmuje wiele operacji wymagających wysokiej powtarzalności. Platforma sterująca musiała niezawodnie wysyłać komendy kontrolne do elementów wykonawczych, tak aby każdy produkt opuszczający linię spełniał wymagane standardy jakości. W praktyce oznaczało to konieczność minimalizacji opóźnień na każdym etapie przetwarzania danych i komunikacji z maszynami, ponieważ nawet krótkie przerwy lub błędne instrukcje mogły wpływać na cały proces produkcyjny.

Drugim istotnym aspektem była efektywność energetyczna. Automatyczna maszyna do obróbki drewna była zaprojektowana do długich cykli pracy. Dlatego klient oczekiwał rozwiązania o niskim poborze mocy, ale jednocześnie zdolnego do obsługi danych z wielu źródeł, ich przetwarzania i szybkiego przekazywania instrukcji do pozostałych urządzeń.

Nie mniej ważne było środowisko pracy. Zakład produkcyjny wykorzystywał maszyny o zróżnicowanych wymaganiach zasilania. Zwiększało to ryzyko uszkodzeń wynikających ze skoków napięcia. Dodatkowym wyzwaniem były typowe dla obróbki drewna zanieczyszczenia, jak pył, trociny i wióry, których nie da się całkowicie wyeliminować nawet przy sprawnym systemie odprowadzania odpadów produkcyjnych.

Dlaczego PICO-ADN4?

AAEON PICO-ADN4 został wybrany ze względu na połączenie małego formatu, elastycznych interfejsów komunikacyjnych, energooszczędnej platformy procesorowej oraz konstrukcji odpornej na środowisko przemysłowe. Płyta ma format PICO-ITX i wymiary 100 mm × 72 mm, dzięki czemu można ją zintegrować w ograniczonej przestrzeni maszyny lub szafy sterowniczej bez konieczności stosowania większych systemów komputerowych.

W aplikacji wykorzystano wariant PICO-ADN4-A10-0001 wyposażony w energooszczędny, 2-rdzeniowy procesor Intel® Processor N50 o TDP 6 W. Platforma zapewniała niski pobór mocy oraz ograniczoną emisję ciepła, co miało znaczenie w systemie projektowanym do długotrwałej pracy w środowisku produkcyjnym. Jednocześnie obsługa Intel® Turbo Boost Max Technology pozwalała dynamicznie dostosowywać częstotliwość pracy do aktualnego obciążenia i osiągać maksymalnie 3,40 GHz dla pojedynczego rdzenia wtedy, gdy wymagały tego bardziej intensywne zadania.

Procesor N50 nie był przeznaczony do aplikacji wymagających równoległego przetwarzania bardzo dużych wolumenów danych, ale dobrze odpowiadał charakterowi automatyzacji obróbki drewna. W tym przypadku kluczowe było nie tyle maksymalne przetwarzanie równoległe, ile stabilna obsługa komend sterujących, komunikacja z maszynami oraz szybka reakcja systemu przy zachowaniu niskiego poboru energii.

Istotną rolę odgrywała również pamięć LPDDR5, która zapewniała szybką transmisję danych i stabilność mechaniczną. Wlutowana pamięć ograniczała ryzyko problemów związanych z wibracjami, które w środowisku maszynowym mogą prowadzić do poluzowania modułów pamięci montowanych w klasycznych gniazdach.

Komunikacja z maszynami i sterowanie ruchem

W aplikacji istotne było zapewnienie komunikacji z różnymi elementami linii produkcyjnej. PICO-ADN4 obsługuje interfejsy RS-232/422/485, co umożliwiało programowanie i precyzyjne sterowanie napędami silników, kontrolerami oraz innymi komponentami maszyn do obróbki drewna. Szczególnie ważne było wsparcie RS-485 dla konfiguracji multi-drop, ponieważ pozwala ono wielu urządzeniom komunikować się w jednej sieci, ograniczając potrzebę stosowania dodatkowych połączeń Ethernet.

Dodatkowe możliwości integracyjne zapewniały SMBus, GPIO oraz BIO. W przypadku tej aplikacji dostosowanie BIOS-u pod wymagane interfejsy wspierało realizację funkcji sterowania ruchem, a tym samym poprawiało dokładność wykonywanych operacji. Takie połączenie interfejsów sprawiło, że płyta mogła pełnić rolę kompaktowego centrum komunikacji i sterowania w obrębie zautomatyzowanej maszyny.

Dodatkowym elementem wspierającym pracę w czasie rzeczywistym było wsparcie dla Intel® Time Coordinated Computing (TCC). Technologia ta umożliwia precyzyjną synchronizację czasową pomiędzy maszynami linii montażowej a ruchem danych, co pomaga ograniczać opóźnienia i utrzymywać przewidywalność działania systemu sterowania.

Stabilność pracy w środowisku produkcji drzewnej

Aby zabezpieczyć system przed wahaniami zasilania, klient wykorzystał opcjonalny konwerter DC-DC, rozszerzający zakres wejściowy zasilania z 12 V do 9–36 V. Było to istotne w zakładzie, w którym pracowały maszyny o różnych wymaganiach zasilania, a tym samym istniało ryzyko skoków napięcia, mogących uszkodzić komputer.

Duże znaczenie miała również bezwentylatorowa konstrukcja. W środowisku obróbki drewna pył, trociny i drobne wióry są trudne do całkowitego wyeliminowania, nawet przy sprawnym systemie odprowadzania odpadów produkcyjnych. Brak wentylatora ograniczał ryzyko zasysania zanieczyszczeń do wnętrza systemu, zmniejszając potrzebę serwisowania i poprawiając niezawodność aplikacji.

Ważnym aspektem była także odporność mechaniczna. Wibracje generowane przez maszyny mogłyby z czasem prowadzić do poluzowania klasycznych modułów SODIMM. Zastosowanie wlutowanej pamięci LPDDR5 zwiększało stabilność sprzętową i eliminowało ryzyko utraty kontaktu pamięci z płytą.  PICO-ADN4 zapewniał również pracę w rozszerzonym zakresie od -40°C do 85°C, co dodatkowo wzmacniało jego przydatność w wymagającym środowisku przemysłowym.

Efekt wdrożenia

Zastosowanie PICO-ADN4 pozwoliło klientowi usprawnić proces produkcyjny, zwiększyć precyzję wykonywanych operacji i ograniczyć wpływ czynnika ludzkiego na jakość końcowego produktu. Platforma zapewniła komunikację w czasie rzeczywistym z elementami wykonawczymi maszyny, wspierając utrzymanie wysokich standardów produkcji przy jednoczesnym zachowaniu niskiego poboru mocy.

Wartość rozwiązania wynikała nie tylko z samej wydajności sterowania, ale również z odporności na warunki środowiskowe. Konstrukcja bezwentylatorowa zmniejszyła ryzyko przestojów serwisowych, a energooszczędna platforma procesorowa ograniczyła całkowite koszty automatyzacji. W praktyce PICO-ADN4 umożliwił wdrożenie kompaktowego, stabilnego i ekonomicznego systemu sterowania dla automatyzacji obróbki drewna.

Takie podejście pokazuje, że w automatyzacji produkcji nie zawsze konieczne jest stosowanie rozbudowanych systemów komputerowych. W wielu aplikacjach kluczowe okazuje się połączenie właściwie dobranej mocy obliczeniowej, niskiego poboru energii, stabilnych interfejsów komunikacyjnych i konstrukcji przystosowanej do realnych warunków pracy zakładu.

Źródło: AAEON