倍福基于PC的自動(dòng)化技術(shù)在全自動(dòng)超聲波PVC篷布焊接和切割機(jī)中的應(yīng)用

JenTSChmann AG 總部位于瑞士的 Hüntwangen，專業(yè)制造各種篷布生產(chǎn)設(shè)備。使用 3796 型聯(lián)合全自動(dòng)超聲波切割和焊接機(jī)可生產(chǎn)最長(zhǎng)為6 米（19.7 英尺）、最寬為 2.5 米-3.2 米（8.2-10.5 英尺）的房車篷布。根據(jù)所需的寬度，該設(shè)備將兩幅熱塑涂層的布和管縫精確地焊接在一起并切割成所需的尺寸。為了確保整個(gè)焊接過(guò)程連續(xù)、不中斷，Jentschmann 公司采用了一種帶有徑向振蕩（振幅）的“輥式超聲波發(fā)生器”來(lái)加熱和焊接 PVC 織物。篷布材料可在同步驅(qū)動(dòng)的輥式超聲波發(fā)生器和支承輥之間連續(xù)向前滾動(dòng)。精確的織物導(dǎo)向裝置是實(shí)現(xiàn)該動(dòng)態(tài)過(guò)程的先決條件；必須準(zhǔn)確設(shè)置不同的焊接參數(shù)，并且在焊接過(guò)程中，這些參數(shù)設(shè)置能夠自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

在幾秒鐘內(nèi)全自動(dòng)完成縫合、焊接和切割過(guò)程

機(jī)器連續(xù)生產(chǎn)布卷，即以 8 米/ 分鐘（26.2 英尺/ 分鐘）的速度加工一個(gè)長(zhǎng)為 180 米（590.5 英尺）的布卷，總過(guò)程大概需要 23 分鐘。“布卷的裝載、布幅和軸的進(jìn)給以及超聲波焊接頭的定位均通過(guò)手動(dòng)操作進(jìn)行。”Jentschmann AG 公司負(fù)責(zé)機(jī)器設(shè)計(jì)的 Pierre Bartholdi 解釋說(shuō)道：“根據(jù)訂單指定的拉出長(zhǎng)度和批次大小可通過(guò)操作面板從產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)裝載并上傳至控制器。”

設(shè)備啟動(dòng)后，牽引小車立即向前移動(dòng)。“在運(yùn)輸過(guò)程中，通過(guò)機(jī)械引導(dǎo)裝置引導(dǎo)后，篷布的兩邊先向上翻轉(zhuǎn)然后再向里翻轉(zhuǎn)。”Pierre Bartholdi 在描述篷布的進(jìn)給時(shí)說(shuō)道：“軸在這一工藝過(guò)程中進(jìn)行同步。隨后，帶輥式超聲波發(fā)生器的超聲波焊接頭焊接裝配縫和管縫。”

Beckhoff AX5000 系列伺服驅(qū)動(dòng)器

已切斷的篷布布幅通過(guò)牽引小車移動(dòng)并放下；篷布通過(guò)切割臺(tái)架張緊并進(jìn)一步向前輸送

達(dá)到規(guī)定的布長(zhǎng)后，使用 TwinCAT 飛鋸自動(dòng)化軟件編程的十字切割臺(tái)架根據(jù)拉出速度自動(dòng)進(jìn)行同步，并通過(guò)氣動(dòng)支架將布固定，并橫向切割。“布長(zhǎng)是否精確是衡量我們的設(shè)備質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。”Pierre Bartholdi 解釋說(shuō)道：“我們?cè)O(shè)備的切割精度為 ± 1-2 毫米。布的進(jìn)給可通過(guò)布邊控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)。”進(jìn)行完橫切后，牽引小車拖著成品篷布高速向前移動(dòng)，并將布放在傳送臺(tái)上，而十字切割機(jī)將繼續(xù)拉動(dòng)焊接后的布幅，直到牽引小車返回后再次牽引布匹。之后，十字切割裝置返回到原位置，并等待下一次橫向切割。
生產(chǎn) 3.5 米（11.5 英尺）長(zhǎng)的成品布大約需要 26.25 秒鐘的時(shí)間。

