jinri，jichuangzhizaoshanggelaobojituanweibangzhukehuyingduixiaofeizheduidiandongqichexuqiudekuaisuzengchangjumian，dazaoledapiliangshengchanhezhuangpeixitong。gelaobocaiyongbeifujiyu PC 和 EtherCAT 的控製和驅動技術解決了最大限度地縮短加工周期並相應加快工藝順序等關鍵問題，成功完成了這一任務。一台精密的發卡電機（因為電機定子繞組的線圈形狀像發卡而得名）專用機床很好地說明了這種優化的可擴展自動化解決方案所具備的優勢。該解決方案不僅采用一台安裝有 TwinCAT 3 軟件的 C603x 超緊湊型工業 PC 作為中央控製平台，而且還配備了 XTS 磁驅柔性輸送係統。
靈活的、具有快速循環時間的控製技術
助力提升發卡電機定子生產線效率
格勞博集團是一家在全世界範圍內運作的家族企業，總部位於德國明德海姆市，自 95 年前成立以來，一直致力於為全球知名的汽車製造商及其供應商研發和生產各種係統和機床，其產品係列包括通用加工中心、複(fu)雜(za)的(de)生(sheng)產(chan)係(xi)統(tong)，以(yi)及(ji)手(shou)動(dong)裝(zhuang)配(pei)工(gong)位(wei)和(he)全(quan)自(zi)動(dong)裝(zhuang)配(pei)生(sheng)產(chan)線(xian)。這(zhe)其(qi)中(zhong)也(ye)包(bao)括(kuo)電(dian)機(ji)生(sheng)產(chan)係(xi)統(tong)，以(yi)及(ji)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)和(he)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)生(sheng)產(chan)和(he)裝(zhuang)配(pei)係(xi)統(tong)，格(ge)勞(lao)博(bo)電(dian)動(dong)車(che)業(ye)務(wu)部(bu)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)部(bu)門(men)負(fu)責(ze)人(ren) Fabian Glöckler 解釋道：“我們的產品可以覆蓋該領域的整個產業鏈，為客戶提供完整的定製化動力總成係統。”
緊密的團隊合作（從左到右）是成功研發出精密的發卡電機加工專用機床的關鍵：Tilman Plaß 和 Darius Wala(來自倍福)，Oliver Schernau 和 Fabian Glöckler(來自格勞博)，Karsten Schätzle（倍福），Thomas Thurnhuber、Daniel Gugenberger 和 Florian Pichler(來自格勞博), Florian Schütt（倍福），Martin Ellenrieder、Andreas Reißer 和 Thomas Greißel(來自格勞博)。
電動汽車需要性能強大的控製技術
據格勞博電動汽車業務部門的功能開發組負責人 Martin Ellenrieder 介紹，電動汽車的發展趨勢也對控製技術提出了新的要求：“與針對發動機的係統相比，這些係統具有工位更加精密、PLC 周期時間更短、裝配線中配備的驅動產品比例更高以及耦合運動更加複雜等特點。”發卡電機（第二代）也具有上述特點，它完全配備了倍福的控製和驅動技術。除了 4 根格勞博主軸之外，它總共還配備了 57 根 NC 軸 — 40 根實軸和 5 根虛軸，以及 XTS 磁驅柔性輸送係統的 12 個動子（作為獨立的伺服軸運行）。此外，還有一個由 EtherCAT 和 TwinSAFE 端子模塊或端子盒（270 個數字量輸入和 150 個數字量輸出）組成的 I/O 層。
從機床內部結構圖可以看出運動序列的複雜性和多樣性，一直到 XTS 磁驅柔性輸送係統（前景）
C6030 或 C6032 超緊湊型工業 PC 和 TwinCAT 軟件用作控製係統核心部分，機床在每個發卡繞組加工周期僅為 2.3 秒的基礎上實現了極高的輸出率。每個定子需要單獨生產約 200 個發卡式繞組。整個加工過程非常複雜，涉及的控製任務範圍也很廣泛：從銅管線材進料到矯直、複雜的彎曲和剝線，再到精確預插入到插槽中：
供線（從線圈到直銅線，進行或不進行銅線絕緣層的電氣測量）：基於 PC 的控製技術應用於張力控製
- 實時剝線：軸定位、凸輪和飛鋸
- 送線：軸與第二個編碼器係統耦合，根據係統的運行狀態切換編碼器係統，以及通過用於專用操作模式（帶線或不帶線運行）的接口切換軸
- 銅絲檢測：輸送和定位
