工廠技術(shù)領(lǐng)先，日產(chǎn)平板玻璃700噸

　　德國f|glass公司致力于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的平板玻璃，位于德國Osterwedding市的先進(jìn)生產(chǎn)廠可日產(chǎn)平板玻璃700噸。除普通玻璃外，該公司還生產(chǎn)諸如安全玻璃或涂層玻璃等特種產(chǎn)品，用于門窗隔熱和光伏發(fā)電行業(yè)等。德國f|glass公司的玻璃涂層生產(chǎn)線自動(dòng)化解決方案由德國iSATT公司提供，采用了德國倍福公司先進(jìn)的控制技術(shù)。

　　作為荷蘭太陽能玻璃制造商Scheutern公司和德國Interpane公司的合資企業(yè)，德國f|glass公司是玻璃生產(chǎn)與光伏組件制造領(lǐng)域的領(lǐng)先制造商，有著多年的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)技術(shù)，并擁有最先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)施和尖端的生產(chǎn)工藝。其涂層工藝方面的技術(shù)實(shí)力源自于德國Interpane開發(fā)與咨詢公司，該公司一直專注于平板玻璃特殊涂層的應(yīng)用工程、涂層工藝、機(jī)械制造以及工廠工程等方面。

　　高度復(fù)雜的涂層工藝可生產(chǎn)加工面積約180mx6m的平板玻璃。涂層生產(chǎn)線的初始端和末端分別是玻璃板的裝載與卸載單元，通過滾筒傳送帶與玻璃生產(chǎn)線耦合?？蓪?duì)尺寸高達(dá)7x3.30m（23x10.8英尺）的平板玻璃進(jìn)行涂層加工。

　　先進(jìn)的涂層技術(shù)

　　噴濺涂覆法是德國Interpane公司近幾年所采用的涂層技術(shù)，可在真空環(huán)境中進(jìn)行連續(xù)的涂層處理。玻璃從進(jìn)料口開始通過一系列操作間，經(jīng)由傳送室進(jìn)入真正的涂層工作區(qū)——濺射室。濺射室的氣壓低至10-3mba，幾乎相當(dāng)于真空環(huán)境。為使涂層均勻，玻璃會(huì)在工裝夾具的導(dǎo)向下勻速運(yùn)動(dòng)。在噴濺涂覆過程中，真空環(huán)境的陰極和陽極之間會(huì)施加以高電壓以獲取等離子。然后，將惰性氣體氬氣灌入濺射室。當(dāng)氬氣分子與濺射室中的電子發(fā)生碰撞后成為帶正電的重氬離子，由此產(chǎn)生所需的等離子體。高電壓使得氬離子朝著陰極的涂層材料（比如銀）加速運(yùn)動(dòng)。在高電壓下，氬離子獲取了更多能量撞擊目標(biāo)材料引起噴射，噴射物質(zhì)沉積到玻璃上，形成薄膜。

　　為使濺射的目標(biāo)材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，還需將氧氣引入到濺射室內(nèi)。這種處理工藝可以應(yīng)用于多種類型的涂層。經(jīng)過涂層工藝之后，還能對(duì)玻璃板進(jìn)行進(jìn)一步的處理，如加工為具有出色絕熱性能的隔熱玻璃，可應(yīng)用于建筑物的門窗。

　　以創(chuàng)新的理念滿足復(fù)雜的需求

　　在Interpane公司使用多年、并徹底掌握了涂層系統(tǒng)的工藝控制之后：iSATT受托開發(fā)一種新的控制理念，以滿足以下需求：

　　|擴(kuò)大工廠規(guī)模，整合工廠，這意味著現(xiàn)場總線I/O分布范圍擴(kuò)大。

　　|數(shù)量龐大的現(xiàn)場總線I/O，以及PROFIBUS和CANopen設(shè)備

　　|通過一個(gè)通用的現(xiàn)場總線集成安全I(xiàn)/O

　　|集成玻璃傳輸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)柜

　　|濺射室采用模塊化設(shè)計(jì)，在控制器運(yùn)行中即可插裝獨(dú)立單元，無需重新配置

　　|自動(dòng)識(shí)別濺射室內(nèi)各個(gè)功能模塊的狀態(tài)

　　|裝載和卸載機(jī)械裝置通過PROFIBUS進(jìn)行通訊

　　|與過程控制系統(tǒng)的連接在德國iSATT公司的創(chuàng)新理念下，中央控制平臺(tái)取代了多個(gè)外部CPU控制系統(tǒng)。配有Intel®Core™2DuoCPU的倍福工業(yè)PCC5102、倍福PLC與運(yùn)動(dòng)控制軟件TwinCATPTP，以及作為控制

