SAI無線通訊模塊適合于機(jī)床設(shè)備性能要求擴(kuò)展的情況，或者利用總線電纜很不方便的情況
一家意大利的機(jī)械生產(chǎn)廠在其發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋裝配機(jī)器人中，成功利用了Weidmüller公司研發(fā)的SAI無線通訊模塊，荷蘭的機(jī)器人企業(yè)在技術(shù)改造項(xiàng)目中采用無線通訊技術(shù)，使機(jī)器人成功升級(jí)。
面向未來的機(jī)床設(shè)備將不會(huì)繼續(xù)以一成不變的剛性結(jié)構(gòu)、不靈活的、預(yù)配置好的模塊出現(xiàn)在用戶的面前了。今天，它們將更加按照用戶的使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。其中，明顯的發(fā)展趨勢就是：按照結(jié)構(gòu)和功能模塊對(duì)機(jī)床設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外一個(gè)趨勢就是：技術(shù)改造使現(xiàn)有的機(jī)床設(shè)備適應(yīng)未來生產(chǎn)的要求。
Weidmüller公司研發(fā)生產(chǎn)了基于藍(lán)牙技術(shù)的傳感器-接收器無線通訊接口，能夠簡單方便、在不使用總線耦合器的條件下集成到Profibus DP現(xiàn)場總線系統(tǒng)之中，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性的技術(shù)改造。
這種SAI無線網(wǎng)關(guān)能夠與6個(gè)子工作組進(jìn)行無線通訊，共計(jì)可有96個(gè)無線輸入和輸出端。Weidmüller公司研發(fā)生產(chǎn)的SAI無線通訊模塊（圖1）可以即插即用，也就是說：從它收到第一個(gè)無線信號(hào)起，網(wǎng)關(guān)就能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)無線通訊。另外，其發(fā)射功率可以無級(jí)調(diào)節(jié)，從而保障了與多種不同系統(tǒng)很好的耦合。
圖1 使用中的SAI模塊
更多的通訊技術(shù)和電氣技術(shù)附加值
分散式配置的現(xiàn)場總線系統(tǒng)借助于其模塊化的特性，簡化了整個(gè)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試的復(fù)雜性。合理的設(shè)備結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一個(gè)個(gè)功能單元，保障了機(jī)床設(shè)備運(yùn)動(dòng)的合理性。這樣設(shè)計(jì)的機(jī)床設(shè)備能夠按照模塊化形式進(jìn)行生產(chǎn)制造、測試和啟動(dòng)使用，標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場總線系統(tǒng)把各個(gè)功能模塊連接成一個(gè)整體或者一個(gè)系統(tǒng)。在機(jī)床設(shè)備制造領(lǐng)域中適用的宗旨是：把所有的機(jī)械和電氣單元都相互匹配連接為一個(gè)整體，標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場總線系統(tǒng)Profibus DP常常是實(shí)現(xiàn)這一宗旨的基礎(chǔ)。在全球也有許多這樣的技術(shù)項(xiàng)目，其中一些已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)場總線系統(tǒng)保障能夠迅速控制每個(gè)模塊。
但長期以來，機(jī)床設(shè)備的制造者們一直都優(yōu)先選用有線連接的通訊方式，這也激勵(lì)了無線控制技術(shù)機(jī)床設(shè)備的研發(fā)制造。盡管在近期、中期還不可能大規(guī)模實(shí)現(xiàn)機(jī)床設(shè)備的無線通訊，但無線通訊的“生產(chǎn)加工島”已經(jīng)誕生，而且成功集成到標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。藍(lán)牙技術(shù)以及可靠且安全的通訊接口技術(shù)，今天已經(jīng)在自動(dòng)化領(lǐng)域中得到了越來越多的應(yīng)用。藍(lán)牙（IEEE802.15.1）為工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域提供了一種抗干擾的數(shù)據(jù)通訊方式，一種短距離無線網(wǎng)絡(luò)的連接方式。
