EtherCAT 端子盒構(gòu)成創(chuàng)新組件方案的堅實基礎(chǔ)

總部位于阿特南普赫郝奧地利 STIWA 集團(tuán)的核心業(yè)務(wù)是產(chǎn)品和組件自動化。STIWA 公司在需要以高吞吐量生產(chǎn)復(fù)雜精密和高品質(zhì)的組件的地方，比如用于制造汽車行業(yè)中用到的齒輪箱組件的高性能激光焊接機(jī)，都采用了 Beckhoff 的控制技術(shù)進(jìn)行控制。設(shè)備的核心部分是由 STIWA 專門開發(fā)的高速智能傳輸系統(tǒng)。它是專門為高性能組件而量身打造的，引用了由 EtherCAT 組件和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成的 Beckhoff 模塊化系統(tǒng)的所有優(yōu)點(diǎn)。

自動化系統(tǒng)制造商 STIWA Automation GmbH 和系統(tǒng)組件制造商APF Produktionsdienstleistungs GmbH 都隸屬于 STIWA 集團(tuán)，它在歐洲是一家非常著名的產(chǎn)品和組件自動化供應(yīng)商。全新集成有高速傳輸系統(tǒng)的高性能激光焊接機(jī)最近已投入生產(chǎn)，為一家世界領(lǐng)先的汽車制造商生產(chǎn)齒輪箱組件。

在傳統(tǒng)的裝配設(shè)備中，工件承載器通過摩擦皮帶在整個工廠中循環(huán)運(yùn)作。通過這種方式所達(dá)到的速度通常不足以滿足高性能生產(chǎn)的要求。除了停止和定位所需的單元之外，還必須代碼閱讀器有一個，以確保處理的是正確的工件承載器。

能帶來高附加值的系統(tǒng)

STIWA 通過使用伺服電機(jī)和齒形皮帶作為一個 NC 軸的方式在裝配設(shè)備中成功實現(xiàn)了工件的傳輸，從而讓使得工件承載器能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確的定位?？傊亓繛?10 kg 時的傳輸速度幾乎可以達(dá)到 3 m/s。此外，訣竅在于工件承載器的識別。只需使用一個簡單的接近開關(guān)，就可以掃描到工件承載器的下方的一個激光編碼板，然后通過 EP1258 數(shù)字量 EtherCAT 端子盒記錄。通過EtherCAT 的時間戳功能（分辨率在納秒范圍內(nèi)），可以在工件承載器經(jīng)過的時候?qū)ζ溥M(jìn)行識別。智能代碼算法最多可容許有三個讀取錯誤。

傳動皮帶由手動工作站上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。通過使用 Beckhoff EP7041 步進(jìn)電機(jī)端子盒 —— 通過智能設(shè)計 ——，工作站可以以安全限速和安全限制轉(zhuǎn)矩的方式實施。

STIWA 是高性能裝配自動化系統(tǒng)的領(lǐng)先供應(yīng)商之一：靈活的基于 EtherCAT 的傳輸系統(tǒng)幫助我們建立了一個新的里程碑

傳輸系統(tǒng) —— 不僅僅只是達(dá)到目的的手段

“傳輸系統(tǒng)是實現(xiàn)靈活的高性能自動化的關(guān)鍵之一。除了這里使用的系統(tǒng)之外，我們還需要另外設(shè)計一個用于有效載重為 100 kg 的型號。這樣可以，以相同的速度和安全性在整個生產(chǎn)設(shè)備中傳輸成套發(fā)動機(jī)組。”STIWA Holding GmbH 公司總經(jīng)理 Peter Sticht 在描述其自主開發(fā)時如此說道。“輸送不僅僅對我們來說非常重要，它也是價值鏈的一個組成部分，因為有了 TwinCAT NC 之后，我們就有我們自己的全能型 NC 軸。”

各個組件在激光焊接模塊中夾緊并焊接。中心平臺和激光定位單元構(gòu)成了設(shè)備的核心。在這兩個單元中，每個單元都有兩個獨(dú)立的應(yīng)用于激光光學(xué)的五自由度伺服運(yùn)動系統(tǒng)構(gòu)成。下面的中心平臺，每個包含 8 個用于精確夾緊工具的伺服軸。為了確保工藝可靠性，測量系統(tǒng)安裝在可更換的工具平臺上。這些系統(tǒng)通過帶增量編碼器接口的 EtherCAT 端子盒 EP5101 和 EtherCAT端子盒 EP1018 及 EP3174 連接到控制器。

