圖爾克分布式案例技術(shù)的模塊化生產(chǎn)

文：圖爾克（天津）傳感器有限公司

導(dǎo)讀

憑借其IP67防護(hù)等級(jí)的分布式安全理念，圖爾克為該荷蘭設(shè)備制造商提供了優(yōu)化支持。IO-link與混合安全I/O模塊的組合，節(jié)省了大量的接線工作，因?yàn)檎麄€(gè)安全架構(gòu)可以安裝在控制柜外部。

傳感器與執(zhí)行器的電壓之間徹底的電隔離，可以實(shí)現(xiàn)在帶IO-link接口的I/O集線器上，從而對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行安全關(guān)斷。并可以為AWL顯示和評(píng)估數(shù)據(jù)的Lyla操作面板，提供重要的診斷數(shù)據(jù)。該項(xiàng)目證明了模塊化設(shè)備可以靈活的進(jìn)行工作，并且能縮短交付和調(diào)試時(shí)間。

TBIL I/O集線器將焊接帽切割機(jī)的信號(hào)發(fā)送至IO-link主站（在后臺(tái)實(shí)現(xiàn)此功能）

任何使用在線配置來(lái)設(shè)計(jì)廚房的人，都會(huì)感受到模塊化的優(yōu)勢(shì)。這些獨(dú)立的模塊包括側(cè)面板、底板、后面板以及抽屜等。最后，還可以選擇不同風(fēng)格的前面板、把手設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的操作臺(tái)。

DIY廚房的例子，清晰顯示了在沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)，來(lái)談模塊化是不可想象的。只有在對(duì)間隙、尺寸、鉆孔以及水管或天然氣管路的連接進(jìn)行規(guī)定時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)的好處：廣泛的型號(hào)、更高的靈活性、更快的交付時(shí)間以及更合理的價(jià)格。

Varwijk正是利用這種觀點(diǎn)，說(shuō)服潛在客戶和客戶接受模塊化機(jī)器理念。Varwijk是一位研發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理， 負(fù)責(zé)位于哈爾德韋克的荷蘭機(jī)器制造商AWL-Techniek的模塊化戰(zhàn)略。AWL在全球共有5個(gè)分支機(jī)構(gòu)和超過(guò)750名員工，并憑借其在汽車行業(yè)的自動(dòng)化焊接和連接線而聞名。主要的汽車制造商、供應(yīng)商還有其他許多客戶都在生產(chǎn)線中使用他們的設(shè)備。

2017年，Varwijk的一個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)針對(duì)AWL的機(jī)器產(chǎn)品組合實(shí)施了模塊化理念，并逐步定義了M-Line的標(biāo)準(zhǔn)。首先，這需要在公司內(nèi)部進(jìn)行一定的說(shuō)服工作。尤其是在從常規(guī)到模塊化生產(chǎn)布局的過(guò)渡階段，模塊化優(yōu)勢(shì)還未凸顯出來(lái)。首先需要定義標(biāo)準(zhǔn)，而這通常會(huì)受到諸多因素的限制。

M-Line的不同模塊可以組合使用，構(gòu)成完整的生產(chǎn)線

模塊化帶來(lái)靈活性并節(jié)省成本

AWL設(shè)立的首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)則是一系列產(chǎn)品的名稱：MLine既代表模塊化產(chǎn)品系列，又代表包含各個(gè)模塊的生產(chǎn)線。每個(gè)模塊的外殼是矩形鋼制框架，該框架經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)以便安裝在符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的容器內(nèi)。這可以為運(yùn)輸和調(diào)試設(shè)備節(jié)省時(shí)間和成本。由于模塊化設(shè)備可以使用合適的叉車在廠房?jī)?nèi)進(jìn)行重新布置，因此客戶也可在未來(lái)輕松對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展或轉(zhuǎn)換。

Lyla操作面板系統(tǒng)可采集和評(píng)估不同機(jī)器的數(shù)據(jù)，從而監(jiān)測(cè)機(jī)器的運(yùn)行和性能

模塊化需要標(biāo)準(zhǔn)

除了基本框架外，AWL還定義了建造M-Line的3個(gè)核心模塊類型：一個(gè)是操作模塊，方便用戶插入組件和啟動(dòng)進(jìn)程；一個(gè)是分析模塊，包括轉(zhuǎn)臺(tái)和其他處理工件的裝置；一個(gè)是加工模塊，可以配合焊接機(jī)器人或機(jī)床等對(duì)工件進(jìn)行加工。

目標(biāo)：清空控制柜

圖爾克的多協(xié)議以太網(wǎng)IO模塊為AWL提供了幫助，不論客戶偏好使用Profinet還是Ethernet/IP控制器都可以在每個(gè)M-Line模塊上使用相同的IO模塊。我們想要有盡可能多的標(biāo)準(zhǔn)化組件，以及在很大程度上的標(biāo)準(zhǔn)化控制柜。理想情況下，我們希望未來(lái)控制柜中只有PLC和電源。雖然還未達(dá)成該目標(biāo)，但AWL模塊控制柜內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)騰出很多空間。圖爾克IP67混合型安全I/O模塊在此發(fā)揮了重要作用，它同時(shí)提供了普通信號(hào)和安全信號(hào)。

