EtherCAT 端子盒構成創新組件方案的堅實基礎

總部位于阿特南普赫郝奧地利 STIWA 集團的核心業務是產品和組件自動化。STIWA 公司在需要以高吞吐量生產復雜精密和高品質的組件的地方，比如用于制造汽車行業中用到的齒輪箱組件的高性能激光焊接機，都采用了 Beckhoff 的控制技術進行控制。設備的核心部分是由 STIWA 專門開發的高速智能傳輸系統。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 自動化軟件構成的 Beckhoff 模塊化系統的所有優點。

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

在傳統的裝配設備中，工件承載器通過摩擦皮帶在整個工廠中循環運作。通過這種方式所達到的速度通常不足以滿足高性能生產的要求。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

STIWA 通過使用伺服電機和齒形皮帶作為一個 NC 軸的方式在裝配設備中成功實現了工件的傳輸，從而讓使得工件承載器能夠實現非常精確的定位。總重量為 10 kg 時的傳輸速度幾乎可以達到 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，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），可以在工件承載器經過的時候對其進行識別。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電機驅動。通過使用 Beckhoff EP7041 步進電機端子盒 —— 通過智能設計 ——，工作站可以以安全限速和安全限制轉矩的方式實施。

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

傳輸系統 —— 不僅僅只是達到目的的手段

“傳輸系統是實現靈活的高性能自動化的關鍵之一。除了這里使用的系統之外，我們還需要另外設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設備中傳輸成套發動機組。”STIWA Holding GmbH 公司總經理 Peter Sticht 在描述其自主開發時如此說道。“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成了設備的核心。在這兩個單元中，每個單元都有兩個獨立的應用于激光光學的五自由度伺服運動系統構成。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，測量系統安裝在可更換的工具平臺上。這些系統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 系統管理器中被參數化為 EtherCAT 熱連接組，并可在運行期間進行更換。這樣可以在靈活的設備中焊接最多樣化的組件。工具通過 EtherCAT 熱連接組識別，確保設備總是配備正確的工具套件。設備中共安裝了 260 多個 EtherCAT端子盒。所有 180 個伺服軸被控制為全能型 NC 軸，需要相應的計算能力，它由 14 個 采用 Intel® Core™2 Duo 處理器的 BeckhoffC6240-0030 工業 PC 提供。

設備有一個復雜的工件承載器物流方案，它通過數據服務器進行映像。這樣可確保每個加工模塊總是能夠精確“知道”哪些配方參數將要用于當前的工件。加工結果，如測量值、加工狀態、質量標準以及工藝評估總是保持一致。

將散逸熱用于樓宇服務

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

控制技術的集成

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

工件承載器在經過數字量 EtherCAT 端子盒 EP1258 時被識別。輸送系統上最多可檢測 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，從而可實現優化安裝

數據采集是價值創造的關鍵

集團下屬的軟件公司 AMS Engineering GmbH 開發的成熟軟件解決方案進一步完善了 STIWA Automation 的產品范圍。采集詳細的生產數據 — 作為設備的整體部分 — 能夠快速、精確地識別存在的瓶頸問題。這樣可以實現基于事實的連續改進過程。有了設備數據采集（MDA）、生產數據采集（PDA）及質量數據采集（QDA）功能之后，就能夠采集并顯示所有設備生產數據。

虛擬的實時追蹤功能不僅能夠確定故障原因；它還能夠使得生產工藝透明化。它能夠即時確定出問題是出在產品、工藝還是批量錯誤。通過連接批量和過程數據，即過程參數分配給每個組件，確保全面可追蹤性。歷史數據采集和版本可控的配方構成這一追蹤系統的核心部分。軟件產品范圍通過通用、可擴展的可視化系統得到進一步完善。它從現場信號延伸到倉儲，能夠立即顯示理想值和瞬時生產之間的偏差。工業標準參數（如OEE、TEEP 及很多其它參數）可以清楚顯示，幫助避免或縮短設備停機及故障時間。這可以通過 TwinCAT 中的功能塊與分析軟件之間的一個復雜、集成的接口實現。可視化方案基于一個客戶端/服務器架構，它在 Beckhoff CP7702 15 英寸面板型 PC 上顯示 Z-Point CI — 久經驗證的 AMS Engineering 用戶界面。

STIWA 總經理 Peter Sticht 對一件事情很確定：“這一設備讓我們在靈活的自動化領域建立了一個新的里程碑，在歐洲這片高薪的地區重新定義了所謂的“高性能”并將其變為現實。”