EtherCAT 和 XTS 在用于清潔生產(chǎn)的模塊化裝配平臺中的應用

最初專為生命科學衛(wèi)生裝備制造領域打造的 FlexChassis? 平臺憑借其出色的性能，在其他眾多行業(yè)中亦展現(xiàn)出巨大的應用潛力， 包括食品飲料、半導體、汽車、電池和電動汽車、電子商務等行業(yè)領域。JR Automation 的專家們一致認為，在這些行業(yè)中，通過倍福的 XTS 磁驅柔性輸送系統(tǒng)實現(xiàn)自適應的自動化解決方案是提升生產(chǎn)效率與靈活性的關鍵所在。

JR Automation? 是日立集團旗下的一家總部位于密歇根州荷蘭市的公司，具有很強的市場適應能力。他們從創(chuàng)立之初的小型設備制造商和系統(tǒng)集成商，到如今發(fā)展成為擁有 2000 多名員工的大型企業(yè)，為多個行業(yè)領域的客戶量身打造定制自動化解決方案。“我們致力于成為優(yōu)秀的自動化系統(tǒng)管家專家。這意味著我們需要幫助客戶明確他們的目標，并提供最優(yōu)化的技術解決方案，助力他們邁向成功之路。”JR Automation 銷售總監(jiān) Shawn Smith 說道。“我們達成這一目標的一個關鍵途徑，便是依托我們的可擴展模塊化自動化平臺 FlexChassis，它不僅能夠幫助客戶加快產(chǎn)品上市時間，而且還能夠有效降低生產(chǎn)成本。”

借助 XTS 智能輸送系統(tǒng)實現(xiàn)靈活的物料搬運，F(xiàn)lexChassis? 能夠幫助客戶專注于其核心競爭力，無需再為重新設計自動化系統(tǒng)而分心。

近年來，設備制造商們面臨著一系列嚴峻的挑戰(zhàn)。隨著重點項目壓力的不斷增大，JR Automation 敏銳地察覺到，頻繁的工程再設計會拖慢項目進度。因為這需要重新設計設備的底座和物料搬運系統(tǒng)，往往會導致設備的最終用戶無法將精力集中在優(yōu)化自身的工藝和產(chǎn)品上。

而 FlexChassis 平臺讓制造商能夠從小規(guī)模的產(chǎn)品測試或概念驗證工作系統(tǒng)著手，逐步推進。然后，他們可以利用內置的 OEE（整體設備效率）監(jiān)控和質量控制功能，迅速擴大生產(chǎn)規(guī)模，實現(xiàn)高效批量生產(chǎn)。展望未來，他們對自己提升產(chǎn)能、定制流程以及重新裝備的能力充滿信心。

靈活的模塊化設計精準契合客戶需求

FlexChassis 平臺配備的標準模塊寬 1.5 米，高 2.44 米，支持各種機器人及其它易于集成的設備，靈活滿足不同的應用需求。然而，JR Automation 的工程師們深知靈活性對于現(xiàn)代制造的重要性，不希望缺乏靈活性的物料搬運環(huán)節(jié)成為模塊化設計的阻礙，因此他們采用了能夠靈活應對各種變化的自適應線性輸送技術。因此，他們選擇了 XTS 智能輸送系統(tǒng)，因為 JR Automation 是倍福的系統(tǒng)集成商之一，他們對倍福技術了如指掌。“我們之所以選擇 XTS 系統(tǒng)，正是看中了其卓越的速度性能以及高度模塊化的設計特性，從而能夠輕松應對多樣化的配置需求。”JR Automation 生命科學部的首席工程師 Mick Trompen 表示道。

XTS 由集成有功率電子元器件的 模塊化直線電機、無線纜連接的動子和機械導軌構成，所有這些組件都具有多樣化的幾何形狀，可以為用戶提供幾乎無限的路徑和軌道長度選擇，與各種模塊化裝配平臺完美匹配。這些動子動子可以獨立運動，也可以分組運動，從而可以實現(xiàn)物料流的個性化設置。具體而言，它們能夠高效執(zhí)行多個處理步驟，即便面對處理速度較慢的工站也能從容應對，對不良品可以靈活跳過工站。此外，基于軟件的切換功能節(jié)省了規(guī)格修改時間，還極大地減輕了機械轉換過程中所需的工作量。最終不僅實現(xiàn)了極為靈活的工作流程，還提升了系統(tǒng)吞吐量。

項目專家（左起）：Angela Farina（倍福區(qū)域銷售工程師）、Shawn Smith（JR Automation 公司銷售總監(jiān)）和 Graeme Peek（倍福應用工程師）。