所有工具都在 TwinCAT 系統(tǒng)管理器中被參數(shù)化為 EtherCAT 熱連接組，并可在運(yùn)行期間進(jìn)行更換。這樣可以在靈活的設(shè)備中焊接最多樣化的組件。工具通過 EtherCAT 熱連接組識別，確保設(shè)備總是配備正確的工具套件。設(shè)備中共安裝了 260 多個 EtherCAT端子盒。所有 180 個伺服軸被控制為全能型 NC 軸，需要相應(yīng)的計算能力，它由 14 個 采用 Intel® Core™2 Duo 處理器的 BeckhoffC6240-0030 工業(yè) PC 提供。

設(shè)備有一個復(fù)雜的工件承載器物流方案，它通過數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行映像。這樣可確保每個加工模塊總是能夠精確“知道”哪些配方參數(shù)將要用于當(dāng)前的工件。加工結(jié)果，如測量值、加工狀態(tài)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及工藝評估總是保持一致。

將散逸熱用于樓宇服務(wù)

雖然 TwinCAT 軟件功能塊確保 — 根據(jù)設(shè)備的動態(tài)情況 —盡可能少地在集熱器中將可用的激光能轉(zhuǎn)換熱能，不管怎樣，樓宇設(shè)備都能夠使用散逸出來的熱量：STIWA 公司大樓，也是采用Beckhoff 設(shè)備控制，使用由激光散逸出來的熱量為工廠大樓和辦公室供暖。

控制技術(shù)的集成

STIWA 的高性能裝配機(jī)是技術(shù)控制和集成的基礎(chǔ)。“我們不是圍繞著一項技術(shù)或工藝建造自動化系統(tǒng)；相反，我們是將工藝作為自動化的一部分進(jìn)行開發(fā)。”Peter Sticht 在描述這一方案時說道。“這讓我們能夠步進(jìn)實施非常復(fù)雜的裝配工藝，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)周期時間小于每 0.7s 完成一個粗加工工件 — 盡管是要求相當(dāng)高的工藝，如那些配件加工中的工藝。”

工件承載器在經(jīng)過數(shù)字量 EtherCAT 端子盒 EP1258 時被識別。輸送系統(tǒng)上最多可檢測 623 個不同的工件承載器

齒輪箱組件在激光光電元件中焊接靈活的夾緊裝置中的信號全部通過 EtherCAT端子盒采集，從而可實現(xiàn)優(yōu)化安裝

數(shù)據(jù)采集是價值創(chuàng)造的關(guān)鍵

集團(tuán)下屬的軟件公司 AMS Engineering GmbH 開發(fā)的成熟軟件解決方案進(jìn)一步完善了 STIWA Automation 的產(chǎn)品范圍。采集詳細(xì)的生產(chǎn)數(shù)據(jù) — 作為設(shè)備的整體部分 — 能夠快速、精確地識別存在的瓶頸問題。這樣可以實現(xiàn)基于事實的連續(xù)改進(jìn)過程。有了設(shè)備數(shù)據(jù)采集（MDA）、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集（PDA）及質(zhì)量數(shù)據(jù)采集（QDA）功能之后，就能夠采集并顯示所有設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

虛擬的實時追蹤功能不僅能夠確定故障原因；它還能夠使得生產(chǎn)工藝透明化。它能夠即時確定出問題是出在產(chǎn)品、工藝還是批量錯誤。通過連接批量和過程數(shù)據(jù)，即過程參數(shù)分配給每個組件，確保全面可追蹤性。歷史數(shù)據(jù)采集和版本可控的配方構(gòu)成這一追蹤系統(tǒng)的核心部分。軟件產(chǎn)品范圍通過通用、可擴(kuò)展的可視化系統(tǒng)得到進(jìn)一步完善。它從現(xiàn)場信號延伸到倉儲，能夠立即顯示理想值和瞬時生產(chǎn)之間的偏差。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（如OEE、TEEP 及很多其它參數(shù)）可以清楚顯示，幫助避免或縮短設(shè)備停機(jī)及故障時間。這可以通過 TwinCAT 中的功能塊與分析軟件之間的一個復(fù)雜、集成的接口實現(xiàn)。可視化方案基于一個客戶端/服務(wù)器架構(gòu)，它在 Beckhoff CP7702 15 英寸面板型 PC 上顯示 Z-Point CI — 久經(jīng)驗證的 AMS Engineering 用戶界面。

STIWA 總經(jīng)理 Peter Sticht 對一件事情很確定：“這一設(shè)備讓我們在靈活的自動化領(lǐng)域建立了一個新的里程碑，在歐洲這片高薪的地區(qū)重新定義了所謂的“高性能”并將其變?yōu)楝F(xiàn)實。”