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索德西亞集團(tuán)（Sodecia）的全球技術(shù)與自動化中心（GTAC）主要為汽車行業(yè)量產(chǎn)定制要求極高的制造機(jī)械。他們采用已在整個(gè)Sodecia集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)化使用的基于 PC 和 EtherCAT 的倍福控制和驅(qū)動技術(shù)重新設(shè)計(jì)了一款汽車安全帶裝配設(shè)備。

Sodecia GTAC 位于加拿大安大略省倫敦，是葡萄牙 Sodecia 集團(tuán)旗下的自動化事業(yè)部。2021 年，GTAC 收到一份訂單，為一家合作多年的全球汽車制造商重新設(shè)計(jì)一款能夠提升安全帶高度調(diào)節(jié)器裝配設(shè)備產(chǎn)量的設(shè)備，但項(xiàng)目工期要求非常緊。

多年來，GTAC 已經(jīng)投入了大量時(shí)間和資源構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的控制架構(gòu)和模塊化、可重復(fù)使用的代碼。“通過我們的控制代碼，我們將項(xiàng)目完成時(shí)間從通常的 8 個(gè)月至 1 年縮短到 3 至 4 個(gè)月。”Sodecia GTAC 控制工程師 Chris Drees 說道，“這意味著我們的任何一名工程師都可以根據(jù)故障代碼輕松排除標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備或定制設(shè)備的故障。”

因此，無論生產(chǎn)計(jì)劃多么緊張，Sodecia 都能出色完成任務(wù)。據(jù) Sodecia GTAC 的前獨(dú)立自動化事業(yè)部創(chuàng)建人之一的 Brent Lekx-Toniolo 稱，這種競爭優(yōu)勢具有必然性。“由于客戶訂購的設(shè)備需要盡快投入使用，我們在 2000 年左右設(shè)計(jì)了構(gòu)建框架的方案。”2007 年，GTAC 利用倍福在控制和通信技術(shù)方面的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了這一框架。“在對其它控制平臺進(jìn)行了大量試驗(yàn)和反復(fù)比較后，我們發(fā)現(xiàn)倍福就是我們等待已久的解決方案。”Brent Lekx-Toniolo 補(bǔ)充道。“倍福從那時(shí)起就一直是我們值得信賴的合作伙伴。”

基于標(biāo)準(zhǔn)代碼進(jìn)行微調(diào)

Sodecia 將自動化事業(yè)部的多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)在集團(tuán)內(nèi)部推廣，在集團(tuán)設(shè)立在全球的近 40 個(gè)生產(chǎn)基地中獲得了廣泛應(yīng)用。由 GTAC 設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試的汽車零部件自動化裝配和焊接解決方案證明了自己的實(shí)力。“與大型焊接機(jī)器人相比，汽車安全帶高度調(diào)節(jié)器 SBHA#3 具有體積小、裝配速度快的特點(diǎn)。”Sodecia GTAC 的 PLC 和機(jī)器人技術(shù)員 Jesse Underhill 說道，“我們調(diào)整了用于諸如旋轉(zhuǎn)分度工作臺邏輯與基于伺服的運(yùn)動控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)代碼結(jié)構(gòu)。”Chris Drees 補(bǔ)充道：“我們還想要提高設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，提高設(shè)備綜合效率（OEE），提升設(shè)備性能。同時(shí)我們最近還對標(biāo)準(zhǔn)代碼進(jìn)行了一些更新，以擴(kuò)展功能。”

新設(shè)備由五個(gè)部分構(gòu)成。兩個(gè)部分用于裝配安全帶高度調(diào)節(jié)器釋放按鈕，即一個(gè)彈簧式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在下一部分設(shè)備中，安全帶總成被插入到一塊帶螺母的小型鋼板中，隨后鋼板在一根鋼軌上上下滑動。第四個(gè)部分是將安全帶總成安裝到導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌最后會被安裝到車輛底盤上。最后一個(gè)部分是質(zhì)量檢驗(yàn)，測量安全帶總成的高度和負(fù)荷。系統(tǒng)為此配備了 2 個(gè)伺服驅(qū)動器以控制 4 臺伺服電機(jī)、2 臺機(jī)器視覺相機(jī)、5 臺變頻器（VFD）、6 臺庫卡機(jī)器人、13 個(gè)電磁閥組和 100 多個(gè) I/O 端子模塊。因此，高效的實(shí)時(shí)控制和通信是關(guān)鍵。

最早的裝配生產(chǎn)線由多個(gè)獨(dú)立的單元和用于在其間輸送工件的外部輸送設(shè)備構(gòu)成。在第一次重新設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，GTAC 的工程師將設(shè)備體積縮小了近一半，外殼尺寸減小為 6 x 6 m（20 x 20 英尺）。“前兩次迭代實(shí)現(xiàn)了每 5.4 秒生產(chǎn)一個(gè)零件，但這一次需要將生產(chǎn)時(shí)間縮短到 5.1 秒。”Chris Drees 解釋道。

