Pipe Titan 是 LJ Welding Automation 公司最新推出的焊接機器人。倍?；?PC 的集成式控制技術可以輕松實現(xiàn)模塊化系統(tǒng)結構，為不斷變化的全自動或半自動焊接生產工藝提供極大的靈活性。鍋爐生產廠商 Cleaver-Brooks 使用該系統(tǒng)提高了管道焊接的吞吐量、質量和安全性。
總部位于加拿大阿爾伯塔省埃德蒙頓市的 LJ Welding Automation 公司的自動化工程經理 Dean Jacobs 用一個詞形容了焊接設備世界：栓接。“這里安裝一個子系統(tǒng)，那里安裝一個子系統(tǒng)。”Jacobs 說道，“很快，焊接單元就有了 7 個控制面板，需要一個巨大的電源棒為所有這些面板供電。”因此需要采用這種栓接方案。但隨著技術的進步和設備終端用戶對模塊化解決方案的需求日益增長，這類系統(tǒng)的設計和維護變得難以為繼。
而 LJ Welding 很早就認識到，集成方法不僅能帶來更簡潔的外觀，還能幫助企業(yè)在激烈的市場競爭中脫穎而出。公司可提供全面的焊接解決方案，并專注于埋弧焊機器人。公司業(yè)務已經遍布全球 50 多個國家，為各個行業(yè)客戶提供服務。產品研發(fā)副總監(jiān) Tim Robinson 說道：“在過去的 17 年里，我們迅速發(fā)展壯大，現(xiàn)在我們可提供數百種產品以及很多定制的應用解決方案。我們還可以將多臺設備組合在一起，提供完整的交鑰匙系統(tǒng)。
新型 Pipe Titan 管道焊接系統(tǒng)就是這樣一個焊接中心，專為直徑為 2 至 24 英寸的管道而設計。首批 Pipe Titan 系統(tǒng)安裝在位于安大略省斯特拉特福德的 Cleaver-Brooks 工廠內，用于實現(xiàn)高性能管道焊接。倍福的 EtherCAT 和基于 PC 的控制技術將所有功能集成到一個中央控制架構中，并提供一個靈活的全集成解決方案。
LJ Welding 的 Pipe Titan 焊接系統(tǒng)是一個交鑰匙焊接中心，可加工直徑為 2 至 24 英寸的管道。Cleaver-Brooks 使用該系統(tǒng)制造堅固耐用的防漏鍋爐系統(tǒng)管道。
焊接是鍋爐制造企業(yè)的核心競爭力
Cleaver-Brooks 是一家全球知名的鍋爐房解決方案供應商，致力于降低能耗、成本和對環(huán)境的影響。作為成套火管和水管鍋爐的先驅，它能夠為各種規(guī)模的應用提供一體化的鍋爐房設備與解決方案。公司焊接專家 Joel McLeod 表示，Cleaver-Brooks 對 Pipe Titan 提出了多項要求，包括降低成本、提高質量、提升生產效率和增強安全性。
“焊接是 Cleaver-Brooks 的核心競爭力，因為它有助于確保鍋爐房產品和系統(tǒng)的結構完整性和可靠性。”Joel McLeod 解釋道，“我們在整個生產過程中使用各種焊接工藝來組裝和連接各種金屬部件，從而制造出堅固耐用且防漏的鍋爐系統(tǒng)。”
LJ Welding Automation 工程團隊的任務是將簡潔的設計、高確定性的控制和系統(tǒng)模塊化結構結合于一體。Dean Jacobs 表示，他們還需要自動化和通信技術來集成 EWM 的高端焊接設備。這種焊接設備使用高度定制化的程序限制工件中熱量的積聚，從而最大限度地減少壓力管道的變形和腐蝕。因此，為了確保始終如一的良好焊接效果，新的焊接系統(tǒng)必須與現(xiàn)有的配方管理系統(tǒng)協(xié)同工作。
CP6700 面板型 PC 將加工中心的主控 CPU 與用作操作界面的 10 英寸觸摸屏相結合。
基于 PC 的控制技術支持平臺方法
Dean Jacobs 一如既往地選擇倍福來應對項目中遇到的挑戰(zhàn)。“當我十年前開始在 LJ 工作時，他們在自動化平臺方面還是一片空白。”他說道，“基于 PC 的控制技術的一大優(yōu)勢就是能夠將第三方技術集成在同一個平臺上。”
Pipe Titan 使用適合控制柜安裝的經濟型面板型 PC CP6700 作為焊接設備的中央控制器，此款 PC 將用于 HMI 的 10 英寸觸摸屏與用于控制的 Intel Atom® 處理器結合于一體。Pipe Titan 有兩個獨立的定位器，每個定位器配備了一臺倍福的 CX 系列嵌入式控制器。“這兩臺定位器都有自己的控制器，用于簡單的單軸或雙軸旋轉管道應用，以及功能安全和 HMI 服務器。這樣，它們就可以在需要時獨立運行。”Dean Jacobs 說道，“你只需拔下一臺定位器的插頭，將它移到設備的另一側即可使用。我們在所有大型設備上都使用了這種模塊化結構。
