以TwinCAT對鍋爐室解決方案管路焊接系統進行模組化工程
Pipe Titan是LJ Welding Automation最新的機器人焊接系統。Beckhoff的整合式PC-based控制技術促進了模組化系統架構的建置，為不斷變動的全自動或半自動化營運製程提供許多彈性。一家鍋爐室系統製造商Cleaver-Brooks，便建置這套系統提升產量、品質與安全性。
位於亞伯達省愛德蒙頓之LJ Welding Automation的首席自動化工程師可以用兩個字來描述焊接設備的世界：補強。「人們會在這補強一個子系統、那裡又補強一個，」Jacobs說道， 「很快，你的焊接單元中就會冒出七個控制面板，然後需要大量電力來支撐它們。」補強式的作法起初有其必要性。不過，隨著技術進步以及設備末端使用者要求更加模組化的解決方案，這類系統的設計與維護已變得無以為繼。
然而，LJ Welding很早就發現，整合方法不僅能讓外觀更家簡潔，也能在市場建立關鍵差異化的因素。該公司提供了豐富的焊接解決方案，並專精潛弧式焊接機。其在全球超過50個都有客戶，服務的產業非常多元。產品開發副總Tim Robinson說道：「過去17年來，我們擴展快速，如今我們已有數百種產品及許多的客戶、應用專屬解決方案。我們也能將許多設備整合在一起，並提供廠房設計一站式服務。」
全新的Pipe Titan管路焊接系統讓J Welding能提供完善的處理中心。該系統已針對2到24吋直徑管路做了最佳化。最初其中一個需要Pipe Titan系統提供高性能管路焊接能力的便是位於安大略省斯特拉特福的Cleaver-Brooks廠。Beckhoff的EtherCAT與PC-based控制技術幫助將功能整合到一個集中式控制架構中，並提供彈性、完全整合的解決方案。
焊接是鍋爐製造的一項核心競爭力
Cleaver-Brooks是高效率鍋爐室解決方案的全球供應商，並專注於減少能源用量、成本與環境衝擊。這個套裝型火管與水管鍋爐的先驅獨家為各種規模的應用提供了一套完全整合的鍋爐室解決方案。依據企業焊接專家Joel McLeod的說法，Cleaver-Brooks對於Pipe Titan有幾項要求，包括降低成本、改善品質、提高生產力與加強安全性。
「焊接是Cleaver-Brooks的一項核心競爭力，能幫助確保我們鍋爐室產品與系統的結構完整性與可靠性，」Joel McLeod解釋道。「我們在生產過程中運用各種焊接製程來組裝與接合不同的金屬組件，以打造出堅固且防漏的鍋爐系統。」
LJ Welding Automation工程團隊需要維持簡潔的設計與具高度確定性的控制裝置以及系統模組性。據Dean Jacobs表示，他們也需要自動化與網路技術來支援EWM的高階焊接機。這個焊接設備採用高度客製化的程式將熱限制在工件中，進而將壓力管內的變形與腐蝕降到最低。新焊接機必須與既有工序管理系統合作確保成果的可靠性與一致性。
PC-based控制可支援平台作法
如同之前一樣，Dean Jacobs向Beckhoff尋求克服專案挑戰的方法。「當我十年前在LJ工作時，其自動化平台可謂一片空白，」他說道。「PC-based控制最吸引人的地方之一，一直以來便是能在單一平台上整合第三方技術。」
Pipe Titan運用CP6700嵌入式面板PC作為中央機器控制器，它是搭載10.1吋觸控螢幕人機介面並以Intel Atom®處理器為控制CPU的裝置。Pipe Titan有兩個獨立的定位器，每個均有專屬的Beckhoff CX系列嵌入式控制器。「這些定位器針對簡易的單軸或雙軸應用有自己的控制器能旋轉管路，並搭配了功能安全性與人機介面伺服器。如此一來，它們便可以在必要時以獨立機器的方式運作，」Dean Jacobs說道。「您可將一個定位器拔掉，再拿到廠房的另一端使用。我們在所有較大型機器上都採用這個模組化架構。」
