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葡萄牙著名汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)索德西亞（Sodecia）集團(tuán)在全球有 32 家工廠，一直保持著其領(lǐng)先的解決方案供應(yīng)商和汽車制造商的地位。總部設(shè)在安大略省倫敦市的 Sodecia 全球技術(shù)與自動(dòng)化中心（GTAC）主要交付用于生產(chǎn)和裝配汽車零部件的全自動(dòng)生產(chǎn)線。Sodecia GTAC 的裝配線采用的是倍福基于 PC 的控制技術(shù)，以確保在提供高品質(zhì)的同時(shí)能夠控制成本。

機(jī)器人在高度自動(dòng)化的 BIW 零部件裝配中起主要作用：她們焊接各個(gè)沖壓廢料和零部件，以構(gòu)建車身框架結(jié)構(gòu)

“我們目前的‘主打’產(chǎn)品是我們成功的交鑰匙機(jī)器人焊接單元解決方案。”Sodecia GTAC 的控制系統(tǒng)方案開(kāi)發(fā)工程師 Brent Lekx-Toniolo 說(shuō)道。“迄今為止，我們做過(guò)的最大項(xiàng)目是 2015 年春天完成的一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目涉及到了 21 臺(tái)各種尺寸的 KUKA 機(jī)器人（KR 210、KR 30 和 KR 6 系列），它們主要用于車身框架架構(gòu)和汽車底盤（即白車身，BIW）的裝配、焊接、物料搬運(yùn)和密封。”Sodecia GTAC 的控制專家 Jon Bysma 表示道。“開(kāi)始的時(shí)候，各種小沖壓廢料由機(jī)器人焊接成子配件。這些子配件自動(dòng)卸載并輸送到后續(xù)工序中，各種零部件都在這里組裝，形成 BIW。從這里，工藝過(guò)程被分為兩個(gè)相同的產(chǎn)品線 — 這一劃分產(chǎn)生了冗余，并提高了吞吐量。各個(gè)傳感器進(jìn)行綜合分析，例如，以確保所有緊固件正確放置在組件上，并將數(shù)據(jù)發(fā)給控制器。在經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的裝配工序后，兩個(gè)產(chǎn)品線合并成一個(gè)，組件移到最后的夾具中。”

Beckhoff 基于 PC 的控制技術(shù)貫穿整個(gè)系統(tǒng)

自 2008 年起，Sodecia GTAC 就一直使用倍福的 PC 控制器來(lái)控制其 IBW 裝配。“到目前為止，Sodecia GTAC 已經(jīng)使用倍福基于 PC 的控制技術(shù)建造了 49 條生產(chǎn)線，從配備一臺(tái)機(jī)器人的機(jī)器到配備 20 臺(tái)關(guān)節(jié)型機(jī)器人的生產(chǎn)線。”Jon Bysma 說(shuō)道。目前實(shí)現(xiàn)的配備有 21 臺(tái)機(jī)器人的焊接單元使用一臺(tái) 15 英寸的采用 Intel? Celeron? ULV 處理器的 CP6202 面板型 PC 控制。 面板型 PC 還可以檢測(cè)機(jī)器人之間的干擾和跟蹤 OEE（設(shè)備綜合效率），同時(shí)作為機(jī)器的 HMI 管理總體故障檢測(cè)和報(bào)警情況，并整合機(jī)器的所有安全問(wèn)題。 機(jī)器人由 KUKA 的 KR C4 控制器控制。

“TwinCAT 開(kāi)發(fā)環(huán)境和各種軟件庫(kù)大幅縮短了機(jī)器人單元的編程時(shí)間。”Sodecia GTAC 的主管控制工程師 Rob Remillard 敘述道。“在 TwinCAT 中，我們可以使用任何 IEC 61131-3 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)代碼段，然后將它們部署在多個(gè)實(shí)例中。如果使用其它平臺(tái)，這就沒(méi)那么容易了。”