圖2 一家意大利公司研發(fā)生產(chǎn)的具有無線通訊模塊功能的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋裝配線
現(xiàn)場使用的電氣安全保護(hù)等級(jí)為IP67
Weidmüller公司研發(fā)生產(chǎn)的SAI無線通訊模塊適用于有擴(kuò)展性能的機(jī)床設(shè)備，或者由于其空間環(huán)境不易使用總線電纜的場合，包括移動(dòng)的設(shè)備部件。即使那些旋轉(zhuǎn)的機(jī)床設(shè)備部件，也可以簡單方便、毫無問題的實(shí)現(xiàn)通訊。在機(jī)床設(shè)備的刀具更換時(shí)，也可以使用這種藍(lán)牙通訊技術(shù)。SAI無線網(wǎng)關(guān)可以與6個(gè)子工作站建立無線通訊聯(lián)系。在Profibus DP現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，這一網(wǎng)關(guān)作為系統(tǒng)的一個(gè)成員設(shè)備參與其中，同時(shí)也在這一現(xiàn)場總線系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)一個(gè)子工作站的作用。各個(gè)SAI模塊的工作時(shí)間循環(huán)都在15ms之內(nèi)。這種子總線系統(tǒng)的信號(hào)傳輸（無線通訊）距離為50m。所有的工作站都作為現(xiàn)場總線儀器設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，其安全保護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67。
減少電纜數(shù)量：這恰恰是一家意大利生產(chǎn)廠商在其裝配線的自動(dòng)化中所尋求的解決方案。在這條缸蓋裝配線上，裝配不同缸距、不同氣門中心距的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋（圖2）。這一裝配線的功能，例如裝配和上料是分別控制的。標(biāo)準(zhǔn)化的缸蓋裝配機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)，具有使用不同裝配工具的能力，可以按照不同的缸蓋類型完成潤滑、氣門裝配、密封件裝配、氣門彈簧調(diào)整以及優(yōu)化等工序。這些不同的裝配工具、不同的裝配操作工序都需要通過對(duì)裝配機(jī)械手的控制來實(shí)現(xiàn)。
圖3 利用IP67安全防護(hù)等級(jí)、基于SAI-Aktiv-Remote I/O系統(tǒng)的機(jī)器人的技術(shù)改造
復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，尤其是裝配機(jī)械手復(fù)雜的操作，強(qiáng)制性地要求在傳感器和接收器之間有大量的信號(hào)線，以及眾多的輸入輸出信號(hào)控制。生產(chǎn)廠商的要求和目的是：設(shè)備現(xiàn)場與電氣控制柜之間大量的電纜，包括復(fù)雜的現(xiàn)場總線系統(tǒng)都要省略。就是在這種背景條件下，這家意大利生產(chǎn)廠找到了Weidmüller公司。Weidmüller公司采用基于藍(lán)牙技術(shù)的SAI無線通訊模塊的方案，不僅能夠降低缸蓋裝配線的復(fù)雜性，而且也大大降低了裝配線維修保養(yǎng)的復(fù)雜性。
利用無線通訊技術(shù)改造缸蓋裝配機(jī)器人
在很多情況下，荷蘭的Irmato公司都是利用機(jī)器人技術(shù)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化解決方案的，在現(xiàn)有機(jī)器人的技術(shù)改造中也是如此。利用基于SAI-Aktiv-Remote I/O系統(tǒng)（圖3）、Weidmüller公司研發(fā)生產(chǎn)的、具有IP67安全防護(hù)等級(jí)的無線通訊模塊來發(fā)送控制信息，使得這家意大利生產(chǎn)廠的自動(dòng)化控制方案變得非常簡單，電纜的數(shù)量也更少。