- 壓裝/切割：凸輪以及在壓裝/切割過程中通過虛擬齒輪功能的動態耦合係數對材料位移進行補償
- 2D 彎曲：由發卡式繞組參數產生的動態凸輪通過虛擬齒輪功能的動態耦合係數進行耦合
- 3D 彎曲：由發卡式繞組參數產生的動態凸輪通過虛擬齒輪功能的動態耦合係數與 XTS 動子耦合
- 預插入發卡式繞組：凸輪或協調運動
- 多樣化的進料方式/預插插槽和夾緊手指的定位運動：耦合虛擬軸和實際軸
格勞博電動汽車業務部門電氣設計組組長 Daniel Gugenberger 在解釋繞組的生產與發動機生產的區別時說道：“如螺栓連接、壓裝和手動裝配操作等傳統裝配工藝已經在很大程度上實現了自動化，如果采用手工操作方法，則無法達到要求的質量、精度和速度。”由於係統的吞吐量非常大，詳細的設備和過程數據至關重要，而這也正是倍福基於 PC 的控製技術的用武之地：“如(ru)果(guo)一(yi)個(ge)完(wan)整(zheng)的(de)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)花(hua)費(fei)的(de)時(shi)間(jian)僅(jin)為(wei)兩(liang)秒(miao)鍾(zhong)，則(ze)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)合(he)適(shi)的(de)分(fen)析(xi)工(gong)具(ju)和(he)高(gao)速(su)相(xiang)機(ji)實(shi)現(xian)生(sheng)產(chan)檢(jian)測(ce)和(he)誤(wu)差(cha)分(fen)析(xi)。因(yin)此(ci)，我(wo)們(men)經(jing)常(chang)使(shi)用(yong) TwinCAT Scope View 示波器軟件。”
製造一個定子需要約 50 種不同設計的 200 個發卡式繞組。它們按照放置在預插插槽中的順序依次生產。因此，在線誤差檢測具有非常重要的意義。Fabian Glöckler 解釋道：“如(ru)果(guo)出(chu)現(xian)材(cai)料(liao)或(huo)幾(ji)何(he)形(xing)狀(zhuang)誤(wu)差(cha)，則(ze)必(bi)須(xu)再(zai)次(ci)生(sheng)產(chan)相(xiang)應(ying)的(de)發(fa)卡(ka)式(shi)繞(rao)組(zu)，並(bing)通(tong)過(guo)自(zi)動(dong)進(jin)料(liao)裝(zhuang)置(zhi)將(jiang)其(qi)插(cha)入(ru)到(dao)係(xi)統(tong)中(zhong)，以(yi)便(bian)插(cha)入(ru)到(dao)正(zheng)確(que)的(de)位(wei)置(zhi)中(zhong)。運(yun)動(dong)軸(zhou)數(shu)量(liang)較(jiao)大(da)，發(fa)卡(ka)式(shi)繞(rao)組(zu)規(gui)格(ge)較(jiao)多(duo)，這(zhe)也(ye)意(yi)味(wei)著(zhe)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)需(xu)要(yao)及(ji)時(shi)計(ji)算(suan)各(ge)種(zhong)參(can)數(shu)、彎曲角度和凸輪曲線，這是一項龐大又艱巨的任務。”
格勞博的點擊定子（右）包含多個由發卡式繞組組成的繞組輪轂（左）
成熟的自動化係統和創新的 HMI
早在 2004 年，第一台格勞博加工機床就采用了倍福技術，Martin Ellenrieder 回憶道：“首先是試驗台，隨後是附加刀庫，到 2017 年，第一條裝配線也采用了基於 PC dezidonghuakongzhixitong。xitongjuyoukongzhizhouqiduan，yijizaiweilaiyingyonghexuqiumanzufangmiangaodulinghuodengtedian，tongshiyongyouyubutongzongxianxitonglianjiededaliangjiekouyijifengfudeyundongkongzhihezhenduangongneng。TwinCAT 軟件的最大優勢在於它具有良好的開放性（例如可以集成 MATLAB®），從而可以加快係統開發過程。因此，工藝工程師可以將仿真功能輕鬆集成到測試設備中。TwinCAT 軟件的其它優點包括從 E-CAD 係統到 HMI 的代碼自動生成，簡單集成自主開發的運動控製功能塊，以及集成版本控製、錯誤跟蹤和軟件測試。此外，TwinCAT 軟件還具有很高的靈活性，讓我們能夠更輕鬆地實現軟件開發的標準化。”