集成的安全解決方案

EtherCAT 也充分考慮了具體應(yīng)用。高速通訊系統(tǒng)通過(guò) TwinSAFE I/O 端子模塊實(shí)現(xiàn)所有機(jī)器人通訊、I/O 和安全功能。“這條生產(chǎn)線通過(guò) TwinSAFE 共集成了 228 臺(tái)安全設(shè)備。”倍福加拿大分公司的區(qū)域銷售經(jīng)理 Calvin Wallace 解釋說(shuō)道。“這一安全方案的模塊化性和可擴(kuò)展性為 Sodecia GTAC 帶來(lái)了巨大好處。”Brent Lekx-Toniolo 補(bǔ)充道。“這樣一來(lái)，我們的安全配置無(wú)需進(jìn)行大的改動(dòng)，不管我們是設(shè)計(jì)配備一臺(tái)機(jī)器人的機(jī)器，還是設(shè)計(jì)一個(gè)如這里講到的配備 21 臺(tái)機(jī)器人的系統(tǒng)。我們只需從預(yù)構(gòu)建的框架中移除不需要的部分，但基本功能仍然是相同的。

倍福公司區(qū)域銷售經(jīng)理 Calvin Wallace 和來(lái)自 Sodecia GTAC 的控制專家 Jon Bysma、主管控制工程師 Rob Remillard 與控制系統(tǒng)方案開(kāi)發(fā)工程師 Brent Lekx-Toniolo（從左至右）

Sodecia 甚至在進(jìn)行機(jī)器人編程時(shí)還使用了 TwinSAFE 技術(shù)。“在示教和程序驗(yàn)證過(guò)程中，TwinSAFE 用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人之間的閉鎖。”控制專家 Jon Bysma 解釋說(shuō)。“如果正在給一臺(tái)機(jī)器人示教機(jī)器人技術(shù)，就可以通過(guò)給其它機(jī)器人發(fā)送一個(gè) e-stop 信號(hào)的方式將所有可能進(jìn)入到操作區(qū)域的其它機(jī)器人鎖在外面。授權(quán)開(kāi)關(guān)都在 TwinSAFE 中進(jìn)行監(jiān)控。”

Sodecia GTAC 機(jī)器人裝配線中每個(gè)主要的自動(dòng)化組件都與一個(gè) EL6900 TwinSAFE 邏輯端子模塊連接，一系列 EL1904 和 EL2904 數(shù)字量輸入和輸出端子模塊用于處理安全 I/O，并與其它安全設(shè)備通訊。EL6900 用作安全通訊的主站，用于分析安全 I/O 的數(shù)據(jù)。集成的安全功能包括 e-stops、機(jī)器監(jiān)控、“AND” 和 “OR” 功能以及解耦器。EtherCAT伺服驅(qū)動(dòng)器 AX5103 中集成的 TwinSAFE 選項(xiàng)卡具有諸如 STO（安全轉(zhuǎn)矩關(guān)斷）和 Ss2（安全停止 2）功能，確保焊接設(shè)備的安全運(yùn)行。此外還有雙手同步啟動(dòng)機(jī)器的安全功能。

控制柜內(nèi)的零空間需求：EtherCAT 端子盒

除了防護(hù)等級(jí)為 IP 20 的 EtherCAT 端子模塊之外，可以直接安裝在機(jī)器上的 EtherCAT IP 67 端子盒也可以用在整條裝配線上。例如，EP1908 TwinSAFE 端子盒可以安全地連接每個(gè)安全門入口處的開(kāi)關(guān)板。各個(gè) EtherCAT 端子盒也可以用于非安全技術(shù)設(shè)置、傳感器連接、氣缸、空氣壓力開(kāi)關(guān)、電磁閥以及測(cè)量設(shè)備。“IP 67 端子盒的優(yōu)點(diǎn)包括減少控制柜需求，簡(jiǎn)化安裝和布線工作，并具有出色的物理耐久性。”Toniolo 接著道。同時(shí)，可以在現(xiàn)場(chǎng)輕松診斷 EtherCAT 端子盒的通訊狀態(tài)，因?yàn)樗行盘?hào)狀態(tài)指示都是非常明顯的。

