EtherCAT 和 PC-based控制技術助力實現客製化汽車設備的標準化
Sodecia集團的全球技術與自動化中心（GTAC）主要為汽車行業打造客製化要求極高的機械設備。他們採用已在整個Sodecia集團標準化使用的PC-based和 EtherCAT 的倍福控制和驅動技術重新設計一款汽車安全帶裝配設備。
Sodecia GTAC 位於加拿大安大略省倫敦，是葡萄牙 Sodecia 集團旗下的自動化事業部。2021 年，GTAC 收到一份訂單，為一家合作多年的全球汽車製造商重新設計一款能夠提升安全帶高度調節器裝配設備產量的設備，但專案開發時間有限。
多年來，GTAC 已經投入大量時間和資源打造標準化的控制架構和模組化、可重複使用的代碼。「透過我們的控制代碼，我們將專案完成時間從8 個月至 1 年縮短到 3 到 4 個月。」Sodecia GTAC 控制工程師 Chris Drees 說道。「這代表我們的任何一名工程師都可以根據故障代碼輕鬆排除標準設備或客製設備的故障。」
因此，無論生產計畫多麼緊湊，Sodecia 都能出色完成任務。 Sodecia GTAC 的前獨立自動化事業部創建人之一的 Brent Lekx-Toniolo 表示，這種競爭優勢具有必然性。「由於客戶訂購的設備需要儘快投入使用，我們在 2000 年左右設計構建框架的方案。」2007 年，GTAC 利用倍福在控制和通訊技術方面的優勢，實現了這個框架。「在對其它控制平台進行了大量試驗和反覆比較後，我們發現倍福就是我們等待已久的解決方案。」Brent Lekx-Toniolo 補充道。「倍福從那時起就一直是我們值得信賴的合作夥伴。」
以標準代碼為基礎進行微調
Sodecia 將自動化事業部的多項創新技術作為標準在集團內部推廣，廣泛應用在Sodecia集團設立在全球將近40 個生產基地中。由 GTAC 設計、程式設計和調試的汽車零部件自動化裝配和焊接解決方案證明了自己的實力。「與大型焊接機器人相比，汽車安全帶高度調節器 SBHA#3 具有體積小、裝配速度快的特點。」Sodecia GTAC 的 PLC 和機器人技術員 Jesse Underhill 說道。「我們調整了用於諸如旋轉分度工作台邏輯與以伺服為基礎的運動控制和數據傳輸的標準代碼結構。」Chris Drees 補充道：「我們還想要提高設備的執行時間、提高設備綜合效率（OEE），以及提升設備性能。同時我們最近還更新標準代碼，以擴展功能。」
新設備由五個部分構成。兩個機構用於裝配安全帶高度調節器釋放按鈕，即一個彈簧式執行機構。在下一部分設備中，安全帶總成被插入到一塊帶螺母的小型鋼板中，隨後鋼板在一根鋼軌上上下滑動。第四個部分是將安全帶總成安裝到導軌上，導軌最後會被安裝到車輛底盤上。最後一個部分是品質檢驗，測量安全帶總成的高度和負荷。系統為此配備了 2 個伺服驅動器以控制 4 台伺服馬達、2 台機器視覺相機、5 台變頻器（VFD）、6 台庫卡機器人、13 個電磁閥組和 100 多個 I/O 端子模組。因此，高效的即時控制和通訊是關鍵。
原先的裝配生產線由多個獨立的單元和用於在其間輸送工件的外部輸送設備構成。在第一次重新設計該系統時，GTAC 的工程師將設備體積縮小了近一半，外殼尺寸縮小為 6 x 6 m。「前兩次反覆運算實現每 5.4 秒生產一個零件，但這一次需要將生產時間縮短到 5.1 秒。」Chris Drees 解釋道。
PC-based和 EtherCAT 的邏輯與運動控制
PC-based的自動化解決方案配備靈活的 TwinCAT 3 通用軟體平台，控制包括 PLC、機器人運動學、功能安全以及 IoT 在內的所有設備功能。PC-based的設備控制器上可以同時運行 TwinCAT 以及其它軟體。TwinCAT 開發環境完全整合在 Microsoft Visual Studio™ 中，因此 GTAC 的工程師們能夠選擇他們最熟悉的或最適合自己專案的程式設計語言。倍福的 CP2215 面板 PC 上配備 TwinCAT Runtime，既可用作設備控制器，也可作為使用者介面。15 英寸的多點觸控面板提供直觀操作、診斷以及藉由訪問 PLC 代碼進行故障排除。
EtherCAT 作為理想的運動控制總線，實現了倍福 AX5000 系列伺服驅動器、協力廠商變頻器和庫卡機器人的快速迴圈。「庫卡機器人已經採用了 EtherCAT 技術，因此我們除了能夠簡化通訊任務之外，甚至還可以使用 Safety over EtherCAT（FSoE）實現更安全的系統。」Chris Drees 說道。這種經過 TÜV 認證的安全協議省去了安全控制器與每個急停裝置、安全光幕或其它安全設備的硬接線工作。FSoE 透過標準 I/O 使用的相同乙太網電纜發送安全數據，從而減少佈線工作量。AX5000 驅動器配備 AX580x TwinSAFE 選項卡，可以實現驅動器整合的安全功能。
GTAC 工程師認為，EtherCAT 的另一個主要優勢是強大的診斷功能。「當我們改用 EtherCAT 後，我驚訝地發現故障和錯誤排除竟然如此簡單，真是太不可思議了。」Sodecia GTAC 控制部門經理 Danilo Silva 說道。「我曾經使用過的其它現場總線很難做到這一點。透過 EtherCAT 可以診斷出任何故障，準確地知道故障節點出現的具體位置並加以解決。」EtherCAT 支援 30 多種重要的現場總線和通訊協定，簡化兩台機器視覺相機的整合工作，只需增加一個 EK9500 總線耦合器，即可透過 EtherNet/IP 連接這兩台相機。倍福擁有各種防護等級為 IP20 的 DIN 導軌安裝式 EtherCAT I/O 端子模組或者可直接安裝在設備上的 IP67 級 EtherCAT 端子盒，可以根據每個應用的獨特需求提供合適的解決方案。
安全帶裝配工作開足馬力，全速前進
GTAC 工程師通過新型客製設備取得了驚人的成績。Sodecia 使用 TwinCAT 自動化軟體對其代碼庫進行重要更新，實踐證明這些更新的表現非常出色。SBHA#3 實現了 5.1 秒/件的吞吐率，支援 EtherCAT 總線的設備控制器以 125 μs 的超快掃描速率運行。該專案也按照時間節點準時完成，於2021 年 9 月開工，在2022 年 3 月開始試運行。
在執行專案的過程中，Sodecia 與倍福加拿大分公司的區域業務經理 Dean Herron 和應用工程師 Jim Fallowfield 一直保持密切溝通和良好合作。Dean Herron 表示：「倍福與 Sodecia 都創立於 1980 年，我們都持續努力鑽研我們的技術。Sodecia 靈活的模組化設備開發方案與我們PC-based的控制技術理念相得益彰，因此他們的團隊能夠顯著簡化軟體和硬體開發工作。」