EtherCAT 和 EtherCAT P 助力镍切割生产线实现高速通信
SafanDarley 公司数十年来始终专注于钣金加工机床的研发与生产，长期以来，其生产一直高度依赖传统的 PLC 系统实现自动化控制。不过，随着行业技术的不断革新与市场需求的日益多样化，这家经验丰富的机械制造商开始将目光投向倍福所推出的基于 PC 的控制技术，并对其展现出了浓厚的兴趣。在一个运用镍切割线开展的试点项目中，SafanDarley 公司收获了极具说服力的成果，进而坚定了自身信念：用于运动控制的可复用软件对象、广泛的扩展选项，以及能够显著简化布线工作的 EtherCAT P 单电缆自动化技术。
SafanDarley 由 Safan 和 Darley 两大品牌合并而成，在钣金加工机械制造领域拥有超过九十年的历史与丰富行业经验。该公司所采用的控制技术，其传统程度与机械制造行业本身的发展模式如出一辙。高级软件工程师 Chris Utens 透露，公司在专注于重型液压设备以及特殊项目开发的埃斯登工厂，一直使用传统 PLC。“我们之前没有任何使用倍福产品的经验，但我们对 EtherCAT 协议创始者开发的基于 PC 的控制技术充满了好奇。基于以太网构建的高速通信机制能够轻松实现与各类机床的无缝连接，并且由于我们的机床控制需要大量分布式 I/O，这一特性无疑对我们具有极大的吸引力。”
从零开始开发
在参观了 2024 年汉诺威工业博览会的倍福展台后，Chris Utens 及其同事、同样身为软件工程师的 Jelle Adema 被倍福所展示的先进产品和创新工作方法深深吸引。于是，二人果断决定以一个面向南非客户的自动化镍切割生产线项目作为试点，引入倍福的解决方案。“我们参加了相关培训课程，然后着手从零开始开发控制系统：使用 TwinCAT 挑选适配的硬件，同时开展 PLC、安全功能和 HMI 方面的编程工作。”
鉴于该生产线的整体布局呈现出规整的正方形形态，SafanDarley 公司经过审慎考量，最终选定采用控制网络的星型拓扑结构。接线从中央控制柜柜引出，通向分布式控制柜以及产线各组件上的 EtherCAT P I/O 站点。所有用于驱动轴、操控机械手以及采集传感器数据等功能的远程 I/O 都通过这些 I/O 站点进行控制。倍福的 EtherCAT P 单电缆自动化技术将通信和供电整合在一根四芯以太网电缆中。Chris Utens 表示：“仅需一根电缆，这一显著优势瞬间吸引了我们的目光。尽管 EtherCAT P 在成本方面略高于传统方案，然而其接线操作极为简便，极大地降低了出错风险，使得机床调试工作能够以惊人的速度高效完成。我们甚至放心地将部分接线任务交由实习生来完成。”
精细切割
这条产线的起始环节是尺寸为 900 mm x 900 mm 的阴极镍板的上料作业。这些镍板由气动机械手精准抓取，随后被放置于测量台上完成对中操作。紧接着，运用高精度测量设备对其长度、宽度和厚度进行精确测量，同时进行称重，然后输送至液压剪板机的进料台。此剪板机经过调校，确保每个阴极板在切割长度、间隙、角度和力度方面都能被正确切割。Jelle Adema 解释道：“阴极板并非呈现出完全均匀的物理状态，其表面往往会存在一定程度的弯曲，局部区域可能出现凸起现象，并且边缘部分会有类似耳状的特殊结构。”
经首次切割操作后得到的条状镍板，会被有序收集起来，随后被送至第二台剪板机，后者将其切割成规格为 100 mm×100 mm 的小块。切割完成的小块在装入料桶前，会再次进行称重。Chris Utens 表示，此时产品已完全符合市场售卖标准。“例如，这些镍可用于制造汽车电池，或参与到特定金属合金的熔炼流程中。”
面向对象的编程
这条生产线需具备每小时处理两吨镍的产能，同时仅需一名操作员便能实现全流程操作。Chris Utens 解释道，倍福的控制系统在此过程中起到了至关重要的作用：“我们基于 PackML 标准开发了一个面向对象的编程框架，并将其应用于倍福 TwinCAT 环境中开展控制编程工作。针对每个 EtherCAT 网络节点，诸如剪板机、取放装置以及测量台架等，我们均精心定义了一个软件模块作为独立对象。”随后，网络配置工作变得既迅速又便捷。当 PLC 上电启动时，它能够自动识别并读取所有已连接的 EtherCAT P I/O 站点信息。“您无需再耗费精力手动设置和配置整个网络。”
软件工程师们在持续的探索与实践中，逐渐察觉到了其所蕴含的巨大潜力。Jelle Adema 表示：“例如，客户明确提出要使用特定类型的驱动器。若使用我们传统的 PLC，将这类驱动器接入控制系统会面临诸多繁琐环节，操作极为不便。向 IO - Link 模块写入设置参数，以及连接 EtherCAT P 模块，这两项操作都极为简便；不仅如此，系统还配备了丰富多样的扩展模块以及全面的诊断选项。”
仅需一名操作员即可完成操作
另一个颇具吸引力的特性在于，倍福的 控制面板 具备高度定制化能力，包括增加按钮扩展件和急停元件。镍切割线的控制台配置了一个操作界面面板，以及一个用于实时呈现生产线实时摄像头画面的显示面板。系统共计安装了八个摄像头，用于监控关键点位，例如剪板机、取放单元、进料口、装料站以及测量台等核心区域。HMI 可以随意摆放；与配备倍福 CX 系列嵌入式控制器的中央控制柜直接距离就算最远有 50 米都也不会影响其操控能力。
操作界面基于 Web 技术构建，因此其数据与画面能够轻松传输至平板电脑。如此一来，操作员便能够在生产线上走动，例如在控制系统处于手动模式的情况下进行排障。基于此需求，系统特别配备了分布式安全功能。当主生产线处于维护模式并停机时，可以将一个安全子模块精准分配给需要手动控制的设备（如剪板机）的远程 I/O 端子盒。随后，便可通过使能开关高效且安全地执行运维任务。
全新控制标准？
项目按照既定规划稳步推进。据 Chris Utens 所述，这一成果在一定程度上得益于极为实用的标准软件模块，以及便于重复利用的自定义创建对象。“自 2024 年第 20 周正式启动项目以来，我们全力以赴，在第 50 周就实现了整条生产线的交付。这是一个极具挑战性、雄心勃勃的项目，其系统配置极为复杂，涵盖了 300 个远程 I/O、15 个伺服轴以及两个用于剪板机的重型液压轴，尽管项目难度极高，我们最终仍成功按时完成交付。”
鉴于此次项目所获得的积极体验，SafanDarley 是否会全面转向采用倍福的产品与服务，成为备受瞩目的焦点。Chris Utens 透露，目前公司内部正围绕这一决策展开深入讨论。Utens 提及，倍福建议先从一个产品领域展开合作，例如 PLC、安全或运动控制。“我们已经正式启动了一个配备自动换刀站的全新折弯机项目。折弯机主体运行在我们标准的 PLC 上，而其余自动化部分则将采用倍福产品进行控制。这将成为我们后续特殊项目的全新标准范式。”
