自動(dòng)化領(lǐng)域中的一個(gè)重要趨勢(shì)是提高機(jī)器人的使用量，從而提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。在其全自動(dòng)焊接設(shè)備中，德克薩斯公司 ARC Specialties 將機(jī)器人技術(shù)與Beckhoff 基于 PC 和EtherCAT 的開(kāi)放式控制解決方案結(jié)合在一起使用，為其客戶帶來(lái)了真正的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

     總部位于美國(guó)德克薩斯州休斯頓市的 ARCSpecialties 主要經(jīng)營(yíng)焊接和切割設(shè)備，其中，約 90 % 的設(shè)備都用于油氣行業(yè)。在ARCSpecialties 的重要客戶中，有多家全球性油氣OEM 總部都設(shè)在休斯頓地區(qū)。“ARC Specialties 團(tuán)隊(duì)致力于采用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)制造出最一流的定制自動(dòng)化設(shè)備，確保長(zhǎng)期可供貨性。”ARC Specialties公司高級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理 John Martin 如此說(shuō)道。“我們公司的控制理念強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開(kāi)放性。”ARC Specialties 公司電氣總設(shè)計(jì)師 Gary Ewin 補(bǔ)充道。“我們很多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都自己生產(chǎn)自己的專用控制器，在未來(lái)幾年內(nèi)這可能是個(gè)不錯(cuò)的解決方案，但多年過(guò)去后，控制系統(tǒng)維護(hù)所需的技術(shù)支持和維修將是一個(gè)很大的問(wèn)題。”

具有創(chuàng)新意義的等離子焊接工藝與Beckhoff 自動(dòng)化技術(shù)的完美融合

     很多 ARC Specialties 的客戶都是等離子弧焊解決方案的長(zhǎng)期用戶，該解決方案比激光切割系統(tǒng)要便宜很多，但達(dá)不到它們的速度。“當(dāng)然，傳統(tǒng)的等離子焊接系統(tǒng)能夠完成很高質(zhì)量的工作，但是它們往往速度比較慢，熱量消耗較高。”John Martin 解釋道。為了提高等離子焊接系統(tǒng)的性能，ARC 在公司自己的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室里研發(fā)了一套新的焊接工藝 — TriPulse™ 焊接系統(tǒng)，它基于鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）工藝。TriPulse™ 設(shè)計(jì)獨(dú)特，有三個(gè)不同的脈沖電流幅值，能夠用最少的熱消耗量提高沉降速率。“這讓我們能夠?qū)崿F(xiàn)非常接近激光系統(tǒng)的性能，但所需要消耗的等離子焊接設(shè)備成本要低很多。”John Martin 說(shuō)道。

     這款新型焊接系統(tǒng)是德克薩斯一家大客戶委托ARC 公司開(kāi)發(fā)而成的，首次用于全自動(dòng) ARC-11RB機(jī)器人焊接系統(tǒng)中，用于裝配液體凈化產(chǎn)品。除了能夠提高焊接速度外，所有生產(chǎn)工藝都是全自動(dòng)完成的：一架龍門起重機(jī)將一個(gè)定尺氣缸抬起并將它放到一套固定卡爪中。同時(shí)，機(jī)器人從一個(gè)給料運(yùn)輸機(jī)里拾起一個(gè)端環(huán)，并將它放到第二套固定卡爪中。然后，機(jī)器人從一個(gè)抓取工具換到一個(gè)焊炬并將端環(huán)焊接到氣缸上；然后，兩個(gè)固定卡爪都打開(kāi)，龍門起重機(jī)移走組件。隨后，氣缸翻轉(zhuǎn) 180 度，另一端插入到固定卡爪中，然后重復(fù)這一過(guò)程。成品隨后使用龍門起重機(jī)放到出料架上。視產(chǎn)品大小，整個(gè)過(guò)程 1 - 2分鐘內(nèi)即可完成。

    嵌入式控制器用作集成控制平臺(tái)

