1 用户概况及项目要求 AUTOMATED ASSEMBLIES公司 （AAC）是注塑机器人和工作单元领域全球领先的设计及制造公司，其产品注册商标为Raptor 。该公司的多款机器人产品都跻身于世界工业机器人之列。为满足全球市场对更快速、更智能、更便捷的机器人日益增长的需求，AAC 着手对以前市场上所没有的新型注塑成型机械手进行设计。 根据要求，AAC计划在下一代Raptor 机器人项目开始后的一年内即可交付最终产品。AAC公司在增值分销商Target Electronic Supply公司的建议下，选择了MEI公司的运动控制平台和SynqNet 运动网络技术。Target公司认为，将MEI运动控制平台和SynqNet 运动网络应用到Raptor 机器人的设计中，不仅完全符合Raptor 技术规格，同时还可以支持客户重要的常规平台开发计划。 2 MEI SynqNet解决方案 Raptor项目所采用的MEI运动控制平台和SynqNet 运动网络技术，实现了工业机器人运动控制系统从可编程（PLC）控制到计算机控制的技术飞跃，为业界定义了下一代机器人数字运动网络设计。这一应用正在越来越多地被应用到不同行业的工业应用中，不仅仅因为部署了全数字网络连接的控制系统可实现速度更快、更加稳定和智能的新一代机器人，同时，还能够缩短设计、生产、注塑及交付周期，借助自动化提高效率，从而最终节省成本，为客户增值。 2.1 从PLC控制到计算机控制 和许多应用一样，AAC公司以前的机器人控制系统采用的也是PLC及相应解决方案，优点是成本经济且易于采用。然而，随着模塑等行业对于自动化控制系统可靠性、功能性、人机界面友好性和数据可管理性的要求不断提高，为使生产出的机器人速度更快，并最大程度地实现注塑过程自动化，一个由计算机控制的系统无疑是更加适合且先进的解决方案。 AAC要求开发功能强大且直观的图像用户界面（GUI），帮助终端用户通过可视工作空间，对Raptor 机器人或整个工作单元进行快速编程。这样，终端用户既可利用现代计算能力的强大功能，同时还降低了复杂性。基于各种技术可能性，AAC采用基于Linux操作系统的SynqNet运动网络，进行Raptor 机器人生产，并已选定采用配有用于常规输入/输出的机载 CANOpen 接口XMP-SynqNet-PCI，对系统中所有的伺服轴进行控制。该的初始配置是用于未来机器人设计的常规控制平台的基础。 2.1.1 MEI 中央控制系统 由于定制模塑厂商的包装产品生命周期较短，产品数量不确定，同时还面临着为产品增值的压力，因此，对于塑料行业厂商来说，资产利用至关重要，即在一种产品完成之后又开始生产另一种与其差别不大的产品时，工作单元可以在多大程度上重复使用。快速切换和灵活性的实现就成为其盈利的关键。 AAC公司总裁 Steve Braig 指出：“对我们而言，关键是开发出一种常规控制平台，采用基于单台计算机的来扩展工作单元的功能，从而为定制模塑厂商增值。未来，当项目发生变化时，模塑厂商无需负担额外的控制系统开销，同时还能够以最少的支出轻松实现工作单元改型。采用 MEI 技术和 SynqNet 数字网络的计算机控制系统的灵活性能是满足这一业界广泛需求的理想选择。” 图1 2.1.2 SynqNet数字网络 SynqNet 适用于所有的机器人伺服控制，并能支持多达32根高度同步的高性能轴。这为AAC需要额外工具端伺服的应用提供了极大的灵活性。AAC采用MEI的应用编程接口（即运动编程接口，MPI）进行编程，MPI是一套功能强大、面向ANSI标准对象的C／C＋＋运动库，并与所有的 MEI SynqNet兼容。AAC随后开发出其自有的紧凑型人机界面，以进行便捷操作。拖放式触摸屏能够控制并“示训”机器人例程，同时控制基于以太网的视觉检测设备、输送机及应用所需的附加工作单元设备。 2.1.3 SynqNet网络控制功能 SynqNet 基于IEEE802.3 标准，并采用标准 5 类线缆和 RJ45 连接器连接和驱动装置。