Vogelsang&Benning是一家專業(yè)生產(chǎn)全自動和/或半自動工業(yè)產(chǎn)品下線檢測設(shè)備的公司。自1983年成立以來，該公司已經(jīng)為眾多工業(yè)應(yīng)用、傳動技術(shù)和機(jī)械工程的實(shí)施提供了專門的檢測系統(tǒng)。針對他們?yōu)檗D(zhuǎn)向助力器電機(jī)最新研發(fā)的裝配和檢測線，Vogelsang&Benning選用了Beckhoff基于PC和EtherCAT的自動化解決方案。

完整的裝配線

測量與試驗(yàn)技術(shù)

　　傳統(tǒng)的汽車液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正逐漸被電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所取代。一套完整的伺服裝置（SU）由一臺永久勵(lì)磁同步電機(jī)和電子控制單元（ECU）組成，電機(jī)在出廠前必須進(jìn)行綜合檢測。整套裝配和檢測線由一個(gè)螺釘緊固模塊、閃存程序下載模塊和一個(gè)集成了搬運(yùn)模塊的氣密性與性能檢測模塊。電子控制單元和電機(jī)通過螺釘模塊擰在一起，應(yīng)用軟件閃存程序下載模塊下載到的電子控制單元（ECU）中。然后進(jìn)行氣密性檢測和性能與噪聲檢測。由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是關(guān)系到汽車行駛安全的重要零部件，因此，必須特別注意數(shù)據(jù)的備份與存檔，所有的檢測參數(shù)、設(shè)定值和測量數(shù)據(jù)必須都是可追溯的。必須保證每個(gè)檢測試件標(biāo)識的唯一性，并將其相關(guān)數(shù)據(jù)存儲在一個(gè)獨(dú)立的中央文件服務(wù)器中。

　　檢測系統(tǒng)的自動化改造要求通過不同的接口將來自不同制造商的組件集成在一起：檢測模塊負(fù)載組有一個(gè)PROFIBUS接口。檢測試件的控制裝置通過FlexRay總線系統(tǒng)激活，而FlexRay網(wǎng)關(guān)則通過Ethernet激活。諸如掃描儀、閃光器或氣密性檢測儀等其它設(shè)備則通過串口與主控計(jì)算機(jī)通訊。

　　EtherCAT用作上位總線系統(tǒng)

　　除了EtherCAT具有高性能和過程值的精確分布式時(shí)基同步的特點(diǎn)之外，選擇它作為基本總線系統(tǒng)的另外一個(gè)主要原因是前面所提到的接口可用作本地分布式EtherCAT設(shè)備。此外，最終用戶的一個(gè)重要要求是：在設(shè)備數(shù)量增加時(shí)能夠通過擴(kuò)展總線的方式添加新的模塊。通過分布式配置上述接口（見圖1），能夠在僅增加少量布線和安裝成本的前提下滿足這一要求。過去所采用的多通道接口卡需要敷設(shè)數(shù)米長的串行電纜，而現(xiàn)在，所需的電纜長度被大大縮短，從而也極大限度地降低了干擾敏感度。

圖1：靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，種類繁多的總線接口

　　裝配和檢測流程詳情

　　在第一階段，電機(jī)和控制單元通過螺釘擰在一起，聯(lián)接主軸和螺絲刀通過PROFIBUS控制。帶串口的掃描儀檢測試件的DMC代碼，以便進(jìn)行必要的材料跟蹤和數(shù)據(jù)庫存檔。在下一階段，固件通過閃存模塊（也是串行）加載到電子控制單元（ECU）中，而搬運(yùn)系統(tǒng)（PROFIBUS）則將被轉(zhuǎn)移到下一個(gè)模塊。材料跟蹤通過串行掃描儀實(shí)現(xiàn)。該階段使用了一個(gè)EtherCAT交換機(jī)端子模塊，通過一個(gè)可選的FlexRay網(wǎng)關(guān)直接設(shè)置ECU。之后，與網(wǎng)關(guān)的連接在EtherCAT系統(tǒng)的非循環(huán)通訊插槽內(nèi)作為純TCP/IP通訊建立。檢測模塊檢測轉(zhuǎn)向助力器電機(jī)的下列主要特性：

　　|螺紋緊固件相互之間的緊密度

　　|各種轉(zhuǎn)矩負(fù)載檢測和速度檢測

　　|不同運(yùn)行條件下的噪聲檢測

　　|所有參數(shù)和完整的ECU功能檢驗(yàn)