“XTS 電機模塊的簡單配置和軌道布局與我們的理念非常契合。”JR Automation 公司高級控制工程師 David Shiles 解釋道。“我們正將步驟更多、更復雜的裝配流程吞吐率提升到了前所未有的水平。”空間的高效利用也是獲得團隊青睞的一個重要因素。XTS 系統(tǒng)采用一體化設計，結構緊湊，徹底摒棄了諸如皮帶、鏈條及傳統(tǒng)旋轉分度臺等過時的機械部件，可將設備占地面積縮減約 50%。

強大的控制和通信功能

XTS 以其出色的靈活性，實現(xiàn)了產(chǎn)品輸送的多樣化與高效性，而 FlexChassis 則融合了多種先進技術，打造出一個具有高可擴展性的解決方案。JR Automation 認為，該解決方案能實現(xiàn)包括超聲波焊接、快速裝配和涂膠、試劑灌裝/密封、藥物輸送和貼標以及裝飾在內的多道工序。如此多樣化的機器人、末端執(zhí)行器、工具及傳感器，要求通過各種工業(yè)協(xié)議進行高速通信，以進一步優(yōu)化并縮短周期時間。EtherCAT 所提供的實時通信功能全面滿足了速度和靈活性方面的嚴苛要求，David Shiles 解釋道：“從性能角度出發(fā)，EtherCAT 無疑是我的首選。”EtherCAT 的開放性對于融入并適應多樣化的客戶環(huán)境也至關重要。倍福組件支持 30 多種常用的通信協(xié)議。

高速 EtherCAT 通信不僅是 XTS 系統(tǒng)運行的基石，更是確保與機器人及各類工具間實現(xiàn)高速協(xié)調的核心要素。在這方面，倍福的 CX2072 嵌入式控制器憑借其搭載的多核 Intel? Xeon? 處理器提供了足夠的計算能力。“除了為 PLC、伺服控制和機器視覺分配內核外，這是唯一能在 250 μs 內完成 XTS 數(shù)據(jù)處理所需掃描時間的高效方法。”Shiles 說道。

工程師們運用 TwinCAT 3 自動化軟件對各種功能進行編程。此端到端的開發(fā)與 Runtime 平臺不僅支持多種編程標準，還能夠實現(xiàn)倍福工業(yè) PC 與第三方 PLC 之間的透明通信，便于未來擴展。TwinCAT 中的代碼易于移植，也顯著加快了迭代速度。

XTS 動子既可同步運行，也可異步運行，因此非常適合用于并行加工多個工件，例如圖中展示的四工位應用場景所示。

高動態(tài)自動化平臺成效卓著

FlexChassis 可以幫助客戶縮短產(chǎn)品上市時間，實現(xiàn)每分鐘超過 45 件的高吞吐量，同時滿足對低占地面積的要求。其潔凈生產(chǎn)能力包括 HEPA 過濾器（空氣過濾器）、支持各種潔凈室等級標準以及專為衛(wèi)生應用設計的不銹鋼結構。基于 PC 的控制技術還支持直觀的圖形用戶界面，方便用戶訪問所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)。“物聯(lián)網(wǎng)與跟蹤技術是 FlexChassis 系統(tǒng)的兩大核心功能，為停機時間管理、質量控制和設備綜合效率（OEE）的優(yōu)化提供了強有力的支持。”JR Automation 數(shù)字化解決方案部門首席工程師 David Vitale 解釋道。“我們利用本地倍福嵌入式控制器并通過我們的 MES 系統(tǒng)收集系統(tǒng)中的性能數(shù)據(jù)。目前，這些數(shù)據(jù)主要存儲在本地數(shù)據(jù)庫中，但也可以根據(jù)不同的應用需求托管在云端或其它指定地點。”

TwinCAT 加速了 JR Automation 工程師對首個 FlexChassis 系統(tǒng)的調試進程，并將其作為客戶會談時和展會上的高效演示平臺。XTS 平臺憑借其直觀的配置工具簡化了設置流程，同時提供了一系列功能強大的診斷工具和可視化工具，它們無論是在仿真環(huán)境中還是在真實硬件中表現(xiàn)都很出色，極大地加速了開發(fā)進程。應用工程師 Chris Moritz 認為，免費的 TwinCAT 開發(fā)環(huán)境是另一大優(yōu)勢。“倍福對 TwinCAT 開發(fā)工作授權的處理方式令人贊嘆。”他說道。“我最早著手編寫 XTS 軟件是在 2020 年，那時正值新冠疫情肆虐，所有人不得不居家辦公。由于我能夠在不購買硬件或軟件的情況下對設備的主要部分進行仿真，因此一旦組件順利送達，設備就能夠立即投入使用，幾乎無需調試。”

“JR Automation 和倍福都成立于 1980 年。這些年來，我們攜手并進，共同開發(fā)出一系列精準滿足客戶需求的尖端技術。”Shawn Smith 總結道，“能與倍福這樣的杰出伙伴并肩同行真是一件幸事。我們對未來充滿信心，并熱切期待能夠與倍福攜手，共同突破自動化的極限。