伺服電機(jī)，用于帶有通過(guò)耦合器和主軸實(shí)現(xiàn)開卷機(jī)機(jī)械鎖定（右前）和定位的布邊控制系統(tǒng)

高速向前移動(dòng)，并將布放在傳送臺(tái)上，而十字切割機(jī)將繼續(xù)拉動(dòng)焊接后的布幅，直到牽引小車返回后再次牽引布匹。之后，十字切割裝置返回到原位置，并等待下一次橫向切割。生產(chǎn) 3.5 米（11.5 英尺）長(zhǎng)的成品布大約需要 26.25 秒鐘的時(shí)間。

先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)是其核心特色

篷布設(shè)置完成后, 所有生產(chǎn)工序均全自動(dòng)完成。五臺(tái)來(lái)自Beckhoff 的 AX5000 系列 EtherCAT 伺服驅(qū)動(dòng)器以及 AM3000 伺服電動(dòng)機(jī) — 配備雙級(jí)行星齒輪減速機(jī)，集成有單圈 Biss 絕對(duì)值編碼器 — 用來(lái)驅(qū)動(dòng)開卷機(jī)、布邊控制器、用于縫壓的皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、橫向切割裝置和牽引小車。皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即所謂的“導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)”，進(jìn)給速率作為固定值輸入。開卷機(jī)驅(qū)動(dòng)的速度根據(jù)進(jìn)給速率和卷筒的直徑加以控制。為此，布料厚度如果已知，那么設(shè)置過(guò)程中測(cè)量到的布卷的直徑將在設(shè)備控制器的控制回路中被采用。由于布卷的直徑會(huì)隨著篷布的展開而縮小，因此開卷機(jī)驅(qū)動(dòng)的速度必須相應(yīng)提高。

根據(jù)客戶要求進(jìn)行的機(jī)器設(shè)計(jì)需要開放、可升級(jí)的控制技術(shù)在自動(dòng)化問(wèn)題上，針對(duì)復(fù)雜的設(shè)備，Jentschmann AG 一直實(shí)行勞動(dòng)分工的措施。為了實(shí)現(xiàn)控制技術(shù)和所有電氣工程方面的改造任務(wù)，他們引入了來(lái)自 Spreitenbach 的 Indutron AG 公司。作為系統(tǒng)合作伙伴，該公司專門從事設(shè)備工藝的自動(dòng)化改造，采用的是 Beckhoff 基于 PC 的控制技術(shù)。Indutron 公司總經(jīng)理 Harry A. Stirnemann 表示，與 Jentschmann AG 的合作在許多共同的項(xiàng)目上已經(jīng)證明了其價(jià)值。“Jentschmann AG 的 3796 型全自動(dòng)切割和焊接機(jī)的自動(dòng)化改造是一個(gè)特殊的項(xiàng)目，因?yàn)樵撛O(shè)備采用的是概念設(shè)計(jì)，所以它允許添加額外的選項(xiàng)。”原則上，每臺(tái)設(shè)備都是獨(dú)一無(wú)二的，而不是一個(gè)系列產(chǎn)品，這使得使用具有良好開放性、可升級(jí)的控制解決方案成為必須。作為一家 Beckhoff 解決方案的供應(yīng)商，Indutron AG 負(fù)責(zé)整個(gè)控制解決方案的實(shí)施 — 從項(xiàng)目設(shè)計(jì)到試運(yùn)行，他們對(duì) Beckhoff 的自動(dòng)化平臺(tái)有非常深入的了解。

來(lái)自 Jentschmann AG 的 Pierre Bartholdi 解釋說(shuō)道：“布長(zhǎng)是否精確是衡量我們的設(shè)備質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。我們?cè)O(shè)備的切割精度為 ± 1-2 毫米。布的寬度可通過(guò)布邊控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)。”