優(yōu)化診斷功能

“EtherCAT 還讓我們能夠執(zhí)行所有相關(guān)的診斷功能。”Toniolo 闡釋道。“例如，我們已經(jīng)使用這一信息來(lái)精確定位生產(chǎn)線中哪根電纜有破損，其結(jié)果通過(guò) HMI 的指示器閃爍來(lái)顯示。同樣，我們?cè)陧?xiàng)目中使用的大量診斷信息也都由 TwinSAFE 提供。由于 EtherCAT 具有良好的開(kāi)放性和兼容性，我們可以輕松集成其它制造商相同的診斷功能并監(jiān)控 EtherCAT 從站。我們僅抓住了潛在的診斷功能的一些皮毛，因此在這一基礎(chǔ)上構(gòu)建未來(lái)的潛力非常巨大。”

高系統(tǒng)吞吐量 — 縮短調(diào)試時(shí)間

任何生產(chǎn)環(huán)境中都非常不喜歡出現(xiàn)非計(jì)劃停機(jī)，而它在汽車行業(yè)的成本尤其高。“最新的 PC 控制生產(chǎn)線的平均周期時(shí)間僅為不到 50 秒，每個(gè)小時(shí)可以生產(chǎn) 72 個(gè)復(fù)雜的零部件，每年的零部件產(chǎn)量高達(dá) 355,000 件。”Toniolo 說(shuō)道。通過(guò)基于 PC 的控制技術(shù)及 EtherCAT 中固有的功能，Sodecia GTAC 也能夠顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。“如果使用一臺(tái)傳統(tǒng)的控制器，一套配備一臺(tái)或兩臺(tái)機(jī)器人的系統(tǒng)的 PLC 配置和編程需要差不多兩個(gè)月的時(shí)間。而使用 TwinCAT 可以將這一時(shí)間縮短到兩周，且控制的調(diào)試時(shí)間也可以縮短至少 50 %：“在目前配備有 21 臺(tái)機(jī)器人的項(xiàng)目中，總共花費(fèi)了約兩個(gè)月的時(shí)間完成生產(chǎn)線的建立、機(jī)器人示教和 PLC 編程、以及調(diào)試和最終客戶的第一批試生產(chǎn)零部件的生產(chǎn)。”Brent Lekx-Toniolo 說(shuō)道。

“由于倍福的產(chǎn)品一直能保證長(zhǎng)期供貨，且運(yùn)行穩(wěn)定可靠，自 2008 年起，Sodecia 就一直使用相同型號(hào)的 CP6202 面板型 PC。”Toniolo 解釋說(shuō)道。“它堅(jiān)固耐用，并具有很高的性價(jià)比。”不久的將來(lái)，Sodecia GTAC 將標(biāo)準(zhǔn)化使用倍福的一款全新的多點(diǎn)觸控面板型 PC，以便將其裝配線中改善后的 HMI 技術(shù)和功能囊括進(jìn)去。“同時(shí)，我們將進(jìn)一步改進(jìn)我們的控制編程，以便可以使用 TwinCAT 3，這樣，我們就能夠更好地利用自動(dòng)化技術(shù)與信息技術(shù)的融合帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。”

裝配單元由一臺(tái) 15 英寸的倍福 CP6202 面板型 PC 控制

應(yīng)用概覽：

針對(duì)汽車行業(yè)的解決方案

機(jī)器人輔助汽車零部件裝配（BIW 零部件）

PC 控制結(jié)構(gòu)

集成式控制配備 21 臺(tái) KUKA 機(jī)器人的裝配單元

為數(shù)百個(gè)安全設(shè)備集成 228 個(gè) TwinSAFE I/O

為客戶帶來(lái)的好處

高系統(tǒng)吞吐量

縮短調(diào)試時(shí)間

采用 EtherCAT IP 67 端子盒，減小了控制柜體積

通過(guò) EtherCAT 和 TwinSAFE 實(shí)現(xiàn)綜合診斷功能