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 © Trumpf GmbH + Co. KG/Oliver Graf Fotostudio GmbH
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2021年8月26日

工業電腦和 EtherCAT 技術提升創浦3D 雷射切割系統性能

具有良好開放性和較強自我調整能力的自動化平臺助力優化機械設計方案

作為 3D 雷射加工技術的先驅,創浦(TRUMPF)公司提供生產高科技雷射與其相關運用上最先進的技術,還提供各類雷射切割機及成套系統解決方案。創浦公司先進的 TruLaser Cell 系列 3D 雷射切割機採用了倍福工業電腦(IPC)技術和 EtherCAT I/O 元件。他們的新一代 TruLaser Cell 8030 結合了 3D 雷射切割的最大加工可靠性和生產效率。

創浦新一代的 TruLaser Cell 8030 專為汽車產業設計,可以根據用戶需求靈活配置。創浦提供可用於切削門環和完整側部的大尺寸機型,以及用於生產車身外殼的各個單件和折彎段的小尺寸機型,用戶可根據生產需求,選擇適合的機型。高速旋轉轉換器的旋轉時間縮短20%,僅為 1.8 秒,大幅減少非生產時間,使每個部件的整體效能均得以提升。與前代型號相比,當TruLaser Cell 8030 切割熱間成形的車輛橫樑時,其動態性能提高約 10%,非生產性時間減少 10%,沖切廢屑控制速度加快了30%。

不可或缺的靈活設備和控制系統

TruLaser Cell 8030以極高的靈活性,且符合經濟效益地加工大型零件。NC 編程可以靈活實現各種幾何形狀的零件,後期也可以使用不同的雷射加工工具進行修改,以滿足新的應用需求。位於美國密西根州普利茅斯鎮的創浦公司服務品質保證經理、前 TruLaser Cell 8030 專案經理 Thomas Brauchle 解釋「我們選擇倍福作為我們的合作夥伴,因為倍福不僅提供了最先進的自動化技術,而且還能靈活滿足雷射加工系統的特殊要求。倍福的自動化產品種類非常豐富,幾乎涵蓋所有需要的控制產品。只有在極個別情況下,他們的標準產品不能滿足我們的需求,但他們很快就會開發出合適的客製化產品和解決方案。」

創浦公司決定選擇倍福技術的另一個關鍵因素就是他們底層使用的 EtherCAT 通訊系統。Thomas Brauchle 證實了這一點「創浦所有的 TruLaser Cell 雷射切割機都配有 EtherCAT,它為模組化控制櫃設備提供了最佳的現場總線系統。讓我們能夠以理想的方式實現緊湊的模組化控制櫃方案,即在一個模組中只有少數 I/O 信號與安全訊號結合。EtherCAT 耦合器 EK1914 可以滿足這些需求。它結合EtherCAT 耦合器 EK1100 與數位量標準及安全 I/O 的功能,設計非常緊湊,並可根據需要添加其它 EtherCAT 端子模組進行擴展。與其它現場總線系統相比,使用倍福的 EtherCAT I/O 系統,讓我們顯著減少控制櫃中所需的空間。」TruLaser Cell 雷射切割機的另一個不同之處在於EtherCAT 的高性能,它既可以控制高動態的雷射光軸,同時還能以足夠快的速度為伺服放大器提供設定值。

透過倍福提供的客製化控制面板(左)可以方便地操作 TruLaser Cell 8030 雷射切割機
透過倍福提供的客製化控制面板(左)可以方便地操作 TruLaser Cell 8030 雷射切割機

EtherCAT 為 TruLaser Cell 提供許多基本功能,Thomas Brauchle 補充「可用的頻寬完全滿足雷射加工系統的需求,讓我們能利用 EtherCAT 實現所有安裝技術,無需使用其他的折衷方案。此外,EtherCAT 還是全球廣泛使用的通訊標準。五軸雷射加工機的一項基本功能是傳輸訊號給旋轉軸,我們與一家供應商針對 EtherCAT 通訊共同開發了一款無磨損的非接觸式系統。」

Thomas Brauchle 也非常重視 EtherCAT 提供的各種診斷功能,可用於定位故障點。例如:我們對一個案例進行分析,一名維修技術人員遠端識別電源電纜出現故障「機台使用者收到備用零件並進行更換,系統重啟後,運行一切正常,客戶對我們的服務非常滿意。」一些系統也需要使用節省空間的控制元件來減少占地面積。而倍福提供的完整的控制系統採用先進的技術,其靈活性、可靠性以及生產效率都很高,同時還還具有經濟性和高效性的特點,為實現上述目標提供了保障。

對設備 HMI 的高要求

根據 Thomas Brauchle的介紹,創浦對機台的控制面板有極高的要求,最後決定採用倍福的客製化控制面板。「一方面,HMI 必須統一適用於不同的機器技術。另一方面,必須滿足我們對人體工學和設計的高要求,只有透過客製化設計的控制面板才能實現上述需求。而倍福在設計方面具有很高的靈活性,這為我們帶來巨大優勢。例如,我們可以指定整合式按鈕供應商。我們也可以很快收到一台功能完整的原型設備,供我們測試使用。此外,『開放式架構』允許客製化設計操作面板整合到現有的機器系列中。」

C6930 控制櫃式工業 PC 帶 2 個固態硬碟和 C9900-U330 電池組,作為 TruLaser Cell 8030 的主控 PC。據 Thomas Brauchle 介紹,創浦有許多篩選標準,並將工業 PC 和控制面板作為一個整體綜合考慮,倍福的工業 PC 不僅性能高,而且可以靈活安裝在各種不同的機台上,這也是我們選用倍福技術的一個主要因素。而透過倍福的 CP-Link 4 單電纜解決方案可以將控制面板放置在任何位置,這是促成我們選擇倍福的另一個因素。

系統具有開放性和一致性

創浦有許多 OEM 客戶需要將雷射光源整合到生產線上,因此要考慮使用多樣化的現場總線系統。Thomas Brauchle 認為,倍福提供非常合適的解決方案,因為PC-based開放式控制系統的設計,可以和各種不同的現場總線控制器結合,讓機台能夠靈活地適應不同的生產環境。例如,PROFINET RT 可以藉由 EL6631 控制器/設備端子模組以及 EtherNet/IP(EL6652)、DeviceNet(EL6752)或 PROFIBUS(EL6731)連接。

TruLaser Cell 雷射切割機及其它雷射加工設備採用EtherCAT I/O 元件,包括各種標準 I/O 端子模組,比如採用高密度設計的緊湊型 EK1818 和 EK1914 EtherCAT 耦合器、用於連接各種感測器(溫度、壓力、液位元)的 IO-Link 端子盒(IP67 防護等級)以及 24 V EtherCAT 配電端子盒 EP9214。各種 TwinSAFE 端子模組和端子盒中也整合了安全技術,確保設備和人員的安全。邏輯連接控制透過 EL6910 TwinSAFE 邏輯端子模組實現。Thomas Brauchle 補充說明「TwinSAFE 用軟體功能取代許多機電元件,顯著減少傳統元件數量,以及減少所需的佈線數量。所有的非驅動安全功能都透過TwinSAFE Editor 實現,我們真正看重的是它的圖形化邏輯鏈路概述。對於具有擴展功能的標準機台來說,可以提供顯示和隱藏安全功能的能力非常重要。」