總部位于德國艾特菲爾德的 b+m surface systems 有限公司專業(yè)從事噴涂系統(tǒng)的整體規(guī)劃與建造，涵蓋工藝流程、輸送系統(tǒng)及噴涂應(yīng)用技術(shù)。該公司憑借其深厚的技術(shù)積淀，為客戶提供高度契合實際應(yīng)用需求的解決方案。其專為噴涂工藝優(yōu)化的 T1 X6 與 T2 X6 系列六軸關(guān)節(jié)機器人便是最佳例證：通過采用倍福 EPX 系列 EtherCAT 端子盒等創(chuàng)新設(shè)計，該系列機器人不僅保持了卓越的噴涂性能，更顯著提升了設(shè)備維護的便捷性。
這些噴涂系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車工業(yè)、商用車輛及航空制造領(lǐng)域。b+m 公司應(yīng)用技術(shù)總監(jiān) Bernd Käsmann 解釋道：“對我們而言，完整的噴涂系統(tǒng)涵蓋從毛坯件上料到噴涂成品驗收的全流程。這包括從方案報價、詳細工程設(shè)計到系統(tǒng)調(diào)試與投產(chǎn)運行的各個環(huán)節(jié)。我們的核心優(yōu)勢在于應(yīng)用技術(shù) — 通過高度垂直整合的模式，自主研發(fā)從霧化噴槍、機器人運動控制到定量供給技術(shù)乃至涂料輸送系統(tǒng)的全套解決方案。”
應(yīng)用技術(shù)的核心組件是搭載霧化噴槍的機器人系統(tǒng)，其中 T1 X6 與 T2 X6 系列噴涂機器人尤為突出。這兩款現(xiàn)代六軸關(guān)節(jié)機器人采用空心腕部設(shè)計，可實現(xiàn)介質(zhì)內(nèi)部輸送至霧化噴槍。較大規(guī)格的 T1 X6 主要應(yīng)用于汽車塑料件噴涂系統(tǒng)，而結(jié)構(gòu)更為緊湊的 T2 X6 則特別適合用于因工藝因素導致噴涂區(qū)域受限或安裝位置空間不足的場景。據(jù) Bernd Käsmann 介紹，整套機器人方案嚴格遵循噴涂領(lǐng)域特殊需求。在危險區(qū)域使用時必須遵守 ATEX 等各種防爆要求，為滿足這些要求，機器人采用了正壓外殼（Ex p）。
01
本質(zhì)安全信號
無縫集成至控制系統(tǒng)新型 X6 列機器人搭配倍福 EP/EPX 系列 IP67 級 I/O 端子盒，為開發(fā)者與用戶帶來雙重優(yōu)勢。Bernd Käsmann 解釋道：“舊款機器人的布線系統(tǒng)未明確定義，我們必須從項目一開始就精準規(guī)劃所有需要從機器人引出的介質(zhì)管道、軟管或線纜。”
通過將 EP /EPX 系列 EtherCAT 端子盒直接集成于機器人內(nèi)部，這項工作得以大幅簡化。這與整體設(shè)計理念高度契合，X6 系列的顯著特征正是便捷維護性與高系統(tǒng)可用性。最顯著的節(jié)省體現(xiàn)在從機器人引至應(yīng)用柜的線纜數(shù)量減少，這為管線包節(jié)省了可觀的空間。此外還有簡化的集中式安裝布局以及便于維護的整體設(shè)計。
—— Bernd Käsmann
在噴涂機器人中采用 EPX 端子盒的初衷，是要在有限的安裝空間內(nèi)實現(xiàn)集成有本質(zhì)安全功能的的 IP67 級 I/O 層，以 T2 X6 噴涂機器人為例，該方案通過集成 4 個 EtherCAT 總線耦合器端子盒 EPX1058（8 通道數(shù)字量輸入）及根據(jù)配置需求搭配 1 個或多個 EPX3158 端子盒（8 通道模擬量輸入）來實現(xiàn)。這兩款 I/O 端子盒均支持將來自防爆區(qū) 0/20 區(qū)及 1/21 區(qū)的本質(zhì)安全型現(xiàn)場設(shè)備直接接入系統(tǒng)。
來自倍福流程工業(yè)部門的 Andres Oetken 闡釋了 EPX 端子盒的研發(fā)歷程：“倍福早在數(shù)年前就已萌生采用 IP67 級 I/O 端子盒集成本質(zhì)安全信號的技術(shù)構(gòu)想，而首個落地項目正是與 b+m 一起開展的機器人控制系統(tǒng)研發(fā)項目。”
據(jù) Bernd Käsmann 介紹，此次研發(fā)契機源于 X6 系列機器人內(nèi)部組件的優(yōu)化需求，而這些優(yōu)化改進都是基于上一代產(chǎn)品所收集到的客戶反饋意見。此外，以往依靠獨立布線采集數(shù)字量及模擬量信號的方式將轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆ㄟ^ EtherCAT 總線進行集成，從而顯著節(jié)省材料與空間：“其中一項重要改進是將機器人內(nèi)所有閥門的控制都升級為基于 EtherCAT 的控制系統(tǒng)，同時機器人工藝臂內(nèi)多達 40 個工藝傳感器也完成同等升級。這些傳感器主要是數(shù)字傳感器，包括位置編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器，以及油漆泵上下游壓力傳感器。此前，所有這些傳感器都需通過獨立電纜連接，線纜沿機器人外部敷設(shè)，直至引出防爆區(qū)接入應(yīng)用柜，導致管線包直徑異常龐大。若按設(shè)計截面要求，所有線路及介質(zhì)/輸氣管路需配備兩個管線包。而支持 EtherCAT 的傳感器顯著減少了布線工作，成功避免了此類情況的發(fā)生。
02
針對 I/O 與連接技術(shù)的特殊要求