項(xiàng)目設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)間大大縮短

Beckhoff 帶 12 英寸觸摸屏并裝有 TwinCAT 軟件的 CP6201 面板型 PC 用作為 Jentschmann 3796 型自動(dòng)切割和焊接機(jī)的控制器。TwinCAT NC PTP 用于控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。此外，TwinCAT 飛鋸軟件庫(kù)用于控制切割臺(tái)架，而 TwinCAT PLC 控制器工具箱則用于控制調(diào)布輥。來(lái)自 Indutron 公司的 Harry Stirnemann 如此說(shuō)道：“TwinCAT 軟件中的這些功能模塊給我們帶來(lái)了很大的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)楹芏嗫刂迫蝿?wù)無(wú)法用標(biāo)準(zhǔn)的控制器實(shí)現(xiàn)，而這些模塊的使用為我們節(jié)約了大量的項(xiàng)目工程和開發(fā)時(shí)間。使用 TwinCAT PLC 控制器工具箱后，我們能夠使用基本軟件構(gòu)建模塊創(chuàng)建復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

整個(gè)機(jī)器外圍設(shè)備可通過(guò) Beckhoff 的 EtherCAT 端子模塊進(jìn)行檢測(cè)。EtherCAT 耦合器 EK1100 通過(guò) EtherCAT 總線系統(tǒng)將外圍連接至面板型 PC 。同樣，伺服控制器和伺服電機(jī)中集成的絕對(duì)值編碼器可通過(guò) EtherCAT 與系統(tǒng)相連。

此外，該面板型 PC 具有一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，Indutron 的服務(wù)專員可撥入到機(jī)器的控制器。Harry Stirnemann 解釋說(shuō)：“這樣我們就不需要趕到客戶所在地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修，為我們節(jié)省了大量的人力和物力。”

回路已閉合，管帶由導(dǎo)輥拉緊

方便、易懂的操作概念

Indutron 特別注重為自行開發(fā)易用、友好、直觀的多語(yǔ)言用戶界面。一方面，操作員可以調(diào)用各種機(jī)器功能，另一方面，他還可以集成與任務(wù)相關(guān)的一些特殊功能。用戶界面可顯示包括故障信息在內(nèi)的各種信息，并且可以選擇或創(chuàng)建配方，例如，所有待加工遮篷材料的工藝和產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)。這些都與焊接速度、布寬或溫度相關(guān)。雖然所有工藝均已分類存儲(chǔ)在機(jī)器控制器中，但機(jī)器操作人員必須能夠輸入新的程序。為此，可復(fù)制并修改現(xiàn)有的程序，從而能夠焊接并精確切割新的篷布。一旦出現(xiàn)輸入錯(cuò)誤，用戶界面將終止其開放性，從而確保系統(tǒng)運(yùn)行安全。“操作人員不能修改機(jī)器控制器的任何部分；這一級(jí)別的訪問(wèn)受密碼保護(hù)。”Harry Stirnemann 評(píng)論道。

實(shí)現(xiàn)與客戶 IT 系統(tǒng)的連接

他們也準(zhǔn)備了一套 HMI 解決方案來(lái)連接 ERP 或 MES 系統(tǒng)。Harry Stirnemann 表示：“這樣一來(lái)，我們就可以連接 IT 系統(tǒng)，例如，那些操作切割機(jī)的客戶的 IT 系統(tǒng)。這一點(diǎn)變得越來(lái)越重要，控制器通過(guò)集成的接口接收來(lái)自客戶 IT 系統(tǒng)的切割數(shù)據(jù)。用戶界面和客戶 IT 系統(tǒng)之間的連接通過(guò)Visual BAsic 實(shí)現(xiàn)；TwinCAT 系統(tǒng)和用戶界面之間的通訊通過(guò)TwinCAT ADS 實(shí)現(xiàn)。”

未來(lái)前景

Beckhoff 基于 PC 的自動(dòng)化技術(shù)為最新一代的 Jentschmann 全自動(dòng)超聲波焊接和切割機(jī)的開辟了更多機(jī)械和工藝方面的可能性。例如，這些可能性包括布卷進(jìn)給的自動(dòng)化、帶寬控制或連接工藝的選擇。在機(jī)器安全方面，Beckhoff 安全技術(shù)可提供更多的可能性。目前，諸如“安全停止（Safe Stop ）”等安全相關(guān)的技術(shù)已在現(xiàn)有的軸驅(qū)動(dòng)器中得到應(yīng)用。