一台 C6030 超緊湊型工業 PC 為集中控製所有工藝順序提供最佳算力
超緊湊型工業 PC C6030 或 C6032（如果需要更多的接口）與帶客戶定製的按鈕擴展件的 CP3918 多點觸摸控製麵板連接起來使用。“工業 PC 提供了足夠算力，幫助我們可靠地實現了將 PLC 周期時間縮短到 4 毫秒的目標。此外，它的設計非常緊湊，安裝選項靈活。”Fabian Glöckler 說道。在人機界麵方麵，重點是方便和無差錯的機器操作，因此公司很早就已經開始使用倍福的 TwinCAT HMI 軟件。“我們從一開始就與倍福，尤其是倍福慕尼黑分公司密切合作，才能夠成功實施這樣一個大型 HMI 項目。我們之間的合作富有成效，例如在 HMI 和 PLC 程序之間的自動關聯和多語言實施方麵，最後倍福根據我們對人機界麵的直觀性、易用性、一目了然的參數顯示和豐富的診斷功能等需求定製了一個 HMI 軟件，最終為我們所有的係統提供了統一和創新的操作方案。”
通過伺服軸和 XTS 實現複雜的運動控製
除了倍福的緊湊型驅動產品之外，格勞博還使用了 AX5000 伺服驅動器，主要用於控製采用單電纜技術(OCT)的 AM8000 伺服電機，以便最大限度地減少安裝空間和布線工作量
AX5000 伺服驅動器用於控製多個旋轉軸，部分旋轉軸由結構緊湊的 EL72xx 和 EP72xx 驅動端子模塊和 AM8000 伺服電機控製。Martin Ellenrieder 認為，單電纜技術在這種情況下為他們帶來了特殊優勢：“單電纜技術可以顯著減少布線工作量，並最大限度地降低出錯風險。AX5000 伺服驅動器兼容多種編碼器接口並配備 AX5805 TwinSAFE 選項卡，能夠實現安全驅動功能，這也是我們選擇使用 AX5000 的重要原因。”除此之外，TwinCAT 軟件平台還能提供 TwinCAT NC PTP、NC Camming 或 NC Flying Saw 等豐富的功能組件，最重要的是，這些功能組件可以自由組合。
倍福的 XTS 係統為旋轉軸提供了功能上的補充。一個配備了 12 個動子的 3 米長橢圓形導軌係統將各個發卡式繞組輸送給一個線性龍門，完成最後的插入工序。Daniel Gugenberger 認為，XTS 提高了係統的靈活性，並且能夠輕鬆添加新功能，帶來了顯著的應用優勢。他補充道：“除了傳統的輸送任務之外，我們還使用 XTS 在不同的加工位置（折彎和相機工位）靈活進行定位。XTS 係統采用模塊化設計，結構緊湊，讓我們能夠輕鬆整合不同的工位。輸送係統還能夠根據組件狀態（無組件、第一次彎曲、第二次彎曲）進jin行xing靈ling活huo的de距ju離li控kong製zhi，縮suo短duan周zhou期qi時shi間jian，解jie耦ou了le各ge個ge加jia工gong過guo程cheng，為wei我wo們men帶dai來lai了le進jin一yi步bu的de競jing爭zheng優you勢shi，例li如ru，加jia工gong時shi間jian的de不bu同tong不bu會hui直zhi接jie影ying響xiang整zheng個ge機ji床chuang。”
據 Martin Ellenrieder 介紹，TwinSAFE 係統集成式安全功能在安全應用方麵具有高度靈活性。除了基於驅動器的安全技術之外，TwinSAFE 邏輯模塊 EL6910 也被用作專用安全控製器。整條生產線上的各個機床和係統的分布式安全應用通過 EtherCAT Automation Protocol（EAP）相互通信。“這種跨控製係統的安全通信是確保機床安全的一個非常重要的方麵，因為我們的客戶通常都會使用大量的互聯係統。”Martin Ellenrieder 總結道。
關於德國倍福
倍福（Beckhoff）公司總部位於德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多國際標準。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和TwinCAT自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控製係統，可為各個工控領域提供開放式自動化係統和完整的解決方案。倍福於1997年進入中國市場，致力於幫助製造企業提升競爭優勢，加速轉型升級。倍福在業內享有“創新引擎”的美譽，公司所倡導的PC控製技術具有良好的開放性，將IT技術、互聯網和自動化技術完美融合，助力實現工業 4.0 和智能製造。憑借領先的技術優勢和豐富的行業知識，倍福的創新產品和解決方案廣泛應用於風力發電、半導體、光伏太陽能、電子製造、金屬加工、包裝機械、物流輸送以及樓宇自控等眾多領域。
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