采用可擴(kuò)展安全技術(shù)的IP67 IO-link安全I/O

AWL對(duì)圖爾克的模塊化IP67 IO-link安全解決方案印象深刻：該解決方案的核心是TBPN混合安全I/O模塊。TBPN帶內(nèi)置的安全控制器，可通過(guò)Profinet上的PROFIsafe與PLC通信。該模塊包含4個(gè)安全I/O、2個(gè)常規(guī)數(shù)字I/O和2個(gè)IO-link端口。TBSB安全關(guān)斷箱與其中一個(gè)安全I/O連接，可以在嚴(yán)重情況下安全斷開(kāi)執(zhí)行器電壓V2。

由于所有模塊的電源都通過(guò)安全關(guān)斷箱來(lái)提供，這確保了在緊急停機(jī)等情況下不會(huì)為任何執(zhí)行器提供電源，且機(jī)器的任何部件都不會(huì)移動(dòng)。而傳感器則通過(guò)V1供電，則保持連通狀態(tài)。這樣，控制器可以一直監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)。焊帽切割機(jī)的傳感器和執(zhí)行器與I/O集線器進(jìn)行連接，并與圖爾克的TBEN-L-8IOL IO-link主站通信。

該IP67主站模塊提供4個(gè)符合Class A標(biāo)準(zhǔn)的IO-link端口以及4個(gè)符合Class B標(biāo)準(zhǔn)的IO-link端口，從而將傳感器電壓 (V1) 與執(zhí)行器的電壓 (V2) 隔離開(kāi)。因此，電源的斷開(kāi)同樣通過(guò)IO-link來(lái)實(shí)現(xiàn)。AWL已經(jīng)在美國(guó)的類似項(xiàng)目上使用了圖爾克的TBIP模塊。該模塊與TBPN的硬件類似，但是使用EtherNet/IP和CIP-Safety通信。

模塊的整個(gè)安全技術(shù)通過(guò)TBPN（左下）運(yùn)行

IO-link master（中下）通過(guò)安全箱（ 中） 供電，從而確保在緊急情況下關(guān)閉Class B端口上的所有執(zhí)行器

傳感器/執(zhí)行器電壓的電隔離

其他制造商也聲稱有能隔離V1和V2的模塊。然而，經(jīng)過(guò)仔細(xì)鑒定便可以發(fā)現(xiàn)其所謂的“隔離”并不徹底，例如V1和V2會(huì)共用負(fù)極。若發(fā)生短路，是不被允許的。而這一簡(jiǎn)單的隔離故障就足以使整個(gè)安全解決方案失去作用，原因之一就是無(wú)法確保徹底的電氣隔離。

清空控制柜：借助分布式I/O理念，模塊化機(jī)器的控制柜騰出了大量空間

IO-link加快標(biāo)準(zhǔn)化

使用IP67的安全產(chǎn)品和I/O集線器的解決方案為AWL節(jié)省了很多接線工作。作為IO-link設(shè)備，集線器使用IO-link協(xié)議將執(zhí)行器和傳感器的數(shù)字信號(hào)傳輸至IO-link主站，然后IO-link主站通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)一步將信號(hào)發(fā)送至控制器。另一個(gè)原因是雙向接口加快了M-Line的標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)三線制電纜的信號(hào)傳輸消除了對(duì)特殊屏蔽電纜和專用電纜的需要。IO-link還確保了更高的機(jī)器可用性：Lyla操作面板系統(tǒng)是M-Line的一部分，它可采集IO-link診斷數(shù)據(jù)和評(píng)估不同機(jī)器的數(shù)據(jù)，從而監(jiān)測(cè)機(jī)器的運(yùn)行和性能。

“我們需要同樣能滿足我們要求的全球化合作伙伴，圖爾克正是我們的理想選擇。”

Matthijs Varwijk | AWL-Techniek

模塊化帶來(lái)靈活性并節(jié)省成本

控制器層級(jí)的模塊化尚未開(kāi)展。截至目前，每個(gè)控制項(xiàng)目仍需從零開(kāi)始，只有基本模塊可以重復(fù)使用。無(wú)論如何，模塊化項(xiàng)目遠(yuǎn)未結(jié)束。M-Line受到AWL客戶的廣泛認(rèn)可，他們認(rèn)為這些機(jī)器的可擴(kuò)展能力是一項(xiàng)重大優(yōu)勢(shì)。未來(lái)若需要增加輸出點(diǎn)位，可以使用模塊化方案靈活解決這一問(wèn)題。這與廚房用具類似：需要改變時(shí)，只需將廚房用具取出，然后添加一些新模塊即可。

分布式安全斷電