模塊化的 TwinCAT 3 自動化軟件使得這種架構成為一種端到端的開發(fā)和運行時環(huán)境。TwinCAT 將 PLC、HMI、運動控制、物聯(lián)網、分析乃至機器學習等所有功能集成在一個中央控制平臺上。TwinCAT 支持使用所有 IEC 61131-3 語言及其面向對象的語言擴展、自定義或預定義的功能塊以及 Microsoft Visual Studio® 中的計算機科學標準語言進行編程。LJ Welding 可根據需要使用用于開發(fā) HMI 的結構化文本和 JavaScript 等語言。TwinCAT 讓開發(fā)團隊可以專注于一個工具鏈，避免在不同的開發(fā)環(huán)境之間切換。據自動化工程 EIT 的 Benjamin Vandenberg 介紹，它還為源代碼控制提供了高級選項。
AM8100 系列伺服電機以高精度旋轉定位器中的管道，以實現(xiàn)精密焊接。
EtherCAT 集高速度、靈活性和安全性于一身
事實證明，EtherCAT 實時以太網技術的靈活性和可擴展性對于實現(xiàn)一體化和模塊化設計起著決定性作用。EtherCAT 可以自由選擇拓撲結構和熱連接功能。Pipe Titan 的模塊配備的多個急停按鈕可通過倍福的TwinSAFE 集成式安全解決方案進行通信。嚴格來說，它支持模塊化設備設計，無需對任何硬連線安全控制器進行物理調整，Benjamin Vandenberg 解釋道：“我們有三個獨立運行的安全系統(tǒng)，每個系統(tǒng)都配備一個 EL6910 TwinSAFE 邏輯端子模塊。它們通過 Safety over EtherCAT（FSoE）相互通信，有了 TwinSAFE，我們只需通過軟件就能打開或關閉這些連接。我們可以根據需要添加或移除不同的設備，從而使系統(tǒng)具有更強的適應性和可擴展性。”
LJ Welding 還使用了大量的 EtherCAT I/O 端子模塊。EL7211 和 EL7221 伺服電機端子模塊為 AM8100 系列伺服電機提供了一個緊湊的驅動解決方案。EL3255 5 通道電位計模塊可確保定位器在由手柄、變速腳踏板等控制時精確的速度。支持 EtherCAT 技術的第三方設備（如 Pipe Titan 上的 VFD）可與倍福的 EtherCAT 控制器無縫連接。EtherCAT 還支持連接 30 多種通信協(xié)議，只需添加一個 I/O 模塊作為網關即可。這不僅提高了組件選擇的靈活性，而且還避免了栓接方案集成度低的問題。“Pipe Titan 上安裝的 EL6224 IO-Link 主站端子模塊特別適合用于連接激光位移傳感器，此后我們還會將其用于很多其它應用中。”Dean Jacobs 說道。
焊接系統(tǒng)效果顯著
LJ Welding 團隊通過倍?；?PC 的自動化系統(tǒng)實施了一套超出 Cleaver-Brooks 預期需求的系統(tǒng)。據 McLeod 介紹，Pipe Titan 讓焊接系統(tǒng)的性能得到明顯提升。Cleaver-Brooks 將電弧時間平均縮短了 63%，這相當于將生產速度提高了近三倍。該系統(tǒng)還將焊縫清理時間縮短了 90%，返工率降低了 10%，填充金屬消耗量減少了 39%。
“相比人工，Pipe Titan 焊接系統(tǒng)讓我們能夠更快、更高效地完成任務，從而提高生產效率和產能。錯誤和誤差減少了，產出質量也提高了。”Joel McLeod 說道，“機械設備可以根據各項任務進行編程，并可輕松重新配置，以滿足我們不斷變化的生產需求。Pipe Titan 焊接系統(tǒng)可以取代人力，降低工傷事故風險，從而提高人員的安全性。”
TwinCAT 加快了開發(fā)速度，而系統(tǒng)集成的 TwinCAT Scope 軟件示波器則有助于實現(xiàn)設備的優(yōu)化設置。通過倍福的工業(yè) PC 安全指南，LJ Welding 可以安全可靠地遠程訪問客戶設備，進行維護或故障排除。但團隊的目標遠不止于此。Pipe Titan 及其它設備的下一步規(guī)劃是連接更高級別的系統(tǒng)，以進行分析和持續(xù)改進。對于 Dean Jacobs 來說，幸運的是，這是倍福技術可靈活擴展的另一個領域。TwinCAT 中已經集成了標準分析算法、無代碼操作界面、通過 OPC UA 進行安全通信等功能。
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業(yè)務遍及 70 多個國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創(chuàng)新產品和解決方案廣泛應用于風力發(fā)電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍?；?PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術、互聯(lián)網和自動化技術完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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