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2021年1月6日

高效自动化技术使涂膜效率翻倍

基于 EtherCAT 和 PC 的控制技术助力提升窗膜涂覆系统的精度和灵活性

为了保护窗玻璃在运输和安装过程中不受损坏,在生产时会给窗玻璃涂上一层 PET 保护膜。为此,PDS IG Equipment 公司采用倍福的开放式控制技术开发了一套模块化的窗膜涂覆系统,便于根据客户设备的具体需求进行调整。该系统的吞吐量远远高于行业标准,而且提供了额外的数据信息,让系统操作人员能够节约更多的时间去从事更多高附加值的工作。

PDS IG Equipment 公司成立于 2011 年,总部位于威斯康星州 Prairie du Sac,主要提供各种门窗加工机械。PDS IG Equipment 公司合伙人兼销售副总裁 Michael Rapp 表示,考虑到倍福已经在门窗加工行业成功应用多年,因此 PDS IG 公司选择了他们的基于 PC 和 EtherCAT 的控制技术,打造了一款模块化的自动化解决方案,它具有重复性高、周期时间短以及数据采集能力强的特点,可以确保在生产过程中将 PET 保护膜涂覆在各种尺寸的窗玻璃制品上。

倍福的 AX5000 系列伺服驱动器采用了将伺服反馈信号和电机动力电源整合在一根电缆中的单电缆技术来为所有运动轴提供动力。
倍福的 AX5000 系列伺服驱动器采用了将伺服反馈信号和电机动力电源整合在一根电缆中的单电缆技术来为所有运动轴提供动力。

高精度要求

PDS IG 打造的窗膜涂覆系统采用了多个模块,在最前面的是一个进料输送模块,将每个中空玻璃(IG)单元输送到涂膜机模块。涂膜机会精确测量每个玻璃单元,然后涂覆头根据需要使用 12 至 16 英寸的 PET 薄膜卷,以所需的次数涂覆在玻璃表面上。在一面涂好膜后,中空玻璃单元进入玻璃翻转工位,将工件水平翻转 180 度,并将其输送到第二台涂膜机,涂覆另一面。最后,操作员或机器人将两面都已经涂好保护膜的玻璃卸下。

当 PDS IG 工程师在 2018 年初开始设计该系统时,他们已经知道实时通讯是确保系统高精度的关键。涂膜机需要留下一致的 “切缝”,它是指玻璃边缘尚未被涂覆的薄条,这样可以在将玻璃安装到窗框后轻松将薄膜连同附在上面的污垢一起去除。“这些窗户的尺寸从 12 英寸 × 12 英寸(30 × 30 厘米)到 96 英寸 × 140 英寸(245 × 355厘米)不等。”PDS IG 的自动化控制工程师 Steve Polkinghorne 说道。“我们的设备需要在该区域内保持切口相同。”除了精确的测量之外,想要实现这种高精度还需要可靠的运动控制。在实际应用中需要 28 根运动轴才能正确控制传送带和涂覆头的 X 轴和 Y 轴运动。

开放、灵活的自动化技术

PDS IG 窗膜涂覆系统采用了倍福的多项技术。该系统的操作界面采用的是倍福的 CP6202 “经济型”面板型 PC。这些面板安装在悬挂在机器模块上的小型电气柜上。“CP6200 系列不仅可以运行 HMI,还可以运行瘦客户端,以提高系统的模块化性。视使用的模块数量而定,一条用于制造中空玻璃和涂覆保护膜的设备生产线可以长达 100 英尺。精简版客户端允许用户从任何控制面板浏览每个机器模块的 HMI 屏幕。”Polkinghorne 说道。

设备控制依靠倍福的 C6930 控制柜式工业 PC 和 TwinCAT 3 自动化软件实现。TwinCAT 3的 CPU 内核隔离功能让 PDS IG 能够指定 PLC、运动控制或安全等控制功能在 C6930 工业 PC 的 Intel® Core™i7 四核处理器的某个专用内核上运行。Polkinghorne 表示,TwinCAT Database Server 还可以灵活地采集 SQL 数据库中的生产信息,客户可以将这些信息转化为可付诸行动的信息,以提高生产效率。

在设计窗膜涂覆系统时,PDS IG 公司自动化控制工程师 Steve Polkinghorne 和机械工程师 Michael Kayartz(从左至右)与倍福应用工程师 Matt Lecheler 及区域销售经理 Don Seichter 一直保持着密切合作。
在设计窗膜涂覆系统时,PDS IG 公司自动化控制工程师 Steve Polkinghorne 和机械工程师 Michael Kayartz(从左至右)与倍福应用工程师 Matt Lecheler 及区域销售经理 Don Seichter 一直保持着密切合作。

EtherCAT 可以实现精确测量和涂膜所需的高速、高确定性的通讯。特别是采用倍福的 EL1252 XFC 数字量输入端子模块可提供分辨率为 1 ns 的时间戳。EtherCAT 还可以使用 TwinSAFE 集成式安全技术在 TwinCAT 3 中编程用户自定义的安全逻辑,然后可以直接加载到 TwinSAFE 组件上,包括 EL6900 TwinSAFE 逻辑端子模块等设备。

对于整个标准机器设置中的 28 根运动轴的控制,系统采用功能强大的 AM8000 系列伺服电机和 AX5000 系列伺服驱动器,并采用节省成本的单电缆技术(OCT)提供控制和动力。AX5000 驱动器还可通过添加 TwinSAFE 驱动器选项卡 AX5805 实现驱动器集成的安全功能,如安全运行停止(SOS)、安全停止(SSI、SS2)、安全速度(SSR、SLS、SSM)、安全限位(SLP)、安全加速(SMA、SAR)和旋转方向功能(SDIp、SDIn)。

面向未来的高性能窗膜涂覆系统

PDS IG Equipment 窗膜涂覆系统实现了令人赞叹的可重复性、灵活性和周期时间。EtherCAT XFC 端子模块的高速测量使得涂膜机的裁切精度能够高达 ±1/8 英寸,即使是给最大的玻璃单元涂膜,精度也能达到这么高。Michael Rapp 补充说道:“在 7 或 8 英尺长的窗玻璃上涂膜时,一致性是非常重要的,特别是在考虑到薄膜的可拉伸性时。”

虽然每块玻璃的尺寸都会各不相同,但据 Rapp 介绍,PDS IG 解决方案的产能大约是市场上其它系统的两倍。“我们的涂覆周期时间平均为每块窗玻璃 25 到 30 秒,因此八小时一个班次的吞吐量约为 1000 到 1200 个中空玻璃单元,而行业内其他公司的系统在相同时间内只能生产 500 到 600 个。而且通过灵活和可扩展的技术,我们的可扩展系统还可以添加更多的模块,即使每个单元的 SKU 不同,每个班次的吞吐量也能提高到 2000 个 IG 单元。”