该网络的转矩更新速率高达 48kHz，具有高超的远程故障诊断功能，并可通过计算机上的以太网，将该功能从工厂传送至企业。 除了实时、远程故障诊断以外，SynqNet 还提供配置文件和固件网络下载。AAC产品开发经理 David Lee 认为这是另一个令人兴奋的性能：“它能够更新，确保世界各地所有的设备均能采用适合的或最新版本的软件，同时，也使得对特定现场技术支持的需求相应减少，现场的软件版本或硬件参数设定值也不会有很大的不同。” 2.1.4 SPI 接口 Raptor机器人通过标准SPI接口与机械进行通信。在注塑行业采用SPI接口，可使计算机与塑料加工机械之间以电子方式进行“对话”。实质上，MEI能捕获机器的输入/输出信号，并集成到Raptor编程解决方案中，以便与所有类型的塑料机器无缝协同工作。所有的MEI均配置了专用输入/输出设备，以及可选 Syn-qNet 输入/输出和 CANOpen 输入/输出。 2.1.5 IntelimotionTM AAC 已在MEI运动技术的强大功能基础上，开发出业界领先的最适合载荷类型和重量的运动轨迹及机器人载荷动态处理技术（IntelimotionTM），该技术能够根据模具中取出部件的类型和重量，对产品中的差异进行处理，自动调节速度和运动轨迹，确保以最高效率生产出最优质的产品，从而减轻终端用户的负担。该技术通过拖放式机器界面支持Raptor 工作单元编程所采用的运动型材，便于用户理解。 2.1.6 MEI 控制系统 XMP-SynqNet系列特色在于其用于运动过程数字信号处理（DSP）的模拟装置，及其直接存储器映射架构，该架构位于计算机PCI 总线上，高效处理主控计算机与之间任务。运动编程接口（MPI）是MEI功能强大的C/C++可移植运动库，可对所有XMP型进行编程。其他编程环境，如ActiveX和MatLab/Simulink，均可通过MEI 的插件程序实现。MEI公司先进的MechaWare伺服控制和调节软件应用程序也有助于补偿机械性异常，并提高机器性能。此外，XMP-SynqNet配置了标准SynqNet接口，能实现菊花链或环形拓扑结构。SynqNet环形拓扑结构能进行“自修复”容错操作，无论节点间出现任何电缆故障，均可通过来自的双工通信进行运动。目前，SynqNet 运动网络所能提供的卓越安全可靠性能在业界独树一帜。 2.1.7 MEI软件工具 除MPI以外，MEI还可提供多种辅助运动编程的应用程序。AAC尤其对MotionScopeTM 印象深刻。该软件能实现全曲线图绘制和实时运动数据分析，只需轻点鼠标，即可实时显示位置、速度以及许多重要运动参数。MPI的数据记录器功能（采用XMP硬件）是一种功能强大的工具，能帮助AAC远程采用MotionScope和进行软件调试。David Lee 解释道：“采用MotionScope工具，可以绘制一次移动过程中多个实时运动参数的曲线图，然后，对各移动进行比较，以定量确定用户最终期望如何执行运动。”由于AAC应用程序是在基于Red Hat Linux的PCI架构操作系统环境下开发的，用户可利用应用程序中的TCP/IP内置功能，通过标准以太网连接，对采用MotionScope的远程主机进行分析。“对快速分析和提高运动性能而言，这种工具的价值是无已衡量的。” 图2 图3 2.2 从提高效率到节约客户成本 AAC选择采用 SynqNet，考虑了诸多因素。最根本的原因是其良好的伺服性能、简化的配线及缩短的实施时间，但性价比才是AAC公司此选更为重要的动因。 2.2.1 节省生产时间 由于与驱动装置之间仅通过一根单独的电缆连接，因此，在数小时内，即可完成早期原型版本Raptor机器人的配线设置和调试。配线过程的简化和线缆数量的减少有助于AAC在紧迫的4周时间内交付机器人。此外，由于机箱空间紧凑，因此机器智能系统安装在电机附近，进一步缩短了从驱动装置至电机的电缆长度。创新型机器人机械CAD设计也有助于缩短Raptor机器人解决方案上市的时间。 2.2.2 缩短注塑周期 模具在加工过程中打开，即视为停机。ACC要最大限度延长模具的产品制造时间，即缩短每个周期中模具打开的时间。