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倍福集成式控制和CNC解决方案助力汽车加热器的制造
25年来,总部位于德国多瑙河上的诺伊施塔特的Scheugenpflug公司主要生产电子元器件、汽车电子与医疗技术行业所用的点胶和计量装置生产线。基于倍福PC和CNC技术的高端自动化系统能够以高重复精度实现精调过程和生产结果,为汽车行业供应商部署了一条用于制造混合动力汽车和电动汽车加热器的生产线。Scheugenpflug公司开发控制和驱动技术部门负责人Ulrich Bohm解释道:“与内燃机不同,电动机不产生用于加热副驾驶座椅的热量,这意味着电动汽车需要一台额外的电加热器。”

25年来,总部位于德国多瑙河上的诺伊施塔特的Scheugenpflug公司主要生产电子元器件、汽车电子与医疗技术行业所用的点胶和计量装置生产线。基于倍福PC和CNC技术的高端自动化系统能够以高重复精度实现精调过程和生产结果,为汽车行业供应商部署了一条用于制造混合动力汽车和电动汽车加热器的生产线。Scheugenpflug公司开发控制和驱动技术部门负责人Ulrich Bohm解释道:“与内燃机不同,电动机不产生用于加热副驾驶座椅的热量,这意味着电动汽车需要一台额外的电加热器。”

适用于复杂工艺的紧凑型旋转分度系统

加热器生产线包括旋转点胶系统,其关键组成部分涵盖一个带有传感器和扫描器的装载工位、一个等离子体处理工位、计量系统,以及另外两个用于接合和紧固电子元器件外壳的工位。Scheugenpflug公司首席运营官Johann Gerneth阐述了此系统的具体优点:“事实证明,复杂、高精度点胶过程不仅可以作为传统的串联式解决方案实现,而且还可以作为高度紧凑的旋转分度系统实现。而实现这一点的先决条件是采用倍福的高性能、模块化和灵活的控制技术。”

机械工程部门主管Rainer Brockl描述这个工艺流程时说道:“当工件三次通过旋转分度系统时,三种不同的点胶材料被引入到工件中。换句话说,喂料系统在三个不同的生产阶段和不同的位置涂覆密封材料。在涂覆密封材料之前对工件进行等离子体处理,包括外壳材料的清洁和活化,以确保材料表面的粘附力达到最佳状态。然后在接合工位中通过螺纹连接装配和组件固定过程。由于所有子过程之间相互依赖,旋转分度系统提供了理想的解决方案。”

开放式控制技术:模块化机器设计的理想基础

作为为客户量身定制生产机器和系统的专家,Scheugenpflug能够满足客户多种多样的需求,尤其在自动化技术方面的需求。Johann Gerneth解释道:“对我们而言至关重要的一点,是可为客户提供一站式支持模块化和可定制的控制平台,从而尽可能满足客户的众多要求,对客户的持续关注,促使我们不断开发,形成目前先进机械的解决方案。在电气、机械和软件组件等方面的模块化设计,决定了我们从小型专用机器制造商成功发展为采用模块化产品架构的全面解决方案供应商。”

Ulrich Bohm补充道:“倍福基于PC控制技术的良好开放性以及公司持续不断的开发和创新给我们留下了深刻的印象。高性能驱动技术就是一个很好的应用例子,它能够将先进的伺服电机集成到我们的机器中。单电缆技术(OCT)和紧凑型电机搭配使用可节省安装空间,同样带来了实质性的优势。此外,此PC控制技术可提供各种性能等级,满足客户不同的需求。”除了使用AM8023伺服电机外,Scheugenpflug在新的点胶系统中采用了大转动惯量的AM8533伺服电机。

CNC解决方案无缝集成到标准控制技术中

TwinCAT CNC软件确保点胶系统中的高精度运动控制。Ulrich Bohm描述了无缝集成到基于PC的标准控制技术中的CNC解决方案的优势:“除了系统连续性之外,基于PC的CNC解决方案还具有更多优势。一方面,它非常快速和高效。另一方面,我们从用于功能扩展的CNC解决方案的开放性和灵活性中受益匪浅,这有助于我们实现最佳的特定应用功能。TwinCAT还能提供包括CNC内核和PLC之间强大的高级接口(HLI)以及可定制的参数界面,直接从PLC项目生成CNC参数集,从而能够快速、灵活地响应不同的需求。这样,通常由客户请求的功能可以简单地映射为软件模块,以便公司实现高度参数化和更有效的软件开发。”

