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Pipe Titan 是 LJ Welding Automation 公司最新推出的焊接機(jī)器人。倍福基于 PC 的集成式控制技術(shù)可以輕松實(shí)現(xiàn)模塊化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為不斷變化的全自動(dòng)或半自動(dòng)焊接生產(chǎn)工藝提供極大的靈活性。鍋爐生產(chǎn)廠商 Cleaver-Brooks 使用該系統(tǒng)提高了管道焊接的吞吐量、質(zhì)量和安全性。
總部位于加拿大阿爾伯塔省埃德蒙頓市的 LJ Welding Automation 公司的自動(dòng)化工程經(jīng)理 Dean Jacobs 用一個(gè)詞形容了焊接設(shè)備世界：栓接。“這里安裝一個(gè)子系統(tǒng)，那里安裝一個(gè)子系統(tǒng)。”Jacobs 說(shuō)道，“很快，焊接單元就有了 7 個(gè)控制面板，需要一個(gè)巨大的電源棒為所有這些面板供電。”因此需要采用這種栓接方案。但隨著技術(shù)的進(jìn)步和設(shè)備終端用戶對(duì)模塊化解決方案的需求日益增長(zhǎng)，這類(lèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)變得難以為繼。
而 LJ Welding 很早就認(rèn)識(shí)到，集成方法不僅能帶來(lái)更簡(jiǎn)潔的外觀，還能幫助企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。公司可提供全面的焊接解決方案，并專(zhuān)注于埋弧焊機(jī)器人。公司業(yè)務(wù)已經(jīng)遍布全球 50 多個(gè)國(guó)家，為各個(gè)行業(yè)客戶提供服務(wù)。產(chǎn)品研發(fā)副總監(jiān) Tim Robinson 說(shuō)道：“在過(guò)去的 17 年里，我們迅速發(fā)展壯大，現(xiàn)在我們可提供數(shù)百種產(chǎn)品以及很多定制的應(yīng)用解決方案。我們還可以將多臺(tái)設(shè)備組合在一起，提供完整的交鑰匙系統(tǒng)。
新型 Pipe Titan 管道焊接系統(tǒng)就是這樣一個(gè)焊接中心，專(zhuān)為直徑為 2 至 24 英寸的管道而設(shè)計(jì)。首批 Pipe Titan 系統(tǒng)安裝在位于安大略省斯特拉特福德的 Cleaver-Brooks 工廠內(nèi)，用于實(shí)現(xiàn)高性能管道焊接。倍福的 EtherCAT 和基于 PC 的控制技術(shù)將所有功能集成到一個(gè)中央控制架構(gòu)中，并提供一個(gè)靈活的全集成解決方案。
LJ Welding 的 Pipe Titan 焊接系統(tǒng)是一個(gè)交鑰匙焊接中心，可加工直徑為 2 至 24 英寸的管道。Cleaver-Brooks 使用該系統(tǒng)制造堅(jiān)固耐用的防漏鍋爐系統(tǒng)管道。
焊接是鍋爐制造企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力
Cleaver-Brooks 是一家全球知名的鍋爐房解決方案供應(yīng)商，致力于降低能耗、成本和對(duì)環(huán)境的影響。作為成套火管和水管鍋爐的先驅(qū)，它能夠?yàn)楦鞣N規(guī)模的應(yīng)用提供一體化的鍋爐房設(shè)備與解決方案。公司焊接專(zhuān)家 Joel McLeod 表示，Cleaver-Brooks 對(duì) Pipe Titan 提出了多項(xiàng)要求，包括降低成本、提高質(zhì)量、提升生產(chǎn)效率和增強(qiáng)安全性。
“焊接是 Cleaver-Brooks 的核心競(jìng)爭(zhēng)力，因?yàn)樗兄诖_保鍋爐房產(chǎn)品和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性和可靠性。”Joel McLeod 解釋道，“我們?cè)谡麄�(gè)生產(chǎn)過(guò)程中使用各種焊接工藝來(lái)組裝和連接各種金屬部件，從而制造出堅(jiān)固耐用且防漏的鍋爐系統(tǒng)。”