由于該系列機器人獲準用于防爆區(qū) 1 區(qū)，并具備本質(zhì)安全特性，因此需要采用適用于此類應(yīng)用的 EtherCAT I/O 解決方案。若采用 ELX 系列 IP20 級 EtherCAT 端子模塊，則需在機器人內(nèi)部額外加裝 IP54 防護外殼。Bernd Käsmann 解釋道：“作為正壓防爆系統(tǒng)，機器人原本需要對 I/O 殼體進行主動空氣凈化操作，但這一要求與 IP54 防護等級標準難以協(xié)調(diào)共存。而采用 ELX 系列 EtherCAT 總線耦合器端子盒后，我們成功化解了這一矛盾。”
確保信號采集可靠性的技術(shù)難點在于找到一種抗扭轉(zhuǎn)、帶屏蔽功能且纖細的電纜，以適應(yīng)機器人內(nèi)部安裝需求。此外，所需的八個 M12 連接器必須與電纜實現(xiàn)防水連接。倍福針對這一需求，研發(fā)處一套極具創(chuàng)新的解決方案：采用單股線纜單獨注塑成型工藝連接到 M12 連接器上。這種定制化線束注塑成型技術(shù)打造出特別節(jié)省空間的 IP65/IP67 級傳感器電纜，與系統(tǒng)緊湊的結(jié)構(gòu)完美契合。Bernd Käsmann 證實道：“與倍福共同研發(fā)的解決方案旨在將八個通道集成在一根電纜中，以節(jié)約安裝空間。其它重要考量包括 EMC 屏蔽、雙絞線設(shè)計、最小化線徑、確保 IP 防護的注塑接頭、傳感器接線板，以及可實現(xiàn)快速布線的雙側(cè)裝配結(jié)構(gòu)。”無需拆解機器人即可便捷檢修，以及提供全規(guī)格配置和長度的電纜供應(yīng)也同樣至關(guān)重要。目前尚無其他供應(yīng)商能完整實現(xiàn)所有這些技術(shù)要求。
03
基于 PC 的控制技術(shù)的多樣性與靈活性優(yōu)勢
開放性、可擴展性及組件多樣性是倍?；?PC 和 EtherCAT 的控制技術(shù)的核心特點。除 EPX 系列端子盒外，該機器人還采用了 EP 系列 EtherCAT 總線耦合器端子盒，例如用于采集數(shù)字量信號的 8 通道 EP2338-1002 模塊，以及用于控制噴槍閥和評估高速旋轉(zhuǎn)霧化噴槍轉(zhuǎn)速的 1 通道 EP5151-0002 編碼器接口端子盒。Bernd Käsmann 同時證實了豐富的 I/O 產(chǎn)品線的優(yōu)勢，包括應(yīng)用柜中使用的 EL 系列 EtherCAT 端子模塊與 TwinSAFE 安全端子模塊：“b+m 公司的所有應(yīng)用領(lǐng)域都能受益于豐富的 I/O 種類和通信優(yōu)勢，無論是第三方組件的簡單集成，還是用于直接集成本質(zhì)安全信號的組件，都無需像傳統(tǒng)解決方案那樣單獨采用昂貴且安裝復雜的安全柵。”
這些重要因素解釋了為何自 1996 年以來，b+m 公司始終選擇采用倍?；?PC 的控制技術(shù)。據(jù) Bernd Käsmann 透露，當時的關(guān)鍵考量在于能夠運用 TwinCAT 軟件 這一功能強且靈活的控制技術(shù)：“我們公司極具靈活性，致力于開發(fā)定制化噴涂系統(tǒng)，而倍福豐富多元的產(chǎn)品組合恰好為這一需求提供了匹配的靈活性支撐。EtherCAT 因其高市場滲透率、卓越性能及對其它現(xiàn)場總線的開放性，同樣成為重要因素?？傮w而言，在使用倍福系統(tǒng)的應(yīng)用方案中，自動化性能瓶頸已不復存在。”
關(guān)于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)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(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、I/O 和現(xiàn)場總線組件、驅(qū)動技術(shù)、自動化軟件、無控制柜解決方案以及工業(yè)圖像解決方案既可作為獨立的組件使用，也可將它們集成到一個完整的控制系統(tǒng)中，適用于各個行業(yè)領(lǐng)域。經(jīng)過40多年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立40家分支機構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及75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(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工350人，辦事處遍及國內(nèi)30座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于半導體、光伏太陽能、風力發(fā)電、鋰電池制造、電子制造、汽車制造、機器人、數(shù)控機床、包裝機械、煙草機械、塑料加工、物流輸送、流程工業(yè)以及智能建筑等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)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(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍福基于PC的控制技術(shù)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(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)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(shù)基礎(chǔ)。
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