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图片来源：倍福
重新设计的生产线提供了完全的灵活性，以适应各种端子类型的同步编程和测试。
面对不断变化的市场需求，只靠开发自动化、输入/输出（I/O）系统和机电一体化技术来帮助制造企业重新思考可能性是不够的。使用自适应制造解决方案，自动化内部应用可以提供帮助。
01 快速提高生产线效率
对于位于德国Verl的倍福全球总部演示系统部门的负责人Michael Golz来说，与制造业的增长保持同步是一项持续的挑战。2021年秋季，Golz的团队和产品管理专家重新构想了如何对输入/输出（I/O）组件进行最终检查。目标是在高混合、低容量过程中成倍提高测试能力。
他们对 I/O 端子模块的最终检验系统采取了一种全新的自适应解决方案：XPlanar 输送系统，专门开发的固件编程工站，以及使用通用测试柜的测试工站。该系统每个班次可以全自动编程、调整和测试约 10,000 个端子模块。这一概念依赖于基于PC的控制和诸多EtherCAT解决方案，并与专门开发的固件和测试站协同工作。这种技术组合可以为当前和未来提供较高的速度、吞吐量以及灵活性。“无论端子类型和交付顺序如何，平均每隔 3 秒就有一个 I/O 端子模块完成固件写入并经过测试后离开系统。” Golz说。
▲倍福公司基于XPlanar的浮动块运动控制系统经过优化，利用无缝监控系统实现最大吞吐量。
这可以确保实现倍福 I/O产品的高效编程、调整、校准和功能测试。
倍福AMI8100尺寸紧凑，集成了伺服驱动进料和出料托盘， 48V运行和EtherCAT通信。
目前，该系统可以对大约 80% 的终端类型进行编程和测试。系统中的产品组合在任何时候都不会影响生产线的吞吐量……这一点非常重要。考虑到终端的多样性——有无现场可编程门阵列 (FPGA)、控制器或模拟通道——每个端子的编程和后续功能测试所需的时间不同。
“安装固件和调整所有模拟通道可能需要30秒。”Stefan Engelke说，他和他的团队一起开发了通用测试柜。解决这个时间问题的办法是并行与分开固件安装和功能测试。这本身并不是一个突破性的想法；具有开创性的部分是系统地使用 XPlanar 的自由度完成整个内部物流并将端子模块送入到各工站。
由于产品能够进行自由的二维平面运动，总线端子模块在测试工站中花费的时间是 10 秒还是 1 分钟，都无关紧要。其余的动子简单地经过被占用的工站，移动到下一个空闲工站。因此，系统的整体输出不受个别工序延迟的影响。
02 更灵活、透明和简单的输送
当承载I/O端子的托盘从进料站移动到拣选站时，过程就开始了。Delta机器人拿起端子，把它们放在等待的传输带上。该系统有两条主要路径CONTROL ENGINEERING China版权所有，几乎像高速公路一样，左右分别通往编程站和测试站。车站位于两条车道的“停车位”。在车道之间，Xplanar动子在第三条路径上返回捡拾器。通过这种对称设置，即使系统的另一侧发生故障，这一侧也可以继续运行。
▲I/O端子的编程和测试时间没有变化控制工程网版权所有，但吞吐量却发生了显著变化：
一个经过编程和充分测试的端子，只需3秒就可以下线。
Xplanar动子将读取站下方的端子传递到横向编程站。读取站通过多个视觉硬件和软件技术，来捕获每个端子唯一的倍福自动化识别码（BIC）。负责系统编程的Ulrich Brockhaus说：“之后，系统获取端子类型，并完全自主地完成所有工作——编程、必要时调整模拟通道和功能测试。”
同时，BIC通过其ID与动子“匹配”。即使在停电后，动子的ID也可用于跟踪每个单独Xplanar动子或端子的位置。当动子到达自由编程站时，它会将端子精确地定位在其接触引脚下方。然后，根据端子的BIC将相应的固件加载到端子上。
然后，它移动到通用测试站，该测试站根据BIC调用设备特定的测试序列。如果软件已正确加载并且功能测试报告没有问题，则动子将端子通过中间轨道，运送到分拣站的第二台Delta机器人上，该机器人将端子放置在另一个托盘上。动子第二次通过读取站，只是方向相反。Engelke说：“由于在回程轨道上重新占据BIC，该端子已被预订。固件的安装和每个单独端子的功能测试，都记录在中央数据库中，包括模拟端子的所有调整值。”
▲在三条通道上方配置视觉系统，在端子通过时可以捕获其DataMatrix代码，
然后将其与Xplanar动子的ID匹配。
03 在基于平面模块的运动控制中使用所有自由度
