A trópusi esőre utalva az installáció 1216 fényesen csillogó, rézbevonatú alumíniumcseppecskéből áll. Ezek a mennyezetről függnek alá vékony acélhuzalokon, és mindegyiket egy kis szervomotor mozgatja. Egy 15 perces műsor alatt a cseppecskék különféle, a repüléshez kapcsolódó képekké rendeződnek. Az 1216 szervotengely szinkronizált mozgatása jelentette kihívást az EtherCAT és TwinCAT vezérlőterminálok, illetve Bus Terminal kivitelű kompakt szervohajtások segítségével oldották meg.
A két egybefüggő, egyenként 608 kis cseppet tartalmazó mezőből álló installáció több mint 75 négyzetméteres területre terjed ki és átível a 7,3 métert meghaladó belmagasságon. Ennek a szokatlan terjedelmű installációnak a művészi koncepciója és a koreográfiához tartozó számítások terve a berlini Art+Com ügynökségtől származik. A teljes projekt műszaki megvalósítását és a programozást a München melletti Olchingban lévő német MKT AG végezte. A kinetikus installációkra szakosodott vállalkozásnak a programozás és a vezérlőrendszer megvalósítása során a Beckhoff nyújtott segítséget.
A Kinetikus eső a mai napig a legbonyolultabb ilyen típusú projekt, amit megvalósítottak az MKT-nál: több mint 2000 mérnökórát fordítottak a projektre. Egyebek mellett különös kihívást jelentett az előzetesen teljesen összeszerelt 30 tonnás installáció Szingapúrba szállítása. A Kinetikus eső vezérlése iránt támasztott követelmények rendkívüliek: 1216 tengely pontos mozgatását kell megvalósítani. Emellett a projekt folyamatos rendelkezésre állást, a részegységek kompakt kialakítását igényelte, valamint az elemek egyszerű cseréjét. A Changi repülőtér egyik legfontosabb követelménye volt, hogy a rendszernek napi 24 órában kell üzemelnie. Még ha egy tengely ki is esik, a show-nak folytatódnia kell.
1216 tengely egyidejű vezérlése
Az 1216 tengely szinkronban való mozgatása a projekt egyik abszolút csúcspontja. Ezen túlmenően szigorú követelményeknek kellett eleget tenni a mozgás dinamikája, pontossága és gyorsasága tekintetében. A cseppecskék 1,5 m/s sebességgel mozognak, gyorsulásuk 1,4 m/s2. A szerkezetnek dinamikusnak kell lennie, de egyben légiesen áramlónak és abszolút zökkenőmentesnek. Az MKT erre a feladatra a PC- és EtherCAT-alapú Beckhoff vezérlőben találta meg a megoldást a kompakt Servo Drive technológiával.
A vezérlésért a központi C6525 ipari PC felel, amely a TwinCAT ADS-en keresztül kommunikál az MKT speciális grafikus felületű (GUI) számítógépével. Ugyanakkor a PC központilag vezérli az 1216 tengelyt a TwinCAT NC PTP-n keresztül, elsődleges (master) berendezésként működve. A TwinCAT bütykös vezérlési tábla funkció segítségével a PC koordinálja a pozícióadatok elosztását a hat másodlagos (slave) PC felé, amelyek mindegyikéhez 192 vagy 208 tengelyt rendeltek, és ez gondoskodik az összes tengelynek az elsődleges tengelyhez, mint referenciához való szinkronizálásáról. A kommunikáció a hajtásokkal az EtherCAT-en keresztül valós időben zajlik.
Az MKT grafikus felhasználói felületű számítógépe a képi megjelenítést szolgálja, de egy táblázat formájában tartalmazza magát a műsort is, ahol az egyes cseppek helyzete 200 ms-os időintervallumokban van feltüntetve. Ez másodpercenként öt képnek felel meg. A folyamatosan áramló, az emberi szem számára zökkenőmentes mozgás csak a TwinCAT NC PTP-ben végzett interpolálással lehetséges. Itt minden egyes kis csepp 100 közbenső helyzetét egy 2 ms-os NC feladatban számítja ki a berendezés spline algoritmus segítségével. Ezeket a számításokat az egyes slave PC-k végzik a hozzájuk rendelt tengelyekre.
Kompakt szervohajtás 12 mm-es terminálban
Azt a művészi elképzelést, hogy a cseppek egyidejű mozgása egy 3D-s filmhez legyen hasonló, csak az EtherCAT és a TwinCAT NC PTP eszközök használatával lehet megvalósítani. Míg a mastergép szinkronban tartja a tengelyeket, a slave-PC-k minden második ms-ban kiszámítják a hozzájuk rendelt tengelyek pozícióját, és ezeket az adatokat valós időben továbbítják az EtherCAT-en keresztül a szervohajtásokhoz.
Az egyes tengelyek mozgása rendkívül pontos: a pontosság a teljes 7,6 méteres hosszon az 1 mm-es tartományba esik. Két csepp között a legnagyobb távolság 0,25 mm. Az egyes cseppek vezérlése az EL7201 EtherCAT szervomotor-terminálon és az AM3121 típusú szervomotoron keresztül történik. Az EtherCAT terminálok sorába zökkenőmentesen illeszkedő szervoterminálok rendkívül kompakt megoldást adnak, ami tökéletesen beleillik a szerkezet támasztotta feltételekbe, tekintettel az épület mennyezetében lévő korlátozott helyre. A szervohajtás technológiája ezenkívül dinamikai előnyöket is kínál és könnyedén áramló átmeneteket tesz lehetővé.
Moduláris vezérlő – egyszerű üzembe helyezés
A vezérlés moduláris felépítése hasonlóképpen fontos, mint hogy egy adott tengelyt egyszerűen cserélni lehessen. Ez lehetővé tette például a részleges üzembe helyezést, azaz párhuzamosan tudtak dolgozni a szoftveren, a hardveren és a szerkezeten. Így a projektre adott szűkös határidőn belül lehetett maradni. A TwinCAT NC PTP-vel ezenkívül az is lehetséges, hogy „léptessük” a műsort, azaz gyorsan előre- és visszaállíthassuk, mint egy filmet. Ez nagyon leegyszerűsítette az MKT számára a beüzemelést. Ha egy mozdulatsor valamelyik átmenete nem volt 100 százalékosan kielégítő, a mérnökök folyamatosan ismételhették. Más megoldásokkal ez nem lehetséges, azoknál újra és újra elölről kell kezdeni a bemutatót, míg el nem érik a kívánt pozíciót, ami nagyon időigényes.
Ellentétben az MKT által korábban decentralizált hardveres vezérlőkkel megvalósított hasonló kinetikus szobrokkal, a Kinetikus esőt egy központi PC és szoftver vezérli, és az átvitel EtherCAT buszon keresztül történik. Most a szoftver látja el azt a bütykös vezérlési tábla funkciót, amelyet az MKT a korábbi vezérlési megoldásokban a hajtás erősítőjéhez helyben illesztett hozzá. Ily módon a pozícióadatokat központilag lehet kezelni és valós időben továbbíthatók a tengelyekhez az EtherCAT buszon keresztül.
Az MKT számára a Beckhoff globális jelenléte is fontos volt, amikor partneréül választotta. A Beckhoff nemcsak arra volt képes, hogy kísérje és támogassa a projektet a németországi Verlben lévő központjának szakértői révén, hanem a végfelhasználó is bizonyos lehetett a helyi, szingapúri leányvállalatának támogatásában és szolgáltatásaiban.
