全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的快速增長(cháng)需要特別高效的鋰離子電池制造工藝。Manz 公司的 BLS 500 激光焊接系統可以通過(guò)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試工具，以及倍?；?PC 的高速控制技術(shù)以及基于此技術(shù)實(shí)現的連續 OPC UA 通信確保了高效率的生產(chǎn)。

高精度高效率的自動(dòng)化鋰離子電池模組生產(chǎn)線(xiàn)

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(zhuān)精于電動(dòng)車(chē)、動(dòng)力電池、電子裝置、能源和醫療器械生產(chǎn)設備整體解決方案。其產(chǎn)品系列包括定制化的實(shí)驗室生產(chǎn)設備或試點(diǎn)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以及交鑰匙生產(chǎn)線(xiàn)。因此，公司對設備配置的自動(dòng)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(xiāo)售和系統咨詢(xún)工程師 Oliver Heilig，Manz 市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)和企業(yè)傳播負責人 Axel Bartmann，Manz 軟件核心設計和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)主管 Stephan Lausterer，倍福汽車(chē)行業(yè)經(jīng)理 J?rg Rottkord 和 Tilman Pla?，以及 Manz 流程開(kāi)發(fā)人員 Felix R?ckel

可根據應用需求定制的激光加工平臺

全新的電池激光系統（BLS）500 就是最好的例子，它是一個(gè)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(gè)手動(dòng)裝載工件的單個(gè)系統獨立運行，也可以作為集成式生產(chǎn)線(xiàn)的一部分，實(shí)現高精度激光焊接，以及激光切割和鉆孔，或移除部分材料。

在實(shí)驗室場(chǎng)景的 BLS 500 的應用中，一個(gè)由若干個(gè)圓形單體電池組成的電池模組被手動(dòng)插入到設備中，但除此之外，其余步驟全部都是自動(dòng)完成。然后通過(guò)激光將單個(gè)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 數據創(chuàng )建相關(guān)配方，即所有焊接點(diǎn)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(kāi)發(fā)主管 Stephan Lausterer 在介紹其明顯的應用優(yōu)勢時(shí)說(shuō)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(lèi)型和模組格式?！比缓罂梢栽?Manz 的虛擬調試工具中方便地檢查結果，并且不僅如此，他補充道：“使用該模型可以在設備真正進(jìn)行機械安裝之前事先詳細和真實(shí)地測試控制程序，從而加速和簡(jiǎn)化調試流程。此外，通過(guò)圖像處理功能比較電池包的 CAD 數據與真實(shí)數據，并將焊接過(guò)程中的所有偏移值計算在內，以實(shí)現高精度加工。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?！?/p>

基于 PC 的控制技術(shù)的系統優(yōu)勢

近年來(lái)，Manz 公司越來(lái)越重視靈活、高性能的控制技術(shù)，正是這一點(diǎn)最終促成了我們與倍福的合作，至今已持續了 10 多年。Stephan Lausterer 對此做出了詳細的解釋?zhuān)骸耙婚_(kāi)始，Manz 開(kāi)發(fā)了自己的控制技術(shù)；但由于機械工程越來(lái)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(kāi)發(fā)變得越來(lái)越困難。因此，我們決定尋找一個(gè)專(zhuān)業(yè)的控制系統供應商合作。我們根據一定的標準評估了多家供應商的產(chǎn)品和技術(shù)，最終結果證明，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(kāi)放并可精確擴展的系統架構。此外，吸引我們的還有倍福的創(chuàng )新實(shí)力，那時(shí)我們就已經(jīng)非常重視創(chuàng )新?！?/p>

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(shí)現系統的模塊化設計

倍福汽車(chē)行業(yè)經(jīng)理 Tilman Pla? 從自動(dòng)化的角度補充說(shuō)道：“基于 PC 的控制技術(shù)可以很好地滿(mǎn)足 Manz 系統的高要求，比如使用我們的控制技術(shù)可以實(shí)現較短的周期時(shí)間，以及涵蓋整個(gè)應用所有過(guò)程的邏輯，這一點(diǎn)尤其可以加快規格切換速度。全面的 TwinCAT 軟件功能以及 OPC UA 通信從兩個(gè)方面帶來(lái)了更多優(yōu)勢。例如，Manz 作為 TwinCAT 3 的早期用戶(hù)，可以為我們提供重要的用戶(hù)反饋信息，這也是雙方合作的一部分?！?/p>

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(shí)說(shuō)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(mǎn)足未來(lái)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?！盨tephan Lausterer 認為，從另一個(gè)角度來(lái)看，這款多功能工業(yè) PC 也為他們帶來(lái)了很大的優(yōu)勢：

“它可以顯著(zhù)簡(jiǎn)化采購和倉儲工作。這也適用于對我們 Manz 公司來(lái)說(shuō)非常重要的整個(gè)軟硬件測試工具鏈。所有軟件都使用虛擬機以及真實(shí)硬件進(jìn)行測試?！?/p>

總而言之，TwinCAT 自動(dòng)化軟件很好地滿(mǎn)足了 Manz 的要求，Stephan Lausterer 證實(shí)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(yǔ)言程序員。除此之外，通過(guò)各個(gè)編程語(yǔ)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(mài)點(diǎn)?！笔褂?C++ 語(yǔ)言和 TwinCAT 3 NC PTP、NC I 和運動(dòng)學(xué)變換功能模塊可以非常方便地編程和仿真運動(dòng)控制系統，然后在實(shí)時(shí)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)權提供適當的保護。

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(guò) OPC UA 實(shí)現上位通信

Manz 除了使用 EtherCAT 實(shí)現設備過(guò)程本身的高速通信之外，即工業(yè) PC 和 EtherCAT 端子模塊或驅動(dòng)器之間的通信，還采用 OPC UA 交換整個(gè) BLS 500 的數據。包括將相機圖像傳輸給 HMI，集成到上位系統，以及雙向通信等任務(wù)都通過(guò) TwinCAT 3 OPC UA（TF6100）功能組件實(shí)現。虛擬調試工具也通過(guò) OPC UA 與 TwinCAT 控制器交換數據。在這方面，Tilman Pla? 指出了以下幾點(diǎn)：“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，并大規模地使用了高性能的 TwinCAT OPC UA 服務(wù)器和客戶(hù)端?！盨tephan Lausterer 證實(shí)了這一點(diǎn)：“幾乎所有的外部通信都通過(guò) OPC UA 實(shí)現，無(wú)論是我們的工業(yè) 4.0 產(chǎn)品還是客戶(hù)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(wù)器（TF6421），這也充分顯示了基于 PC 的控制系統的開(kāi)放性?！?/p>

除了獨立于制造商之外，IT 安全性對 Manz 來(lái)說(shuō)也是一個(gè)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(zhù)從一開(kāi)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(lái)會(huì )成為越來(lái)越重要的話(huà)題。另一個(gè)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(shí)施了 OPC UA 客戶(hù)端。Tilman Pla? 也證實(shí)了這一點(diǎn)：“倍福早在 2014 年就已經(jīng)展示了通過(guò) SOA PLC（SOA = 面向服務(wù)的架構）實(shí)現的 TwinCAT 3 應用場(chǎng)景，它結合了邏輯功能和 OPC UA 服務(wù)，實(shí)現了數據一致、安全和標準化的通信?！?/p>

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