　　使用標(biāo)準(zhǔn)的EtherCAT端子模塊記錄測量值

　　試件通過FlexRay總線設(shè)定一個(gè)默認(rèn)的轉(zhuǎn)矩，即使是在有負(fù)荷（變頻器控制負(fù)載測試機(jī)）的情況下也要保持較高的測量精度。在恒定的速度下以每秒1000個(gè)測量值的采樣速率不斷地對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行測量，并利用快速傅里葉變換（FFT）分析轉(zhuǎn)矩偏差。為了確保分析的可靠性，必須在絕對時(shí)間和/或角度同步期間記錄測量數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)矩）。以前，記錄該測量值需要昂貴的專用儀器，但現(xiàn)在，該過程可以通過具有分布式時(shí)鐘功能的標(biāo)準(zhǔn)EtherCAT端子模塊（計(jì)數(shù)器端子模塊和模擬量輸入）實(shí)現(xiàn)。

　　分布式時(shí)鐘能夠使測量同步，并能夠精確到納秒，從而為快速傅里葉變換提供必要的測量數(shù)據(jù)時(shí)間相關(guān)性。轉(zhuǎn)矩偏差然后在頻率-振幅頻譜中以圖形方式顯示。測試結(jié)果和DMC代碼一起保存在數(shù)據(jù)庫中。

　　帶有分布式時(shí)鐘的EtherCAT系統(tǒng)的性能詳見圖2，詳細(xì)記錄了兩個(gè)EtherCAT同步的邊緣變化。兩個(gè)裝置的分離通過300個(gè)Ether-CAT節(jié)點(diǎn)和長度為120m的電纜實(shí)現(xiàn)。同步控制邊緣變化的同時(shí)性約為15納秒（ns），抖動為±20ns。

　　ADS能夠在幾毫秒時(shí)間內(nèi)傳輸所有的測量數(shù)據(jù)記錄

　　首先對測量值和校準(zhǔn)值進(jìn)行分析和可視化，再通過由Vogelsang&Benning用C++編程語言開發(fā)和實(shí)施的METIS軟件進(jìn)行測試，然后存檔測試結(jié)果。TwinCAT控制器的接口是ADS，是一個(gè)方便的路由器接口，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、控制和診斷。與以前PLC中的數(shù)據(jù)模塊處理不同，它具有良好的集成性能和方便的命令接口（如用于切換運(yùn)行方式），能夠更輕松、更高效地實(shí)現(xiàn)通訊。所有的測量數(shù)據(jù)記錄都由PLC在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)傳輸給METIS軟件。ADS嵌入在TCP/IP協(xié)議中，便于遠(yuǎn)程維護(hù)，METIS軟件的必要設(shè)置被減至最低。

　　圖2：通過分布式時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)納米秒級精度和同步；長期記錄兩個(gè)設(shè)備的信息

　　一項(xiàng)具有開拓性意義的解決方案

　　“我希望我們能夠讓更多的客戶安裝我們采用了Beckhoff技術(shù)的檢測系統(tǒng)?！鄙鲜鰴z測線的項(xiàng)目經(jīng)理和程序員RobertBiletic先生如此說道?！芭c過去采用的方案相比，這個(gè)方案給我們帶來了實(shí)實(shí)在在的好處。首先，采用上述分布式現(xiàn)場總線接口（EtherCAT設(shè)備）能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)備選擇。另外，由于采用高級語言（結(jié)構(gòu)化文本，ST）和實(shí)例概念提升了軟件模塊的復(fù)用性，PLC編程變得更加高效和經(jīng)濟(jì)。TwinCAT系統(tǒng)管理器和內(nèi)置實(shí)時(shí)示波器軟件具有很強(qiáng)的診斷功能。集成的在線可視化軟件能夠更加快速、輕松地找出并修正布線錯(cuò)誤，甚至是在沒有PLC程序，只有系統(tǒng)管理器的情況下。示波器軟件有助于調(diào)整和優(yōu)化各種控制器。EtherCAT是一種非常有效的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，讓我們能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)的I/O端子模塊用作高精度測量值的記錄層。這不僅節(jié)約了成本，而且所有測量操作都可以通過軟件完成。該技術(shù)已為我們所專有，只需簡單調(diào)整，即可方便地應(yīng)用到其它檢測設(shè)備中?！?/p>