显而易见的解决方案是要使机器人尽可能快地运转，但AAC也认识到，通过增加传感器和（或）视觉系统的使用量，以在部件离开模具时检查产品的完整性，是生产量最大化的关键。SynqNet协议的性能与功能强大的MEI相结合，使其能够比以往运行地更快，并保持实施定制工具端功能的灵活性。压力传感器等工具端伺服的改进能提高整体产品质量，并改善取出时间。伺服和视觉加工能提高产品处理的速度和精确度，并可减少工作单元中的劳动密集型工序。 2.2.3 设计周期 AAC完成Raptor机器人的销售技术规格制定时的目标是在一年内开发出可交付产品。AAC不仅实现了这一紧迫的目标，实际上，从理念提出到交付原型仅用了6个月时间，三个月后已生产出可交付产品。创新、动力以及与增值转售商Target Electronics公司强有力的合作关系相结合，成就了AAC这一目标的实现。将机器人控制系统的诸多集成工作外包给其他公司，不仅具有成本效益，选择MEI公司的现货供应运动平台还有助于AAC专注于机器人开发中的重要步骤。 2.2.4 针对效率的自动化 自动化在塑料行业中将扮演着很重要的角色，它有助于效率的最大化。Braig认为：“如果机器人配置了部件座，可利用直接连接到计算机上的‘智能摄像机‘，对运行中的部件进行检测，这是Raptor 视觉系统的可选配置。这些部件可作为整套工作单元解决方案的一部分，直接放置到分拣盘，并进一步进行封装。由于MEI控制系统和SynqNet在中央体系架构中完美匹配，所有这些甚至更多自动化功能都是可能实现的，并能成本经济地得以实现。” 2.2.5 一次性软件投资 由于AAC用于Raptor机器人编程MPI与MEI所有的SynqNet兼容，因此，AAC能够得到在单个软件平台上不断开发运动控制保证。同时，MPI也是独立的平台，这就意味着：如果AAC公司变更未来机器人生产线上的计算机类型或操作系统要求，MPI可以“移植”到环境中。此外，MPI支持CANOpen，因此，AAC不需要独立的CAN，并能够通过一个编程接口对运动输入/输出和CAN输入/输出进行编程。由于MPI可采用各种操作系统（特别是Linux操作系统），因而是AAC常规控制平台计划的关键组成部分。由于Linux操作系统极其可靠且可移植性强，因此AAC公司选择 Li-nux操作系统，以保证机器人在平均长达10年甚至10年以上的生命周期内都不会陈旧。这避免了持续许可证合同，也使AAC公司可从该系统中节省成本，并将成本节省传递到终端用户上。 图4 图5 3 实施效果及用户反馈 AAC与增值转售商Target Electronics Supply Inc.携手，共同完成了下一代Raptor注塑机器的项目选型和实施。Target为该机器人和常规控制平台提供了所需的一站式解决方案，推荐了MEI 公司和SynqNet的完美搭配，促成了Raptor机器人生产线的成功。AAC能够通过Target从多家世界级供应商的同类最佳产品和解决方案中受益。部分外包的解决方案减少了设计周期中的劳动密集型领域，使AAC内部工程部门能更加专注于提高核心竞争力。 正如David指出的：“我们所要做的就是尽可能针对客户的技术规格，设计最优系统。我们发现，MEI中央控制系统和SynqNet数字网络技术能极大提高产品性能，同时降低系统成本，从而使得采用Raptor机器人产品线可在提高产品性能的同时降低成本。”项目的实施最终表明：“MEI强大的软件功能与SynqNet运动网络技术相结合，为我们实施和构建Raptor机器人生产线指明了道路，Sy-nqNet极大实现了‘控制箱以外的灵活性‘，在未来平台中也将是至关重要的技术。” 综上所述，MEI SynqNet 产品能够同时实现高速且可简化配线的全数字运动网络、组态技术支持、支持采用SynqNet下载配置文件、容错、便捷的现场可服务性、远程故障诊断及供应商提供SynqNet驱动装置和输入/输出设备的技术支持等功能特点，从而理想的满足了像AAC这样对现代高性能控制技术感兴趣的客户，实现了Raptor注塑机器人项目。