   ARC-11RB 機(jī)器人焊接系統(tǒng)配備了一臺(tái) Beckhoff CX1010 嵌入式控制器，該控制器安裝的是 Windows XP Embedded 操作系統(tǒng)和 TwinCAT NC PTP軟件。適合 DIN 導(dǎo)軌安裝的緊湊型嵌入式控制器用于控制整個(gè)應(yīng)用，包括龍門起重機(jī)、機(jī)器人功能、HMI、感應(yīng)加熱器、工件輸送帶和所有氣動(dòng)過(guò)程的開(kāi)始和停止。

“我們用 Microsoft Visual Studio 和C# 編寫我們自己的所有用于操作界面可視化的軟件。”John Martin 闡述道：“這可以幫助 ARCSpecialties 讓操作人員精通 Windows PC，提高操作的舒適性，提供定制設(shè)備所需的專業(yè)化。”系統(tǒng)的 HMI 元件通過(guò) TwinCAT ADS 與其余的系統(tǒng)通訊。

CX1010 控制一臺(tái) Fanuc ArcMa te M710IC-50 機(jī)器人和一臺(tái) LincolnPowerwave R350 焊接電源，它們通過(guò)一個(gè) DeviceNet 主站模塊無(wú)縫連接到嵌入式控制器。EtherCAT 端子模塊直接與 CX1010 連接，用作 I/O 系統(tǒng)。ARC Specialties 使用 EL403x 模擬量 Ethe rCAT 輸出端子模塊控制無(wú)DeviceNet 接口或需要極短響應(yīng)時(shí)間的的焊接電源。

EtherCAT 確保提高生產(chǎn)效率

“我們利用 Ethe rCAT 的高性能監(jiān)控任何 ARC-11RB 上設(shè)置的驅(qū)動(dòng)參數(shù)。”John Martin 繼續(xù)說(shuō)道：“這可顯著降低布線工作，幫助我們更加高效地編寫我們的代碼，以處理定制應(yīng)用。這對(duì) ARC Specialties來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)榇蟛糠謽I(yè)務(wù)都涉及到一個(gè)特定應(yīng)用的項(xiàng)目。”

盡管應(yīng)用程序很復(fù)雜， 新型ARC11-RB 焊接機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)只花費(fèi)了四周的時(shí)間。建造和裝配僅花費(fèi)了三周的時(shí)間即告完成。所有固定工作都是全自動(dòng)完成的，與手動(dòng)裝配相比，ARCSpecialties 的生產(chǎn)效率提高了 30%。“只有工件的裝卸工作仍需要手動(dòng)完成。”John Martin 強(qiáng)調(diào)說(shuō)道。“此外，使用 EtherCAT 之后，由于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，我們每根軸的布線時(shí)間節(jié)約了近一個(gè)小時(shí)。更少的組件和更緊湊的設(shè)計(jì)也讓我們能夠使用更小的控制柜。”

John Martin 看到基于 Windows 的PC 控制器的另一個(gè)好處：“我們的客戶能夠?qū)?Beckhoff 控制系統(tǒng)輕松、安全地連接到他們的本地區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中，以遠(yuǎn)程訪問(wèn)且使用諸如 WebEx 等服務(wù)。遠(yuǎn)程控制讓我們能夠在世界任何地方為設(shè)備提供支持、進(jìn)行故障檢測(cè)以及通過(guò)修改軟件的方式排除故障。這樣可以幫助我們及我們的客戶節(jié)省大量費(fèi)用。”

隨著 TwinCAT 3 的發(fā)布，John Martin 認(rèn)為 ARC Specialties 和 Beckhoff之間將有進(jìn)一步合作的機(jī)會(huì)：“讓我們感到激動(dòng)的是，設(shè)備程序和 HMI 可視化能夠集成到 Visual Studio 中，成為一個(gè)單獨(dú)的軟件環(huán)境。考慮到性能的提升和價(jià)格的提高，我們已經(jīng)決定，在不久的將來(lái)為我們大部分的設(shè)備和機(jī)器人都配備 Beckhoff 控制系統(tǒng)。”(