　　系統(tǒng)中樞的EtherCAT現(xiàn)場總線，均具備相當(dāng)高的性能，是滿足上述需求的理想設(shè)備。德國f|glass公司涂層工藝總監(jiān)JörgMönnekes補(bǔ)充道：“TwinCAT的靈活性與模塊化能夠很好地滿足我們加工過程中的復(fù)雜需求。”

　　“出于以下考慮促使我們選擇這種集中化的理念?！眎SATT總經(jīng)理PeterHennes說道，“一方面，不同位置的控制器之間不再需要交叉通信，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在集中的數(shù)據(jù)管理上。操作員/維護(hù)工程師能隨時(shí)看到所有的數(shù)據(jù)，信號(hào)跟蹤、程序修改以及系統(tǒng)維護(hù)等工作都可以在一個(gè)位置上完成。此外，只需要使用一個(gè)中央遠(yuǎn)程訪問點(diǎn)，具有靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一個(gè)EtherCAT主站便能夠滿足所有分布式I/O的需求?！?/p>

　　生產(chǎn)線全長為180米（590英尺）。

　　涂層處理之后的質(zhì)量控制。在電阻測量之前，光學(xué)傳感器會(huì)測量玻璃板的反射光與透射光

　　EtherCAT網(wǎng)絡(luò)總共包括：20個(gè)帶有EtherCAT從站連接的伺服控制器，22個(gè)EtherCAT端子站（其中含有1000個(gè)數(shù)字量I/O，60個(gè)模擬量I/O，以及57個(gè)安全通道），30個(gè)熱連接組（帶有830個(gè)數(shù)字量I/O）41個(gè)PROFIBUS主站和21個(gè)CAN主站。工廠的擴(kuò)充完成以后，還會(huì)另外添加30個(gè)帶有相同配置的熱連接組。

　　熱連接組可在設(shè)備運(yùn)行時(shí)進(jìn)行熱插拔

　　“熱連接組的作用尤其重要”，德國Interpane公司的控制開發(fā)總監(jiān)ManfredCzybik解釋道，“自動(dòng)化理念的關(guān)鍵需求之一，是配備有陰極和/或渦輪分子泵的濺射室的功能靈活性，在運(yùn)行時(shí)無需重新進(jìn)行配置。此外，該系統(tǒng)還讓操作人員獲悉當(dāng)前需優(yōu)先處理的任務(wù)?！睘R射室更像是一個(gè)巨型的臥式箱體，目標(biāo)材料的陰極、渦輪分子泵分別或同時(shí)從上方進(jìn)入濺射室，而無需進(jìn)行任何工藝處理。

　　濺射室總共劃分為60個(gè)隔間。不同類型的陰極需要使用不同的處理工藝，并且就控制技術(shù)而言，需要由若干I/O以及PROFIBUS/CAN主站所組成的熱連接組，這具體取決于設(shè)備的類型。陰極通過集中式的插頭連接件與控制器進(jìn)行通信。這樣設(shè)計(jì)的好處在于，在控制器運(yùn)行時(shí)，熱連接組可在任意位置上與Ether-CAT進(jìn)行連接。

　　主站和從站協(xié)同更緊密

　　除支持整組設(shè)備的熱連接外，集成了現(xiàn)場總線主站或從站功能是EtherCAT端子模塊系統(tǒng)的另一大優(yōu)勢。憑借EtherCAT強(qiáng)大的高速帶寬資源，用戶無需在PC上集成現(xiàn)場總線主站，而通過PROFIBUS或CANopen主站模塊集成在現(xiàn)場層，并將其插入任何EtherCAT總線端子排即可。這就意味著，現(xiàn)場總線主站/從站端子模塊之間的數(shù)據(jù)交換，可以直接整合到EtherCAT協(xié)議——邏輯/物理轉(zhuǎn)換為端子適用的現(xiàn)場總線協(xié)議。因此，分布在一個(gè)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場總線主站數(shù)量幾乎無任何限制，都可執(zhí)行其相應(yīng)任務(wù)。另一個(gè)有效改善是顯著縮短了現(xiàn)場總線設(shè)備之間的電纜長度。使主站和從站距離更近，正如本應(yīng)用案例中的陰極裝置所示。