LJ Welding Automation 工程團(tuán)隊(duì)的任務(wù)是將簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)、高確定性的控制和系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)結(jié)合于一體。Dean Jacobs 表示，他們還需要自動(dòng)化和通信技術(shù)來(lái)集成 EWM 的高端焊接設(shè)備。這種焊接設(shè)備使用高度定制化的程序限制工件中熱量的積聚，從而最大限度地減少壓力管道的變形和腐蝕。因此，為了確保始終如一的良好焊接效果，新的焊接系統(tǒng)必須與現(xiàn)有的配方管理系統(tǒng)協(xié)同工作。
CP6700 面板型 PC 將加工中心的主控 CPU 與用作操作界面的 10 英寸觸摸屏相結(jié)合。
基于 PC 的控制技術(shù)支持平臺(tái)方法
Dean Jacobs 一如既往地選擇倍福來(lái)應(yīng)對(duì)項(xiàng)目中遇到的挑戰(zhàn)。“當(dāng)我十年前開(kāi)始在 LJ 工作時(shí)，他們?cè)谧詣?dòng)化平臺(tái)方面還是一片空白。”他說(shuō)道，“基于 PC 的控制技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)就是能夠?qū)⒌谌郊夹g(shù)集成在同一個(gè)平臺(tái)上。”
Pipe Titan 使用適合控制柜安裝的經(jīng)濟(jì)型面板型 PC CP6700 作為焊接設(shè)備的中央控制器，此款 PC 將用于 HMI 的 10 英寸觸摸屏與用于控制的 Intel Atom® 處理器結(jié)合于一體。Pipe Titan 有兩個(gè)獨(dú)立的定位器，每個(gè)定位器配備了一臺(tái)倍福的 CX 系列嵌入式控制器。“這兩臺(tái)定位器都有自己的控制器，用于簡(jiǎn)單的單軸或雙軸旋轉(zhuǎn)管道應(yīng)用，以及功能安全和 HMI 服務(wù)器。這樣，它們就可以在需要時(shí)獨(dú)立運(yùn)行。”Dean Jacobs 說(shuō)道，“你只需拔下一臺(tái)定位器的插頭，將它移到設(shè)備的另一側(cè)即可使用。我們?cè)谒写笮驮O(shè)備上都使用了這種模塊化結(jié)構(gòu)。
模塊化的 TwinCAT 3 自動(dòng)化軟件使得這種架構(gòu)成為一種端到端的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行時(shí)環(huán)境。TwinCAT 將 PLC、HMI、運(yùn)動(dòng)控制、物聯(lián)網(wǎng)、分析乃至機(jī)器學(xué)習(xí)等所有功能集成在一個(gè)中央控制平臺(tái)上。TwinCAT 支持使用所有 IEC 61131-3 語(yǔ)言及其面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言擴(kuò)展、自定義或預(yù)定義的功能塊以及 Microsoft Visual Studio® 中的計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言進(jìn)行編程。LJ Welding 可根據(jù)需要使用用于開(kāi)發(fā) HMI 的結(jié)構(gòu)化文本和 JavaScript 等語(yǔ)言。TwinCAT 讓開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)可以專(zhuān)注于一個(gè)工具鏈，避免在不同的開(kāi)發(fā)環(huán)境之間切換。據(jù)自動(dòng)化工程 EIT 的 Benjamin Vandenberg 介紹，它還為源代碼控制提供了高級(jí)選項(xiàng)。
AM8100 系列伺服電機(jī)以高精度旋轉(zhuǎn)定位器中的管道，以實(shí)現(xiàn)精密焊接。
EtherCAT 集高速度、靈活性和安全性于一身
事實(shí)證明，EtherCAT 實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的靈活性和可擴(kuò)展性對(duì)于實(shí)現(xiàn)一體化和模塊化設(shè)計(jì)起著決定性作用。EtherCAT 可以自由選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和熱連接功能。Pipe Titan 的模塊配備的多個(gè)急停按鈕可通過(guò)倍福的TwinSAFE 集成式安全解決方案進(jìn)行通信。