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活動鏈接：2013年控制網(wǎng)技術專題---中國工業(yè)迎來機器人時代

   嵌入式控制器用作 PLC、HMI、運動控制和機器人技術的開放式控制平臺

   自動化領域中的一個重要趨勢是提高機器人的使用量，從而提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。在其全自動焊接設備中，德克薩斯公司 ARC Specialties 將機器人技術與 Beckhoff 基于 PC 和 EtherCAT 的開放式控制解決方案結(jié)合在一起使用，為其客戶帶來了真正的競爭優(yōu)勢。

  總部位于美國德克薩斯州休斯頓市的 ARC Specialties 主要經(jīng)營焊接和切割設備，其中，約 90 % 的設備都用于油氣行業(yè)。在 ARC Specialties 的重要客戶中，有多家全球性油氣 OEM 總部都設在休斯頓地區(qū)。“ARC Specialties 團隊致力于采用標準的現(xiàn)有技術制造出最一流的定制自動化設備，確保長期可供貨性。”ARC Specialties 公司高級項目經(jīng)理 John Martin 如此說道。“我們公司的控制理念強調(diào)系統(tǒng)設計的開放性。”ARC Specialties 公司電氣總設計師 Gary Ewin 補充道。“我們很多競爭對手都自己生產(chǎn)自己的專用控制器，在未來幾年內(nèi)這可能是個不錯的解決方案，但多年過去后，控制系統(tǒng)維護所需的技術支持和維修將是一個很大的問題。”

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

  很多 ARC Specialties 的客戶都是等離子弧焊解決方案的長期用戶，該解決方案比激光切割系統(tǒng)要便宜很多，但達不到它們的速度。“當然，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 在公司自己的測試實

  驗室里研發(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焊（TIG）工藝。TriPulse™ 設計獨特，有三個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備成本要低很多。”John Martin 說道。

  這款新型焊接系統(tǒng)是德克薩斯一家大客戶委托 ARC 公司開發(fā)而成的，首次用于全自動 ARC-11RB 機器人焊接系統(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)工藝都是全自動完成的：一架龍門起重機將一個定尺氣缸抬起并將它放到一套固定卡爪中。同時，機器人從一個給料運輸機里拾起一個端環(huán)，并將它放到第二套固定卡爪中。然后，機器人從一個抓取工具換到一個焊炬并將端環(huán)焊接到氣缸上；然后，兩個固定卡爪都打開，龍門起重機移走組件。隨后，氣缸翻轉(zhuǎn) 180 度，另一端插入到固定卡爪中，然后重復這一過程。成品隨后使用龍門起重機放到出料架上。視產(chǎn)品大小，整個過程 1 - 2 分鐘內(nèi)即可完成。

  嵌入式控制器用作集成控制平臺

  ARC-11RB 機器人焊接系統(tǒng)配備了一臺 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 導軌安裝的緊湊型嵌入式控制器用于控制整個應用，包括龍門起重機、機器人功能、HMI、感應加熱器、工件輸送帶和所有氣動過程的開始和停止。

  “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，提供定制設備所需的專業(yè)化。”系統(tǒng)的 HMI 元件通過 TwinCAT ADS 與其余的系統(tǒng)通訊。
  
                     

  CX1010 控制一臺 Fanuc ArcMate M710IC-50 機器人和一臺 Lincoln Powerwave R350 焊接電源，它們通過一個 DeviceNet 主站模塊無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 EtherCAT 輸出端子模塊控制無 DeviceNet 接口或需要極短響應時間的的焊接電源。

  EtherCAT 確保提高生產(chǎn)效率

  “我們利用 EtherCAT 的高性能監(jiān)控任何 ARC-11RB 上設置的驅(qū)動參數(shù)。”John Martin 繼續(xù)說道：“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，以處理定制應用。這對 ARC Specialties來說非常重要，因為大部分業(yè)務都涉及到一個特定應用的項目。”
 
                    

  盡管應用程序很復雜，新型 ARC11-RB 焊接機器人的控制系統(tǒng)設計只花費了四周的時間。建造和裝配僅花費了三周的時間即告完成。所有固定工作都是全自動完成的，與手動裝配相比，ARC Specialties 的生產(chǎn)效率提高了 30%。“只有工件的裝卸工作仍需要手動完成。”John Martin 強調(diào)說道。“此外，使用 EtherCAT 之
后，由于其拓撲結(jié)構簡單，我們每根軸的布線時間節(jié)約了近一個小時。更少的組件和更緊湊的設計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)絡中，以遠程訪問且使用諸如 WebEx 等服務。遠程控制讓我們能夠在世界任何地方為設備提供支持、進行故障檢測以及通過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)省大量費用。”

  隨著 TwinCAT 3 的發(fā)布，John Martin 認為 ARC Specialties 和 Beckhoff 之間將有進一步合作的機會：“讓我們感到激動的是，設備程序和 HMI 可視化能夠集成到 Visual Studio 中，成為一個單獨的軟件環(huán)境?？紤]到性能的提升和價格的提高，我們已經(jīng)決定，在不久的將來為我們大部分的設備和機器人都配備Beckhoff 控制系統(tǒng)。”