　　在EK1101EtherCAT耦合器中有一個(gè)ID開關(guān)，用于地址的分配。不僅可以在濺射室內(nèi)任意位置執(zhí)行操作，還可以識(shí)別陰極的類型。每個(gè)陰極類型均會(huì)分配到一個(gè)地址范圍，并將被導(dǎo)入到PLC程序中，集成到所需的控制工藝。

　　運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)保證了玻璃輸送的統(tǒng)一性將玻璃送入和送出濺射室的操作均由伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來完成。集中計(jì)算所得的整定值會(huì)周期性地通過EtherCAT傳送到伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。首先，物料搬運(yùn)機(jī)器人會(huì)將生產(chǎn)出的玻璃板放在生產(chǎn)線的滾筒式傳送帶上。這些玻璃板經(jīng)過清洗，清除掉存放玻璃板時(shí)用于防止粘連的分離物。

　　生產(chǎn)線上的所有安全設(shè)備，包括傳送路徑上的全部急停按鈕，都可以通過集成到倍福I/O系統(tǒng)中的TwinSAFE端子模塊來進(jìn)行操作

控制室

　　最后一道工序是由物料搬運(yùn)機(jī)器人將玻璃板成品搬離生產(chǎn)線，并放置到運(yùn)輸架上。在正常輪班生產(chǎn)中，平均每分鐘都會(huì)生產(chǎn)出一塊玻璃板成品

　　之后，玻璃板通過真空度依次遞增的三個(gè)工作室，按特定間隔排開，比方10cm（4英寸），進(jìn)入濺射室，并進(jìn)行上文所述的涂層處理工藝。為了確保涂層材料均勻沉積，必須確保玻璃的傳送過程不出現(xiàn)任何波動(dòng)。玻璃完成涂層處理并從濺射室傳送出車間后，需要對(duì)涂層進(jìn)行檢查。光學(xué)傳感器會(huì)測量出玻璃板的反射以及折射情況，然后測量玻璃板的電阻，這也是檢查涂層質(zhì)量的一種方法。最后一步則是由物料搬運(yùn)機(jī)器人將玻璃板成品搬離生產(chǎn)線，并放置到運(yùn)輸架上。在常規(guī)的流水生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)線上平均每分鐘生產(chǎn)一塊玻璃板成品。

　　集成安全技術(shù)

　　生產(chǎn)線上的所有安全設(shè)備，包括輸送路徑上的急停按鈕，都可以通過集成的倍福TwinSAFE系統(tǒng)來進(jìn)行操作。一旦激活了急停按鈕，所有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、閥門以及產(chǎn)生等離子體的動(dòng)力裝置便會(huì)統(tǒng)一關(guān)閉。4個(gè)KL6904TwinSAFE邏輯終端評(píng)估輸入的安全信號(hào)，并關(guān)閉輸出。TwinSAFE端子之間的通信，控制器與I/O之間的數(shù)據(jù)交換均通過EtherCAT完成。

　　集中控制理念

　　盡管系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性，但德國f|glass公司還是選擇使用集中式控制系統(tǒng)?！拔覀冋J(rèn)為該系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢”，德國f|glass自動(dòng)化方面的專家AlexanderKick解釋道，“一方面，我們不再需要像分布式控制系統(tǒng)那樣，在控制器之間進(jìn)行交叉通信；另一方面，集中化的數(shù)據(jù)管理可以讓操作人員或開發(fā)人員對(duì)所有信息一目了然。此外，信號(hào)跟蹤、程序修改、系統(tǒng)管理及存檔，連同集中式遠(yuǎn)程訪問的管理成本都將大大降低?！?/p>

　　復(fù)雜但易于操作的控制技術(shù)

　　涂層生產(chǎn)線的可視化與主站控制系統(tǒng)通過倍福ADS接口連接到TwinCAT?？刂芇C與主站PC之間有超過5,000個(gè)變量通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。以太網(wǎng)TCP/IP構(gòu)成了控制系統(tǒng)與控制器之間的物理接口。