由100个平面模块组成的系统构成了这一快速、灵活过程的基础。Golz说，这两条主要路径有两条出站车道，中间是6组带有非接触式动子的平面模块，每个模块组包含3 x 4个块。
对于附加组件（程序员和测试人员），剩余的28个模块被安装到基本系统的侧面。每个安装位置都有一个标准化的接口，包括电源（400 Vac）、安全、以太网局域网（LAN）以及EtherCAT。负责系统机械设计和端子连接具体细节的Daniel Golz表示：“界面和系统布局使未来扩展成为可能，而无需进行重大的转换工作。”
平面磁悬浮输送系统实现了高度模块化的机器，同时简化了很多部分的机械结构。例如，编程站使用XY精度定位。因此，在到达端子触点的确切位置后，程序员可以立即降低引脚，并开始加载固件。
在测试站，另一个减少设计工作的特点是可变高度。当它到达测试站时控制工程网版权所有，动子首先升起，以便测试站的滑入单元可以在端子下方移动。然后，动子再次降低其悬停高度，使端子停在滑入单元上，并被拉入测试仪。因此，所有接触点都可以自由访问并连接。测试后，端子以相反的顺序返回到动子。
在插入和移除过程中，动子的旋转选项再次发挥作用。它可以旋转180度，具体取决于系统使用的哪一侧。
▲在用TwinCAT HMI创建的可视化视图中，实时显示了悬停在总共100个
XPlanar平面模块上的33个动子的位置。
04 平面非接触式运动控制系统的优势
这一功能还大大降低了机械的复杂性，并使两侧的测试仪和编程器节省空间配置成为可能。系统布局受益于以下四个特性：
1.平面产品移动可以实现端子传输的个性化www.cechina.cn，并促进编程和测试站的并行处理。
2.XY精确定位意味着编程站不需要外部机构协助定位。
3.借助Z轴运动（提升/降低）输送总线端子模块，简化了测试工站的复杂机械装置。
4.360度旋转实现了系统的镜像对称设置。
▲电动执行器帮助插入端子架，线性执行器降低管脚。
测试站不仅仅检查端子的电气性能和功能。Engelke说：“对于具有模拟信号的端子，还包括相应的测试序列和校准。”集成的视觉系统检查棱镜是否存在并处于正确的位置，并测量端子中LED的颜色和光谱强度。
使用通用测试柜，可以在系统上自动测试各种功能和不同测量范围的EtherCAT端子。其完整的测量和测试系统主要针对精确测量终端。测试柜安装在移动柜中，通过插头连接器与系统相连，可以在不关闭整个系统的情况下快速更换。这需要定期进行，因为终端是测量设备，必须在特定周期内重新校准和认证。
在整体协调和评估中，基于PC控制的优势显而易见。如果测试仪检测到端子存在差异，则通过BIC进行登记，同时测试仪将端子发回编程站重新进行配置。但是，如果错误消息在编程器或测试仪上累积，则表明存在故障。“在这种情况下，测试仪会向系统报告不可用。在检查测试仪并在必要时进行更换之前，动子无法再次接近此位置。”Brockhaus说。
▲新系统中的大多数系统元件和移动测试柜都是由倍福自动化产品组合中的组件构建的。
尽管该系统将在少一个站点的情况下运行，但它仍然处于启动和运行状态，并且不会明显变慢。“可能给客户带来任何问题的 I/O 终端不会离开我们的系统。”Michael Golz 说。
对于基于PC的控制如何执行各种任务和功能，该系统是一个典型案例。除了控制柜工业服务器用于协调100块中的33个动子外，还有10台超紧凑型工业PC控制其它系统组件。
Delta机器人的驱动技术采用多轴伺服系统和伺服电机。Brockhaus说，该设计使用集成伺服驱动器来进料和弹出托盘，因为它们非常紧凑，只需要EtherCAT和48 V即可运行。
编程人员使用线性执行器来接触端子CONTROL ENGINEERING China版权所有，测试人员使用电动执行器来送入端子载体。所有机器的安全技术都是通过集成安全技术的EtherCAT I/O系统来实现的。除了许多串联端子外，EtherCAT 测量端子模块还安装在四个测试柜中。
倍福自动化 I/O生产主管Michael Klasmeier表示：“我们的I/O端子产品组合提供了丰富的功能，从2通道数字输入端子到紧凑型驱动模块，具有不同程度的复杂性。这些产品的年产量从几千到几十万不等。我们的目标是在现有员工数量和可用空间不变的情况下提高产量，如果没有自动化检测，这是不可能完成的任务。”
关键概念：
■ 使用平面非接触式运动系统和精确定位，新系统的模块化布局可以确保适应性和运营效率，在未来无需大修就可以实施扩展。
■ 新系统显著提高了测试能力，展示了自适应技术集成和流程优化的力量。
思考一下：
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