针对汽车装配的交钥匙机器人系统 一台面板型 PC 协调由 21 台 KUKA 机器人组成的生产单元--控制网

针对汽车装配的交钥匙机器人系统 一台面板型 PC 协调由 21 台 KUKA 机器人组成的生产单元
企业:德国倍福自动化有限公司 日期:2016-12-04
领域: 点击数:1397

葡萄牙著名汽车零部件生产企业索德西亚(Sodecia)集团在全球有 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。Sodecia GTAC 的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。

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机器人在高度自动化的 BIW 零部件装配中起主要作用:她们焊接各个冲压废料和零部件,以构建车身框架结构

“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。“开始的时候,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 BIW。从这里,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。”

Beckhoff 基于 PC 的控制技术贯穿整个系统

自 2008 年起,Sodecia GTAC 就一直使用倍福的 PC 控制器来控制其 IBW 装配。“到目前为止,Sodecia GTAC 已经使用倍福基于 PC 的控制技术建造了 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。 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。 机器人由 KUKA 的 KR C4 控制器控制。

“TwinCAT 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 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,还是设计一个如这里讲到的配备 21 台机器人的系统。我们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。

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倍福公司区域销售经理 Calvin Wallace 和来自 Sodecia GTAC 的控制专家 Jon Bysma、主管控制工程师 Rob Remillard 与控制系统方案开发工程师 Brent Lekx-Toniolo(从左至右)

 

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。”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 阐释道。“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。我们仅抓住了潜在的诊断功能的一些皮毛,因此在这一基础上构建未来的潜力非常巨大。”

高系统吞吐量 — 缩短调试时间

任何生产环境中都非常不喜欢出现非计划停机,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 GTAC 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。”

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装配单元由一台 15 英寸的倍福 CP6202 面板型 PC 控制

 

应用概览:

针对汽车行业的解决方案

机器人辅助汽车零部件装配(BIW 零部件)

 

PC 控制结构

集成式控制配备 21 台 KUKA 机器人的装配单元

为数百个安全设备集成 228 个 TwinSAFE I/O

 

为客户带来的好处

高系统吞吐量

缩短调试时间

采用 EtherCAT IP 67 端子盒,减小了控制柜体积

通过 EtherCAT 和 TwinSAFE 实现综合诊断功能



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