核燃料棒垫片的pc控制焊接
为了确保机器人安全地焊接核反应堆的部件，需要超越传统技术所能提供的监测和控制。总部位于德国卡尔施泰因的先进核燃料(ANF)有限公司委托装配和微装配技术供应商Rohwedder AG公司建造一座最先进的焊接工厂，生产用于沸水堆(沸水堆)燃料棒垫片的钢网。
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为了确保机器人安全地焊接核反应堆的部件，需要超越传统技术所能提供的监测和控制。
总部位于德国卡尔施泰因的先进核燃料(ANF)有限公司委托装配和微装配技术供应商Rohwedder AG公司建造一座最先进的焊接工厂，生产用于沸水反应堆(BWR)或压水堆(PWR)核电站燃料棒垫片的钢网。
对该设备的关键要求是高焊接精度和精度加上高速度。在焊接过程中，每个焊点必须在1秒以内的循环时间内传递多达8000个参数。Rohwedder选择了基于pc的PLC(通常称为可编程自动化控制器或PAC)和倍福的运动控制技术来处理这一过程。
焊接工艺细节
Rohwedder必须创建一个焊接工厂，通过激光点焊将最初松散的纵向和横向钢筋结构连接起来，形成刚性钢网格。该工厂由两个焊接室组成，每个焊接室都配备了用于实际焊接的激光器，一个摄像系统，以及位于控制单元的用于可视化的PC机。库卡机器人处理钢网格组件。
首先，零件安装在工件载体上。然后，它们通过传送带转移到焊接室，由机器人定位。Rohwedder的控制技术经理Peter Blomberg解释说:“部件由锆石合金制成，材料必须在氩气室中焊接，因为在正常气氛下它会着火。”
一旦工件被放置在焊接槽中，焊接槽就会关闭，并产生真空。然后将腔室充满氩气。
焊接工艺规范也要求很高。高动态线性驱动器用于将激光移动到各个接触点。在这里，激光以高精度熔化材料，创造所需的焊接质量。安装在电池中的摄像机监视整个焊接过程。摄像机系统在焊接前对网格进行测量，并立即识别出有缺陷的焊缝并自动重新焊接。
“焊接过程是一个高精度、高速的过程，会产生大量的数据，”布隆伯格说。该工厂可以同时处理50多个钢网，其中26个可以有不同的配置。单个网格是不对称的——有些有切割。这意味着该系统必须管理50多个组件的变化。布隆伯格说，位置、移动路径、激光控制、NC(数控)和相机程序必须是“可参数化的”，或者是可测量的单位。
在数据量方面，每个间隔器需要多达1000个焊缝，每个焊缝的循环时间不到1秒。在此期间，执行以下步骤:定位，通过相机校正，根据配方参数进行激光焊接(手动，通过NC程序或点焊)，以及焊点分析。
由于驱动，控制技术和可视化要求，Rohwedder使用Beckhoff基于pc的控制技术，运行TwinCat NC I自动化软件的2.9版本和19英寸。C5102滑入2.4 GHz PC作为控制PC。“对于TwinCat，我们决定使用开放式PC解决方案，而不是传统的轴模块和CNC控制。精确定位、快速运动、高数据量和测量任务需要使用这样的基于pc的控制器。”“使用传统控制器，我们将无法处理复杂的控制任务。”
基于pc的控制技术也提供了配方管理的优势。所有配方参数，包括数控和激光程序，都是通过微软Excel处理的。布隆伯格解释说，Rohwedder更喜欢Excel，因为“它提供了最简单的数据处理形式，创建食谱不需要编程知识。”
Excel文件包含有关组件(钢网格类型)的信息，例如尺寸，焊接点数量，腹板和任何切口的距离，以及焊接顺序的描述，包括每个焊缝的参数。该文件还包含数控程序、激光和图像处理程序以及相关参数。Excel数据被读入相关的PLC数据结构。对于每个组件，PLC创建一个包含配方和工艺参数的数据文件，该数据文件也可由更高级别的工厂管理系统访问。”不同组件的配方创建和处理由客户决定，客户使用TwinCat的ScopeView模拟该过程。这使得错误可以提前检测和纠正，从而优化流程。”
TwinCat NC I的三维轴插补使Rohwedder能够满足ANF对数控具有激光功率控制的三轴插补的要求。“这意味着从4mm到18mm的位置，功率必须在50%到60%之间可控。布隆伯格说:“标准网格的线性轴的定位应该少于300毫秒，对应于12毫米的行程路径。”
电机、控制器网络
ANF工厂有12个水冷线性驱动器，由TwinCat NC i控制，结合SERCOS驱动总线，结果是一个驱动系统，可以同步移动多个轴到目标。“高数据传输速率和短周期时间，同时具有抗干扰性是SERCOS的优点，”Blomberg说。“在我们的案例中，高速是一个重要因素，电机和控制器之间快速平稳的数据交换显然很重要。”
为了进行这种数据交换，倍福为Rohwedder提供了用于快速控制器和实时任务(如驱动器位置控制)的Profibus和SERCOS现场总线系统。
在I/O层，使用防护等级为IP20的倍福总线终端和防护等级为IP67的现场总线盒I/O模块，带有Profibus接口。根据bloomberg的说法，使用IP67模块的决定性标准是其紧凑而坚固的设计以及通过IP-Link系统通过附加模块的模块化可扩展性。耦合器盒用于与Profibus网络连接。进一步的I/O模块通过扩展盒模块集成。耦合器盒通过扩展模块上的IP-Link光纤连接采集I/O数据，并与上级控制器通信。
Rohwedder使用其内部开发的AMS XP产品作为工厂管理系统，用于过程的中央监控和管理。除了过程可视化，AMS XP还处理过程数据存档、订单和类型管理以及统计分析。可追溯性工具对我们来说是一个越来越重要的功能。“所有的维护都有文件记录。任何错误或返工，以及第三方产品的信息都存储在程序中。如果发生损坏，最终用户可以获得有关原因的信息。”
有关基于pc的控制的相关信息，请参阅本期封面故事。
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