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　　全球電動汽車市場的快速增長需要特別高效的鋰離子電池制造工藝。Manz 公司的 BLS 500 激光焊接系統(tǒng)可以通過高精度的焊接方式將單體電池連接成電池模組。Manz 的圖形化編程工具和虛擬調(diào)試工具，以及倍福基于 PC 的高速控制技術(shù)以及基于此技術(shù)實現(xiàn)的連續(xù) OPC UA 通信確保了高效率的生產(chǎn)。

　　高精度高效率的自動化鋰離子電池模組生產(chǎn)線

　　Manz AG 總部位于德國羅伊特林根市，是一家全球領(lǐng)先的高科技設備制造商，專精于電動車、動力電池、電子裝置、能源和醫(yī)療器械生產(chǎn)設備整體解決方案。其產(chǎn)品系列包括定制化的實驗室生產(chǎn)設備或試點和小批量生產(chǎn)設備以及針對批量生產(chǎn)的標準化模塊和系統(tǒng)以及交鑰匙生產(chǎn)線。因此，公司對設備配置的自動化技術(shù)的靈活性和性能要求特別高，比如單體鋰離子電池和電池系統(tǒng)以及電容器生產(chǎn)設備。

　　項目參與者在 BLS 500 前（從左到右）：倍福銷售和系統(tǒng)咨詢工程師 Oliver Heilig，Manz 市場營銷和企業(yè)傳播負責人 Axel Bartmann，Manz 軟件核心設計和產(chǎn)品開發(fā)主管 Stephan Lausterer，倍福汽車行業(yè)經(jīng)理 Jörg Rottkord 和 Tilman Plaß，以及 Manz 流程開發(fā)人員 Felix Röckel

　　可根據(jù)應用需求定制的激光加工平臺

　　全新的電池激光系統(tǒng)（BLS）500 就是最好的例子，它是一個靈活的用于完成鋰離子電池生產(chǎn)中的各種激光工藝的加工平臺。它配備標準的設備底座，既可以作為一個手動裝載工件的單個系統(tǒng)獨立運行，也可以作為集成式生產(chǎn)線的一部分，實現(xiàn)高精度激光焊接，以及激光切割和鉆孔，或移除部分材料。

　　在實驗室場景的 BLS 500 的應用中，一個由若干個圓形單體電池組成的電池模組被手動插入到設備中，但除此之外，其余步驟全部都是自動完成。然后通過激光將單個電池焊接到接觸元件上。圖形化編程工具 Smart Laser Assistant 使用底層電池模組的 CAD 數(shù)據(jù)創(chuàng)建相關(guān)配方，即所有焊接點的最佳路徑計算，以及每種情況下的合適激光功率。Manz 公司軟件核心設計和產(chǎn)品開發(fā)主管 Stephan Lausterer 在介紹其明顯的應用優(yōu)勢時說道：“我們的編程工具可以幫助 BLS 500 更輕松地適應不同的應用需求，即不同的電池類型和模組格式。”然后可以在 Manz 的虛擬調(diào)試工具中方便地檢查結(jié)果，并且不僅如此，他補充道：“使用該模型可以在設備真正進行機械安裝之前事先詳細和真實地測試控制程序，從而加速和簡化調(diào)試流程。此外，通過圖像處理功能比較電池包的 CAD 數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)，并將焊接過程中的所有偏移值計算在內(nèi)，以實現(xiàn)高精度加工。所有這些方面都可受益于 TwinCAT 控制軟件，它集成了方便、強大的 OPC UA 功能。”

　　基于 PC 的控制技術(shù)的系統(tǒng)優(yōu)勢

　　近年來，Manz 公司越來越重視靈活、高性能的控制技術(shù)，正是這一點最終促成了我們與倍福的合作，至今已持續(xù)了 10 多年。Stephan Lausterer 對此做出了詳細的解釋：“一開始，Manz 開發(fā)了自己的控制技術(shù)；但由于機械工程越來越多地使用電子元器件，并且該領(lǐng)域的創(chuàng)新周期又特別快，自行開發(fā)變得越來越困難。因此，我們決定尋找一個專業(yè)的控制系統(tǒng)供應商合作。我們根據(jù)一定的標準評估了多家供應商的產(chǎn)品和技術(shù)，最終結(jié)果證明，基于 PC 的控制技術(shù)是最符合我們需求的解決方案，尤其是基于 PC 的解決方案具有靈活、開放并可精確擴展的系統(tǒng)架構(gòu)。此外，吸引我們的還有倍福的創(chuàng)新實力，那時我們就已經(jīng)非常重視創(chuàng)新。”

　　各種防護等級為 IP20 的 EtherCAT 端子模塊和防護等級高達 IP67 的 EtherCAT 端子盒（此處為BLS 500 配備的 EP2338 和 Ep5101）幫助 Manz 實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化設計

