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 EtherCAT 端子盒構(gòu)成創(chuàng)新組件方案的堅(jiān)實(shí)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(dòng)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(dòng)化軟件構(gòu)成的 Beckhoff 模塊化系統(tǒng)的所有優(yōu)點(diǎn)。

自動(dòng)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(dòng)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(gè)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(gè)，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(gè) NC 軸的方式在裝配設(shè)備中成功實(shí)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(shí)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(shí)別。只需使用一個(gè)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(gè)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(shí)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(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行識(shí)別。智能代碼算法最多可容許有三個(gè)讀取錯(cuò)誤。

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

STIWA 是高性能裝配自動(dòng)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(gè)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(shí)現(xiàn)靈活的高性能自動(dòng)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(jì)一個(gè)用于有效載重為 100 kg 的型號(hào)。這樣可以，以相同的速度和安全性在整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備中傳輸成套發(fā)動(dòng)機(jī)組。”STIWA Holding GmbH 公司總經(jīng)理 Peter Sticht 在描述其自主開發(fā)時(shí)如此說道。“輸送不僅僅對(duì)我們來說非常重要，它也是價(jià)值鏈的一個(gè)組成部分，因?yàn)橛辛?TwinCAT NC 之后，我們就有我們自己的全能型 NC 軸。”

各個(gè)組件在激光焊接模塊中夾緊并焊接。中心平臺(tái)和激光定位單元構(gòu)成了設(shè)備的核心。在這兩個(gè)單元中，每個(gè)單元都有兩個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用于激光光學(xué)的五自由度伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。下面的中心平臺(tái)，每個(gè)包含 8 個(gè)用于精確夾緊工具的伺服軸。為了確保工藝可靠性，測(cè)量系統(tǒng)安裝在可更換的工具平臺(tái)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(shí)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(gè) EtherCAT端子盒。所有 180 個(gè)伺服軸被控制為全能型 NC 軸，需要相應(yīng)的計(jì)算能力，它由 14 個(gè) 采用 Intel® Core™2 Duo 處理器的 BeckhoffC6240-0030 工業(yè) PC 提供。

設(shè)備有一個(gè)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(gè)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(cè)量值、加工狀態(tài)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及工藝評(píng)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(dòng)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(xiàng)技術(shù)或工藝建造自動(dòng)化系統(tǒng)；相反，我們是將工藝作為自動(dòng)化的一部分進(jìn)行開發(fā)。”Peter Sticht 在描述這一方案時(shí)說道。“這讓我們能夠步進(jìn)實(shí)施非常復(fù)雜的裝配工藝，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)周期時(shí)間小于每 0.7s 完成一個(gè)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(shí)被識(shí)別。輸送系統(tǒng)上最多可檢測(cè) 623 個(gè)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(hào)全部通過 EtherCAT端子盒采集，從而可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化安裝

數(shù)據(jù)采集是價(jià)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(shí)別存在的瓶頸問題。這樣可以實(shí)現(xiàn)基于事實(shí)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(shí)時(shí)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(shí)確定出問題是出在產(chǎn)品、工藝還是批量錯(cuò)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(gè)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(chǎng)信號(hào)延伸到倉儲(chǔ)，能夠立即顯示理想值和瞬時(shí)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(shí)間。這可以通過 TwinCAT 中的功能塊與分析軟件之間的一個(gè)復(fù)雜、集成的接口實(shí)現(xiàn)。可視化方案基于一個(gè)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(yàn)證的 AMS Engineering 用戶界面。

STIWA 總經(jīng)理 Peter Sticht 對(duì)一件事情很確定：“這一設(shè)備讓我們?cè)陟`活的自動(dòng)化領(lǐng)域建立了一個(gè)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(shí)。”