Scheugenpflug使用 TwinCAT CNC控制测量运行,例如可用于参考和用户特定的M/H功能(例如停止,保持,程序运行结束),和其它诸如转换和第五根运动轴的功能。Ulrich Bohm表示:“第五根轴(b 轴)关系到刀具或点胶针头本身,例如,将密封材料涂覆到倾斜表面上,除了传统的三轴运动系统的功能外,它能够旋转整个刀具或仅旋转点胶针头。相同的原理也适用于等离子体处理工位,只需选择不同的刀具即可。”

倍福的工业PC C6920是控制系统的核心部分,与五个AX5203双通道伺服驱动器和两个AX5103单通道驱动器一起运行——每个驱动器都配备了AX 5 8 0 5 Twi n S A F E选项卡,通过AM80 23和AM8533单电缆伺服电机提供12根高动态且精确定位的伺服轴。此控制器共有21个EtherCAT端子模块、15个TwinSAFE端子模块、21个EtherCAT端子盒和1个Twin-SAFE-EtherCAT端子盒组成,可提供全面的数据采集和安全功能。

此外,点胶系统为机器操作人员提供了符合人体工程学的操作界面。三台15英寸的CP3915多点触控控制面板确保机器操作员可以随时从任何角度访问所有必需的信息。点胶轮廓的三维可视化系统可用于在实际点胶过程开始之前检查G代码编程的结果。

高性能、开放的数据通讯

对于Ulrich Bohm来说,EtherCAT在控制技术中发挥了重要作用,他介绍道:“EtherCAT已经是一项受到众多第三方供应商支持的全球标准。它的安装和电气连接简单易操作,数据传输速率也非常高,使用时不必担心带宽容量的限制。同时,它还具备XFC极速控制技术,用于通过带双通道时间戳功能的EtherCAT端子盒,EP1258可以非常快速和精确地进行刀具测量。”

Johann Gerneth最后表示,基于PC的控制技术的开放性及其通讯能力也是工业4.0的核心部分:“根据客户需求,我们采用基于PC的控制技术的机器通过使用ADS、TCP/IP或OPC-UA通讯为MES和ERP系统提供高度灵活性和开放性。常规通讯在实现汽车工业中的可追溯性方面是一个特别关键的要求,将在工业4.0背景下变得更加重要。”

精对彩话

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德国倍福自动化有限公司汽车行业经理赵刚

自动化博览:汽车行业中,涉及到了倍福的哪些产品或解决方案?应用在汽车的哪部分工艺上?

赵刚:倍福在硬件方面,可为汽车行业提供工业计算机系统和现场总线单元模块,以及伺服驱动类等产品;在软件方面,可为用户提供基于PC操作系统的TwinCAT开发和运行环境。

在汽车工艺方面,倍福工业计算机IPC和EPC用于冲压工艺的全线自动化搬运系统以及焊装工艺关键工位。在冲压工艺环节,伺服压机和输送系统的控制越来越多地使用基于PC的控制技术,对于三坐标机械手和机器人搬运系统,倍福的产品均可进行精确和高速的控制。在焊装工艺环节,以主拼工位、柔性夹具管理等系统为主要应用场合,为多车型共线生产提供稳定和高速的运行平台。另外,在涂装、总装、发动机和变速器、零部件、测试平台、新能源汽车等领域,倍福产品均具有较高的实用价值和丰富的应用案例。倍福的EtherCAT总线系统非常适合现场信号和数据的高速准确传输。同时结合基于PC的控制技术的运行环境、更加开放的网络协议,以及丰富的网络接口可以为客户提供更多应用环境,从而适应各种传统工业控制网络以及未来IoT技术的发展需要。

自动化博览:倍福在汽车行业优势体现在哪些方面?

赵刚:倍福在汽车行业可提供基于PC控制的产品应用,执行多任务、多语言编程。在多层级开放式网络接口,网络传输速度和稳定性、复杂的数学运算及运动控制,比传统的可编程控制器具有较大优势。同时,倍福倡导的EtherCAT总线是目前工业总线产品中的佼佼者,具有开放、高速、稳定、实时的特点,越来越多地被广大汽车行业内自动化领域的从业者接受和使用。

自动化博览:车联网是目前的热门话题,您如何看待车联网在中国的发展现状?倍福在此方面有何举措?

赵刚:倍福产品在车联网领域与自动驾驶装置有一定的关联,车辆各操控系统的高速数据传输与基于CAN总线的接口模式,是倍福产品在车联网应用的优势;同时,数据采集和测量也是倍福产品的主要应用领域。中国是新能源汽车发展的主要市场,车联网技术将在这个市场呈现爆发式增长,倍福将与5G技术标准制定单位,即相关重点企业进行强强联合,面对未来,发展新的汽车行业应用技术。

摘自《自动化博览》6月刊

 


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