模組化的TwinCAT 3自動化軟體能讓這個環境成為一個一條龍的工程與運作環境。TwinCAT所有功能都整合到一個包含了從PLC、人機介面與運動控制到IoT、分析系統甚至機器學習等能力的完整平台上。TwinCAT支援所有的
IEC 61131-3語言以及其物件導向擴充元件、自訂或預先定義好的功能模組，以及Microsoft Visual Studio®中的電腦科技標準。LJ Welding運用結構化文件JavaScript進行人機介面開發，並視需要也使用了其他語言。TwinCAT能幫助工程團隊整合成一個單一工具鏈，避免在開發環境間切換。如自動化工程EIT Benjamin Vandenberg所說，其也提供進階的來源控制選項。
EtherCAT集速度、彈性與安全於一身
事實證明，EtherCAT即時乙太網路技術的彈性與擴充性對於整合而模組化的設計非常重要。EtherCAT具有能自由選擇拓樸以及熱連接的能力。Pipe Titan在其各模組上有多個緊急停止功能，可透過Beckhoff的整合式功能安全解決方案TwinSAFE進行通訊。因此，其支援模組化機器設計，無需實體調整任何固接式安全控制器，Benjamin Vandenberg解釋道：「我們實際上有三個獨立的系統在運作，每個都有一個EL6910 TwinSAFE邏輯終端機。他們利用Safety over EtherCAT（FSoE）彼此通訊，且我們只要在軟體中利用TwinSAFE功能將這些連線開啟與關閉就好。我們可視需要加入或移除不同設備，讓其成為更具適應力與可擴充的系統。」
LJ Welding也仰賴大量的EtherCAT I/O終端機。EL7211與EL7221伺服馬達終端機為AM8100系列伺服馬達提供了一個精簡的運動介面。EL3255 5通道電位計模組能確保透過手持機、變速腳踏板等控制時的定位器速度精確性。符合EtherCAT標準的第三方裝置，例如Pipe Titan上的變頻器，能與Beckhoff的EtherCAT控制器完美合作。EtherCAT也支援只要增加一個I/O模組扮演閘道的角色，就能連接超過30種通訊協定。如此提高了選擇組件時的彈性，並避免補強情境中會出現的整合不良。「EL6224 IO-Link主終端機在Pipe Titan上連接雷射位移感測器時格外實用，且我們已將其用在許多其他應用中，」Dean Jacobs說道。
焊接系統交出漂亮的成果
藉由善用Beckhoff的PC-based自動化平台，LJ Welding的團隊建置了一套超越Cleaver-Brooks要求的系統。根據McLeod的說法，Pipe Titan在效能提升上有令人驚豔的表現。Cleaver-Brooks將平均電弧時間縮短了63%，加速了近三倍。該系統也減少了90%的焊接清理時間、10%的重工量以及39%的填入金屬耗費量。
「Pipe Titan焊接系統讓我們能加速作業的執行，並比人工作業更有效率，因而提高了生產力與產量。其減少了錯誤與不一致性，提高了產出的品質，」Joel McLeod説道。「透過機械化，可設定其執行許多不同工作，並可輕鬆重新配置以符合我們的需要。Pipe Titan焊接系統幫助減少了工作場所中與人力作業有關的意外及受傷風險，因而提升了員工安全性。」
TwinCAT加速了開發，而內建的軟體示波器TwinCAT Scope則加強了機器的微調能力。運用Beckhoff的IPC安全準則，LJ Welding可安全地遠端進入客戶機器中進行維護或故障檢測。但該團隊並未因此而滿足。Pipe Titan與其他機器的下一階段目標是要具備更高階的連線能力，以進行分析與持續改進。幸運的是，對Dean Jacobs而言，這是尚未導入Beckhoff技術，但能彈性擴充的領域。標準分析演算法、無編碼儀錶板、透過OPC UA安全連線等等均內建於TwinCAT中。