基于 PC 和 EtherCAT 的邏輯與運(yùn)動控制

基于 PC 的自動化解決方案配備靈活的 TwinCAT 3 通用軟件平臺，控制包括 PLC、機(jī)器人運(yùn)動學(xué)、功能安全以及 IoT 在內(nèi)的所有設(shè)備功能。基于 PC 的設(shè)備控制器上可以同時(shí)運(yùn)行 TwinCAT 以及其它軟件。TwinCAT 開發(fā)環(huán)境完全集成在 Microsoft Visual Studio? 中，因此 GTAC 的工程師們能夠選擇他們最熟悉的或最適合自己項(xiàng)目的編程語言。倍福的 CP2215 面板型 PC 上裝載了 TwinCAT Runtime，既可用作設(shè)備控制器，也可用作用戶界面。15 英寸的多點(diǎn)觸控顯示屏支持直觀操作、診斷以及通過訪問 PLC 代碼進(jìn)行故障排除。

EtherCAT 作為理想的運(yùn)動控制總線，實(shí)現(xiàn)了倍福 AX5000 系列伺服驅(qū)動器、第三方變頻器和庫卡機(jī)器人的快速循環(huán)。“庫卡機(jī)器人已經(jīng)采用了 EtherCAT 技術(shù)，因此我們除了能夠簡化通信任務(wù)之外，甚至還可以使用 Safety over EtherCAT（FSoE）實(shí)現(xiàn)更安全的系統(tǒng)。”Chris Drees 說道。這種經(jīng)過 TüV 認(rèn)證的安全協(xié)議省去了安全控制器與每個(gè)急停裝置、光幕或其它安全設(shè)備的硬接線工作。FSoE 通過標(biāo)準(zhǔn) I/O 使用的相同以太網(wǎng)電纜發(fā)送安全數(shù)據(jù)，從而減少了布線工作量。AX5000 驅(qū)動器配備了 AX580x TwinSAFE 選項(xiàng)卡，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動器集成的安全功能。

GTAC 工程師認(rèn)為，EtherCAT 的另一個(gè)主要優(yōu)勢是強(qiáng)大的診斷功能。“當(dāng)我們改用 EtherCAT 后，我驚訝地發(fā)現(xiàn)故障和錯(cuò)誤排除竟然如此簡單，真是太不可思議了。”Sodecia GTAC 控制部門經(jīng)理 Danilo Silva 說道。“我曾經(jīng)使用過的其它現(xiàn)場總線很難做到這一點(diǎn)。通過 EtherCAT 可以診斷出任何故障，準(zhǔn)確地知道故障節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的具體位置并加以解決。”EtherCAT 支持 30 多種重要的現(xiàn)場總線和通信協(xié)議，簡化了兩臺機(jī)器視覺相機(jī)的集成工作，只需增加一個(gè) EK9500 總線耦合器，即可通過 EtherNet/IP 連接這兩臺相機(jī)。倍福擁有各種防護(hù)等級為 IP20 的 DIN 導(dǎo)軌安裝式 EtherCAT I/O 端子模塊或者可直接安裝在設(shè)備上的 IP67 級 EtherCAT 端子盒，可以根據(jù)每個(gè)應(yīng)用的獨(dú)特需求提供合適的解決方案。

安全帶裝配工作開足馬力，全速前進(jìn)

GTAC 工程師通過新型定制設(shè)備取得了驚人的成績。Sodecia 使用 TwinCAT 自動化軟件對其代碼庫進(jìn)行了重要更新，實(shí)踐證明這些更新非常有益。SBHA#3 實(shí)現(xiàn)了 5.1 秒/件的吞吐率，支持 EtherCAT 總線的設(shè)備控制器以 125 μs 的超快掃描速率運(yùn)行。項(xiàng)目也按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)完成：2021 年 9 月開工，在2022 年 3 月開始試運(yùn)行。

在該項(xiàng)目的建設(shè)中，Sodecia 與倍福加拿大分公司的區(qū)域銷售經(jīng)理 Dean Herron 和應(yīng)用工程師 Jim Fallowfield 一直保持密切溝通和良好合作。“倍福與 Sodecia 都創(chuàng)立于 1980 年，我們都一直孜孜不倦地努力鉆研我們的技術(shù)。”Dean Herron 說道。“Sodecia 靈活的模塊化設(shè)備開發(fā)方案與我們基于 PC 的控制技術(shù)理念相得益彰，他們的團(tuán)隊(duì)因而能夠顯著簡化軟件和硬件開發(fā)工作。”

與第一次設(shè)計(jì)的裝配系統(tǒng)相比，Sodecia 將系統(tǒng)的體積縮小了近一半，需要用 SBHA#3 進(jìn)一步提升系統(tǒng)產(chǎn)能

采用單電纜技術(shù)（OCT）的 AM8000 系列伺服電機(jī)減少了 50% 的布線工作量

工程師可以將防護(hù)等級為 IP67 的 EP 系列 EtherCAT I/O 端子盒直接安裝在生產(chǎn)環(huán)境中

倍福可以提供各種 EL 系列 EtherCAT 數(shù)字量和模擬量端子模塊以及 TwinSAFE I/O，支持集成到各種網(wǎng)絡(luò)中

倍福的 CP2215 多點(diǎn)觸控面板型 PC 既可用作設(shè)備控制器，也可用作直觀的用戶界面

在位于安大略省倫敦的 Sodecia 全球技術(shù)和自動化中心（左起）：Jessy Underhill、Danilo Abijaude Silva、倍福加拿大分公司的 Dean Herron、Ervin Pfaff 和 Chris Drees