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IMA公司在Automatica 2014展會上展出的CGM旋轉(zhuǎn)分度臺

采用基于PC的運動控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)特別緊湊和多樣化

總部位于德國安倍格的IMA Automation公司借助一個全新的緊湊型旋轉(zhuǎn)分度系統(tǒng)（最多能夠?qū)嵭?個裝配步驟）滿足裝配應(yīng)用中不斷變化的需求。系統(tǒng)具有更高的生產(chǎn)靈活性，同時提高操作效率和能效。Beckhoff基于PC的控制技術(shù)和TwinCAT 3自動化軟件以及使用高性能的伺服驅(qū)動技術(shù)替換氣動系統(tǒng)使得這些改進成為可能。

汽車行業(yè)是生產(chǎn)需求急劇增加的一個典型例子，IMA AutomationAmberg GmbH公司技術(shù)總監(jiān)Thomas Ernst說道：“汽車從本質(zhì)上已經(jīng)成為‘國際公認的藝術(shù)品’。據(jù)專家估計，OEM貢獻的零部件已經(jīng)下降到25％左右，其余的來自世界各地的供應(yīng)商。這給行業(yè)供應(yīng)商提出了挑戰(zhàn)：一方面，每個新訂單提高設(shè)備產(chǎn)能利用率。另一方面，每個訂單都各不相同，也就是說，即使是最小的連接器，也需要為具體的制造商定制。此外，在注塑技術(shù)方面也有著巨大改善。過去，每個連接器最大要分配9個單獨的組件。而今天，這一數(shù)字降為3～4個。很多現(xiàn)有的裝配系統(tǒng)，如帶有12或16個主工作站的旋轉(zhuǎn)分度臺，體積都太過龐大，缺乏靈活性，無法滿足這些需求。”

緊湊型旋轉(zhuǎn)分度系統(tǒng)具有較高的裝配靈活性

IMA通過開發(fā)具有8個主工作站的CGM伺服驅(qū)動旋轉(zhuǎn)分度系統(tǒng)成功應(yīng)對了這些挑戰(zhàn)。Thomas Ernst解釋道：“CGM非常適合用于以有限數(shù)量的組件小批量生產(chǎn)小型零部件的公司。目標領(lǐng)域包括汽車、電子元器件和生活消費品行業(yè)，并正為制藥和醫(yī)療行業(yè)開發(fā)定制版本。與具有12或16個站或氣動解決方案的凸輪控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)更加緊湊和靈活，同時在數(shù)據(jù)采集、操作和維護方面具有更高的成本效益。進料驅(qū)動和運動以純機電的方式集中控制。若與氣動系統(tǒng)相比，這不僅可以提高循環(huán)容量（每分鐘最多50次循環(huán)），而且還能夠降低能耗。”

CGM有8個主工作站

在CGM伺服旋轉(zhuǎn)傳輸機中，旋轉(zhuǎn)分度臺的三個主要運動（水平行程、垂直行程和旋轉(zhuǎn)運動）可以通過各個伺服電機靈活并相互獨立地控制。這為系統(tǒng)提供了最大的靈活性，適用于各種運動或順序進程。“通過解耦搬運和旋轉(zhuǎn)運動，可以控制各個站之間的等待時間。”Thomas Ernst在強調(diào)驅(qū)動概念的關(guān)鍵優(yōu)勢時說道。即使取放運動減慢，旋轉(zhuǎn)切換運動控制也能全速進行。行程長度和順序可自由編程，使得夾持時間和插入位置可以根據(jù)不同的系統(tǒng)方案快速調(diào)整。

開放式控制技術(shù)具有高性能運動控制功能

通過實施基于PC的控制技術(shù)這一機器達到了高度靈活性，正如IMA程序編程人員Franz Lederer解釋說道：“對于CGM，我們從Beckhoff可升級的開放式控制技術(shù)中獲益，自1997年起就在機器中使用該項技術(shù)。在最早階段，采用這項技術(shù)的關(guān)鍵原因是其與上位系統(tǒng)連接的開放性，這對基于PC的系統(tǒng)、寬范圍的I/O組件以及高性能的數(shù)據(jù)通訊來說非常典型，當(dāng)時，接口還是基于Lightbus。新型CGM旋轉(zhuǎn)分度系統(tǒng)的主要特點包括極為緊湊的控制組件設(shè)計、短控制和響應(yīng)時間以及實施不同編碼器系統(tǒng)的靈活性。”

另外一個重要方面是可以為運動控制應(yīng)用提供高性能硬件和軟件解決方案。IMA公司開發(fā)工程師Hans-Jurgen Bumes 說道：“旋轉(zhuǎn)分度系統(tǒng)的三個運動控制軸通過一個虛擬主站連接并同步，這也是TwinCAT 3自動化軟件提供的凸輪功能（電子凸輪）的一大優(yōu)點。現(xiàn)有的硬件和軟件模塊正好派上用場，特別是因為TwinCAT可以實現(xiàn)靈活、高效的工程環(huán)境。開放式高速現(xiàn)場總線EtherCAT將理想的通訊基礎(chǔ)組件作為成熟、廣泛應(yīng)用的標準用于第三方設(shè)備和組件。”

適合控制柜安裝的無風(fēng)扇型工業(yè)PC C6525是控制系統(tǒng)的核心部分。系統(tǒng)通過一臺CP3919多點觸控控制面板操作，通過DVI/USBExtended連接，為傳統(tǒng)操作控制元件實施了具有19英寸屏幕的多點觸控面板以及軟件，如按鈕和控制旋鈕。I/O層由EtherCAT耦合器EK1100、高密度EtherCAT端子模塊EL1819（16通道數(shù)字量輸入）和EL2809（16通道數(shù)字量輸出），以及EL2008（8 通道數(shù)字量輸出）和EL2024（4通道數(shù)字量輸出）EtherCAT端子模塊組成。一個DMX主站端子模塊EL6851用于LED照明控制和操作狀態(tài)顯示屏。

具有外部散熱片的無風(fēng)扇工業(yè) PC C6525專為節(jié)省空間的控制柜安裝而設(shè)計

利用CP3919控制面板的多點觸控功能，可以通過軟件靈活地集成一個圖形旋轉(zhuǎn)控制器

TwinCAT 3用于高性能軸同步

在軟件方面，IMA使用的是TwinCAT NC PTP（用于點到點運動）。核心功能是通過NC凸輪功能庫實現(xiàn)運動控制，以及通過曲線和一根虛擬主軸指定相應(yīng)運動的功能塊。在預(yù)定義的算法基礎(chǔ)上，自動生成用作加加速優(yōu)化輪廓的軸曲線，選擇目標點，然后再裝到NC中。具體來說，該程序利用了運動功能，而具體的運動規(guī)律和點被循環(huán)重寫。

TwinCAT PLC HMI使得操作更加方便，它是在TwinCAT PLC工程環(huán)境中創(chuàng)建的一個可視化工具。可以用于以表格形式設(shè)置CGM運動控制功能的參數(shù)，以便可以簡單地通過改變參數(shù)（目標點）來影響完全不同的運動序列，而不需要重新編程。不同的曲線根據(jù)定義按順序處理。多個序列（運動）可以預(yù)先定義，然后簡單地選擇。

摘自《自動化博覽》2015年11月刊