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，它支持模塊化設(shè)備設(shè)計(jì)，無(wú)需對(duì)任何硬連線安全控制器進(jìn)行物理調(diào)整，Benjamin Vandenberg 解釋道：“我們有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的安全系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)都配備一個(gè) EL6910 TwinSAFE 邏輯端子模塊。它們通過(guò) Safety over EtherCAT（FSoE）相互通信，有了 TwinSAFE，我們只需通過(guò)軟件就能打開(kāi)或關(guān)閉這些連接。我們可以根據(jù)需要添加或移除不同的設(shè)備，從而使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。”
LJ Welding 還使用了大量的 EtherCAT I/O 端子模塊。EL7211 和 EL7221 伺服電機(jī)端子模塊為 AM8100 系列伺服電機(jī)提供了一個(gè)緊湊的驅(qū)動(dòng)解決方案。EL3255 5 通道電位計(jì)模塊可確保定位器在由手柄、變速腳踏板等控制時(shí)精確的速度。支持 EtherCAT 技術(shù)的第三方設(shè)備（如 Pipe Titan 上的 VFD）可與倍福的 EtherCAT 控制器無(wú)縫連接。EtherCAT 還支持連接 30 多種通信協(xié)議，只需添加一個(gè) I/O 模塊作為網(wǎng)關(guān)即可。這不僅提高了組件選擇的靈活性，而且還避免了栓接方案集成度低的問(wèn)題。“Pipe Titan 上安裝的 EL6224 IO-Link 主站端子模塊特別適合用于連接激光位移傳感器，此后我們還會(huì)將其用于很多其它應(yīng)用中。”Dean Jacobs 說(shuō)道。
焊接系統(tǒng)效果顯著
LJ Welding 團(tuán)隊(duì)通過(guò)倍福基于 PC 的自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施了一套超出 Cleaver-Brooks 預(yù)期需求的系統(tǒng)。據(jù) McLeod 介紹，Pipe Titan 讓焊接系統(tǒng)的性能得到明顯提升。Cleaver-Brooks 將電弧時(shí)間平均縮短了 63%，這相當(dāng)于將生產(chǎn)速度提高了近三倍。該系統(tǒng)還將焊縫清理時(shí)間縮短了 90%，返工率降低了 10%，填充金屬消耗量減少了 39%。
“相比人工，Pipe Titan 焊接系統(tǒng)讓我們能夠更快、更高效地完成任務(wù)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)能。錯(cuò)誤和誤差減少了，產(chǎn)出質(zhì)量也提高了。”Joel McLeod 說(shuō)道，“機(jī)械設(shè)備可以根據(jù)各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行編程，并可輕松重新配置，以滿足我們不斷變化的生產(chǎn)需求。Pipe Titan 焊接系統(tǒng)可以取代人力，降低工傷事故風(fēng)險(xiǎn)，從而提高人員的安全性。”
TwinCAT 加快了開(kāi)發(fā)速度，而系統(tǒng)集成的 TwinCAT Scope 軟件示波器則有助于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的優(yōu)化設(shè)置。通過(guò)倍福的工業(yè) PC 安全指南，LJ Welding 可以安全可靠地遠(yuǎn)程訪問(wèn)客戶設(shè)備，進(jìn)行維護(hù)或故障排除。但團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)遠(yuǎn)不止于此。Pipe Titan 及其它設(shè)備的下一步規(guī)劃是連接更高級(jí)別的系統(tǒng)，以進(jìn)行分析和持續(xù)改進(jìn)。對(duì)于 Dean Jacobs 來(lái)說(shuō)，幸運(yùn)的是，這是倍福技術(shù)可靈活擴(kuò)展的另一個(gè)領(lǐng)域。TwinCAT 中已經(jīng)集成了標(biāo)準(zhǔn)分析算法、無(wú)代碼操作界面、通過(guò) OPC UA 進(jìn)行安全通信等功能。
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