自动化与信息技术的高度融合

葡萄牙著名汽车零部件生产企业Sodecia集团在全球共有32家工厂，一直保持着其领先的解决方案供应商和汽车制造商的地位。总部设在加拿大安大略省伦敦市的Sodecia全球技术与自动化中心（GTAC）主要交付用于生产和装配汽车零部件的全自动生产线。其装配线采用的是倍福基于PC 的控制技术，以确保在提供高品质的同时能够控制成本。

“ 我们目前的‘ 主打’ 产品是我们成功的交钥匙机器人焊接单元解决方案。”Sodecia GTAC的控制系统方案开发工程师 Brent Lekx-Toniolo说道。“迄今为止，我们做过的最大项目是2015年春天完成的一个项目，该项目涉及到了21台各种型号尺寸的KUKA机器人（KR 210、KR 30 和KR 6系列），它们主要用于车身框架架构和汽车底盘（即白车身，BIW）的装配、焊接、物料搬运和密封。”Sodecia GTAC 的控制专家Jon Bysma表示道。

“一开始，各种小冲压废料由机器人焊接成子配件。这些子配件自动卸载并输送到后续工序中，各种零部件都在这里组装，形成白车身。从这里开始，工艺过程被分为两个相同的产品线——这一划分产生了冗余，并提高了吞吐量。各个传感器进行综合分析，例如，以确保所有紧固件正确放置在组件上，并将数据发送给控制器。在经过进一步的装配工序后，两个产品线合并成一个，组件移到最后的夹具中。”

基于PC 的控制技术贯穿整个系统

自2008年起，Sodecia GTAC就一直使用倍福公司（Beckhoff）的PC 控制器来控制其车身的装配。“到目前为止，Sodecia GTAC已经凭借这一控制技术总共建造了49条生产线，从配备一台机器人的机器到配备20台关节型机器人的生产线。”Jon Bysma说道。目前实现的配备有21台机器人的焊接单元使用一台 15英寸的、采用Intel® Celeron® ULV处理器的 CP6202面板型PC控制。值得一提的是，面板型PC 还可以检测机器人之间的干扰和跟踪OEE（设备综合效率），同时作为机器的HMI 管理总体故障检测和报警情况，并整合机器的所有安全问题。机器人则由KUKA 的KR C4控制器控制。

“倍福TwinCAT控制器的开发环境和各种软件库大幅缩短了机器人单元的编程时间。”Sodecia GTAC的主管控制工程师Rob Remillard叙述道。“在TwinCAT中，我们可以使用任何IEC 61131-3语言开发代码段，然后将它们部署在多个实例中。如果使用其它平台，这就没那么容易了。”

集成的安全解决方案

EtherCAT现场总线系统也充分考虑了具体应用。高速通讯系统通过TwinSAFE I/O端子模块实现所有机器人通讯、I/O和安全功能。“这条生产线通过TwinSAFE 共集成了228台安全设备。”倍福加拿大分公司的区域销售经理Calvin Wallace解释说道。“这一安全方案的模块化性和可扩展性为Sodecia GTAC带来了巨大好处。”Brent Lekx-Toniolo补充道。“这样一来，我们的安全配置无需进行大的改动，不管我们是设计配备一台机器人的机器，还是设计一个如之前提到的配备21台机器人的系统。只需从预构建的框架中移除不需要的部分，但基本功能仍然是相同的。

Sodecia甚至在进行机器人编程时还使用了TwinSAFE 技术。“在示教和程序验证过程中，TwinSAFE用于实现机器人之间的闭锁。” Sodecia GTAC的控制专家Jon Bysma解释说。“如果正在给一台机器人示教机器人技术，就可以通过给其它机器人发送一个e-stop信号的方式将所有可能进入到操作区域的其它机器人锁在外面。授权开关都在TwinSAFE 中进行监控。”

Sodecia GTAC机器人装配线中每个主要的自动化组件都与一个“EL6900 TwinSAFE逻辑端子模块”连接，一系列EL1904和EL2904 数字量输入和输出端子模块用于处理安全I/O，并与其它安全设备通讯。EL6900用作安全通讯的主站，用于分析安全I/O的数据。集成的安全功能包括e-stops、机器监控、“AND” 和 “OR”功能以及解耦器。EtherCAT 伺服驱动器AX5103 中集成的TwinSAFE 选项卡具有诸如STO（安全转矩关断）和 Ss2（安全停止2）功能，确保焊接设备的安全运行。此外还有双手同步启动机器的安全功能。

控制柜内的零空间需求：EtherCAT端子盒

除了防护等级为IP 20的 EtherCAT端子模块之外，可以直接安装在机器上的EtherCAT IP 67端子盒也可以用在整条装配线上。例如，EP1908 TwinSAFE 端子盒可以安全地连接每个安全门入口处的开关板。各个 EtherCAT端子盒也可以用于非安全技术设置、传感器连接、气缸、空气压力开关、电磁阀以及测量设备。“IP 67端子盒的优点包括减少控制柜需求，简化安装和布线工作，并具有出色的物理耐久性。”Toniolo接着道。同时，可以在现场轻松诊断 EtherCAT端子盒的通讯状态，因为所有信号状态指示都是非常明显的。

优化诊断功能

“EtherCAT还让我们能够执行所有相关的诊断功能。”Toniolo说道。“例如，我们已经使用这一信息来精确定位生产线中哪根电缆有破损，其结果通过HMI 的指示器闪烁来显示。同样，我们在项目中使用的大量诊断信息也都由TwinSAFE 提供。由于EtherCAT具有良好的开放性和兼容性，我们可以轻松集成其它制造商相同的诊断功能并监控EtherCAT从站。目前，我们仅处于潜在诊断功能的入门阶段，因此未来在这一基础上构建的潜力非常巨大。”

高系统吞吐量 缩短调试时间

任何生产环境中都希望避免出现非计划停机，而它在汽车行业的成本尤其高。“最新的PC控制生产线的平均周期时间仅为不到50秒，每个小时可以生产72个复杂的零部件，每年的零部件产量高达355,000件。”Toniolo说道。通过基于PC 的控制技术及EtherCAT中固有的功能，Sodecia GTAC也能够显著缩短产品上市时间。“如果使用一台传统的控制器，一套配备一台或两台机器人的系统的PLC配置和编程需要差不多两个月的时间。而使用TwinCAT可以将这一时间缩短到两周，且控制的调试时间也可以缩短至少50%：“在目前配备有21 台机器人的项目中，总共花费了约两个月的时间完成生产线的建立、机器人示教和PLC编程、以及调试和最终客户的第一批试生产零部件的生产。”Brent Lekx-Toniolo说道。

“由于倍福的产品一直能保证长期供货，且运行稳定可靠，自2008 年起，Sodecia就一直使用相同型号的CP6202面板型PC。”Toniolo 解释说道。“它坚固耐用，并具有很高的性价比。”不久的将来，Sodecia GTA将标准化使用倍福的一款全新的多点触控面板型PC，以便将其装配线中改善后的HMI技术和功能囊括进去。“同时，我们将进一步改进我们的控制编程，以便可以使用TwinCAT 3，这样，我们就能够更好地利用自动化技术与信息技术的融合带来的优势。”