　　倍福汽車行業(yè)經(jīng)理 Tilman Plaß 從自動化的角度補充說道：“基于 PC 的控制技術(shù)可以很好地滿足 Manz 系統(tǒng)的高要求，比如使用我們的控制技術(shù)可以實現(xiàn)較短的周期時間，以及涵蓋整個應用所有過程的邏輯，這一點尤其可以加快規(guī)格切換速度。全面的 TwinCAT 軟件功能以及 OPC UA 通信從兩個方面帶來了更多優(yōu)勢。例如，Manz 作為 TwinCAT 3 的早期用戶，可以為我們提供重要的用戶反饋信息，這也是雙方合作的一部分。”

　　BLS 500 控制器的硬件核心是一臺 C6030 超緊湊型工業(yè) PC，Stephan Lausterer 在描述其主要優(yōu)勢時說道：“C6030 非常適合用于像這樣安裝空間有限的應用。此外，它搭載 Intel® CoreTM i7 處理器，為設備控制和可視化提供了足夠的計算能力，并且能夠滿足未來的應用需求，尤其值得一提的是，倍福正逐步集成合適的新一代處理器，在超緊湊工業(yè) PC 系列中推出擁有更多接口的型號，如 C6032。”Stephan Lausterer 認為，從另一個角度來看，這款多功能工業(yè) PC 也為他們帶來了很大的優(yōu)勢：

　　它可以顯著簡化采購和倉儲工作。這也適用于對我們 Manz 公司來說非常重要的整個軟硬件測試工具鏈。所有軟件都使用虛擬機以及真實硬件進行測試。”

　　總而言之，TwinCAT 自動化軟件很好地滿足了 Manz 的要求，Stephan Lausterer 證實道：“TwinCAT 集成在 Visual Studio® 中也讓我們獲益匪淺，因為我們的軟件團隊中也有多名高級語言程序員。除此之外，通過各個編程語言的編輯器以及安全編輯器、TwinCAT Scope 和 TwinCAT HMI 等各種功能還能提高整體靈活性。我們認為，這種高集成度是 TwinCAT 的獨特賣點。”使用 C++ 語言和 TwinCAT 3 NC PTP、NC I 和運動學變換功能模塊可以非常方便地編程和仿真運動控制系統(tǒng)，然后在實時環(huán)境中作為 TcCOM 模塊運行。此外，TcCOM 概念可以更輕松地重復使用程序代碼，并對知識產(chǎn)權(quán)提供適當?shù)谋Ｗo。

　　C6030 超緊湊型工業(yè) PC 作為 BLS 500 的強大控制核心，只需很小的安裝空間

　　通過 OPC UA 實現(xiàn)上位通信

　　Manz 除了使用 EtherCAT 實現(xiàn)設備過程本身的高速通信之外，即工業(yè) PC 和 EtherCAT 端子模塊或驅(qū)動器之間的通信，還采用 OPC UA 交換整個 BLS 500 的數(shù)據(jù)。包括將相機圖像傳輸給 HMI，集成到上位系統(tǒng)，以及雙向通信等任務都通過 TwinCAT 3 OPC UA（TF6100）功能組件實現(xiàn)。虛擬調(diào)試工具也通過 OPC UA 與 TwinCAT 控制器交換數(shù)據(jù)。在這方面，Tilman Plaß 指出了以下幾點：“OPC UA 的通信范圍極為廣泛。Manz 很早就認識到了標準化、安全以及獨立于供應商的通信所具備的優(yōu)勢，并大規(guī)模地使用了高性能的 TwinCAT OPC UA 服務器和客戶端。”Stephan Lausterer 證實了這一點：“幾乎所有的外部通信都通過 OPC UA 實現(xiàn)，無論是我們的工業(yè) 4.0 產(chǎn)品還是客戶應用。對于不支持 OPC UA 的第三方組件，則可以使用 TwinCAT 3 TCP/IP（TF6310）功能組件或 XML 服務器（TF6421），這也充分顯示了基于 PC 的控制系統(tǒng)的開放性。”

　　除了獨立于制造商之外，IT 安全性對 Manz 來說也是一個很重要的方面。OPC UA 在方面有明顯的優(yōu)勢，即通信堆棧中已經(jīng)集了相應的安全機制，這意味著從一開始就已經(jīng)提供了必要的安全性能。Stephan Lausterer 認為，安全性在未來會成為越來越重要的話題。另一個好處是，倍福作為 OPC UA 技術(shù)的早期踐行者，已經(jīng)很就在控制端實施了 OPC UA 客戶端。Tilman Plaß 也證實了這一點：“倍福早在 2014 年就已經(jīng)展示了通過 SOA PLC（SOA = 面向服務的架構(gòu)）實現(xiàn)的 TwinCAT 3 應用場景，它結(jié)合了邏輯功能和 OPC UA 服務，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)一致、安全和標準化的通信。”

　　由圓形單體電池構(gòu)成的鋰離子電池模組的例子

　　關(guān)于德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務遍及 70 多個國家和地區(qū)。

　　倍福于 1997 年進入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應用于風力發(fā)電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領(lǐng)域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

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