Współpraca technologii umożliwia sterowanie procesem mieszania

Czy precyzyjna kontrola seryjna jest równie skomplikowana jak podróże w kosmos? Przygotowywanie osłony ablacyjnej do silników na paliwo stałe promu kosmicznego wymaga bardzo wysokiego poziomu precyzji i powtarzalności.
Po zakończeniu każdego przedstartowego odliczania prom wynoszą w kosmos dobrze wszystkim znane podwójne kolumny płomieni wydobywające się z silników rakietowych. Płomienie wydobywają się z nich dopóki silniki się nie wypalą, nie oddzielą i nie opadną na spadochronach do Atlantyku. Statki NASA odnajdują unoszące się na powierzchni wody rakiety i holują je do Stacji Sił Powietrznych na Przylądku Canaveral. Podzespoły silników rakietowych – stożek oraz fartuch przedni i tylny – przechodzą wstępny remont w bazie Hangar, a następnie przewozi się je do Ośrodka Montażu i Napraw (ARF) United Space Alliance (USA) w Centrum Kosmicznym im. Johna F. Kennedy’ego na Florydzie w celu ostatecznego montażu i testowania.
Remont i ponowne wykorzystanie
Zespoły techniczne ARF muszą sprostać surowym specyfikacjom produkcyjnym, ponieważ każde, nawet minimalne, odstępstwo może mieć poważny, negatywny wpływ na bezpieczeństwo misji. Materiał napędowy stanowi 88% całkowitej wagi silnika rakietowego, która wynosi prawie 570 ton; spala się on w tak wysokiej temperaturze, że grozi to naruszeniem strukturalnej integralności kadłuba. Jednym z materiałów wykorzystywanych do ochrony silników podczas wznoszenia, opadania i uderzenia o wodę jest opracowany w USA system ochrony termicznej zwany BTA (materiał ablacyjny nakładany na silniki – booster trowelable ablative).
Mieszanie składników BTAto zautomatyzowany proces, który wykonują dwa funkcjonalnie identyczne urządzenia. Przepływomierze Micro Motion wpuszczają precyzyjnie odmierzone ilości żywicy i katalizatora do zbiornika, gdzie mieszalnik Charles Ross miesza je ze sobą. Zakład w centrum Kennedy’ego przygotowuje średnio pięć porcji po 3000 g dziennie, ale z powodu specyfikacji dopuszczających odchylenie rzędu jedynie ±2% w każdej z partii nie jest to zadanie łatwe.
Jednym z urządzeń steruje PAC Rockwell Automation Allen-Bradley ControlLogix, zaś drugim – SLC-500. Inżynierowie z USA próbowalizastosować sprzężenie 420 mA między sterownikami i przepływomierzami, ale okazało się, że nie są w stanie uzyskać potrzebnego poziomu dokładności i precyzji, ponieważ standardowy, analogowy moduł wejściowy nie może zapewnić wymaganej prędkości przesyłu danych.
– W „zwykłej” branży można wytwarzać podobny produkt z dokładnością rzędu 1015% i nie zrobi to żadnej różnicy – tłumaczy Dan Dermody, inżynier ds. sterowania systemami w USA i konstruktor maszyny wykorzystywanej do tego celu. – Ale z powodu środowiska, w jakim działają te silniki, nie ma miejsca na żadne błędy.
Rozwiązanie
Skontaktowaliśmy się z Micro Motion i oni wskazali nam moduły komunikacyjne Modbus firmy ProSoft Technology, które dają się zintegrować bezpośrednio z platformami ControlLogix i SLC-500. Szybko odkryliśmy, że zapewniają one dokładność i precyzję, jakich nam potrzeba. Moduł zbiera dane na temat przepływu i przesyła je bezpośrednio do tabeli danych ControlLogix.
Nowe podejście stanowiło znaczny postęp, ale nadal wymagało precyzyjnego dostrojenia.
– Gdy zaczęliśmy przesyłać informacje za pomocą sygnału cyfrowego, różnica była jak między nocą a dniem – dodaje Dermody. – Mimo tego ledwo udawało nam się wykonać zadanie i wiedziałem, że coś jest nie tak z szybkością aktualizacji. Więc wraz z ProSoft odkryliśmy problem z programowaniem sterownika, na skutek którego sterownik zasadniczo zapisywał dane w ciągu milisekundy od momentu, w którym próbowałem je odczytać. Teraz mamy wydajność, jakiej nam potrzeba. Uzyskujemy czasy aktualizacji rzędu milisekund i mamy kontrolę z dokładnością do grama w porcji o wadze 2000 gramów.
Z powodu wysokiej powtarzalności i precyzji, jaką USA jest w stanie uzyskać dzięki temu rozwiązaniu, nie ma potrzeby ciągłego testowania instalacji podawania lepiszcza w celu potwierdzenia jego dokładności.
Adrienne Lutovsky i Danetta Bramhall to dziennikarze pracujący dla ProSoft Technology
CE