Irmato集團(tuán)是一家在機(jī)床設(shè)備制造領(lǐng)域中從事工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和技術(shù)咨詢的企業(yè)，承擔(dān)著從工程設(shè)計(jì)、工程項(xiàng)目管理直至項(xiàng)目施工的全部任務(wù)。Irmato經(jīng)營業(yè)務(wù)中的一個(gè)項(xiàng)目就是自動(dòng)化機(jī)器人的技術(shù)改造，其目的就是使工業(yè)機(jī)器人這一生產(chǎn)設(shè)備的核心工作起來更加靈活，能夠適應(yīng)不同產(chǎn)品生產(chǎn)的需要。Irmato公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)和服務(wù)的機(jī)器人不僅僅只是新機(jī)器人，也有使用過的老舊機(jī)器人。對(duì)老舊機(jī)器人在技術(shù)改造中心里進(jìn)行技術(shù)更新，使其能夠完成新任務(wù)。
圖4 機(jī)器人技術(shù)改造的結(jié)果表明：在機(jī)床設(shè)備制造領(lǐng)域中，無線通訊模塊是非常經(jīng)濟(jì)、高效的解決方案
在對(duì)老舊機(jī)器人進(jìn)行徹底的清理之后，按照需要進(jìn)行檢修、大修，并按用戶的規(guī)定進(jìn)行性能檢驗(yàn)。隨后，這種更新改造后的機(jī)器人進(jìn)入自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域。其中一個(gè)非常重要的要求就是：機(jī)器人應(yīng)在很短的時(shí)間內(nèi)完成執(zhí)行新任務(wù)的技術(shù)改造，并完成相應(yīng)的電纜布線。一般情況下，僅電纜布線就需要兩天時(shí)間。為了縮短這一時(shí)間，Irmato公司選擇了Weidmüller公司的SAI無線通訊技術(shù)。機(jī)器人技術(shù)改造的結(jié)果表明：在機(jī)床設(shè)備制造領(lǐng)域中，無線通訊模塊是非常經(jīng)濟(jì)、高效的解決方案（圖4）。
可靠傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)
Irmato的工程師們對(duì)無線技術(shù)非常滿意。這樣，他們只需考慮24V供電電源，在必要的情況下再加上機(jī)械手運(yùn)動(dòng)所需的壓縮空氣供應(yīng)即可。過去，Irmato公司的工程技術(shù)人員們?cè)?jīng)使用過有線信號(hào)傳輸?shù)南到y(tǒng)，但在機(jī)器人領(lǐng)域中這種有線信號(hào)傳輸?shù)姆绞酵€(wěn)定性不足，易出故障。隨著機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，電纜使用一段時(shí)間之后其屏蔽層開始破損，這就必須更換電纜了。如此不僅帶來了很高的原材料費(fèi)用支出，而且也耽誤了大量寶貴的時(shí)間。在采用了SAI無線通訊模塊之后，實(shí)現(xiàn)了不用電纜也能夠可靠傳遞數(shù)據(jù)信息的目標(biāo)。
由Irmato公司提出的一個(gè)特殊要求是：不僅是一個(gè)無線連接的數(shù)據(jù)傳輸方式，而且是一個(gè)非常堅(jiān)固耐用的數(shù)據(jù)傳輸方式。在當(dāng)前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用項(xiàng)目中，機(jī)器人把四個(gè)鋼質(zhì)零件放入CNC數(shù)控加工機(jī)床中，數(shù)控機(jī)床加工后再把它們從機(jī)床中取出，送入另一檢測設(shè)備中，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工的結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。另一個(gè)機(jī)器人把檢測合格的零件從檢測設(shè)備中取出，整齊排放在運(yùn)輸零件的托板上。利用激光傳感器，機(jī)器人能夠精確地知道托板的位置。經(jīng)SAI無線通訊模塊內(nèi)部的評(píng)判分析單元，可以把傳感器檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上一級(jí)主控系統(tǒng)，保證了各個(gè)零件在托板上都有準(zhǔn)確的位置。
在機(jī)器人從CNC數(shù)控機(jī)床上取出工件時(shí)，機(jī)器人的手臂首先進(jìn)行的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以便零件上的冷卻潤滑液能夠從機(jī)械手上全部流淌出去。這就要求無線通訊模塊能夠可靠的防水。另外，機(jī)器人工作環(huán)境中的粉塵也相當(dāng)高。因此，Weidmüller公司IP67安全防護(hù)等級(jí)的無線通訊模塊非常適合于Irmato公司防水、防塵的要求。
無線通訊模塊通過初次應(yīng)用考驗(yàn)
在機(jī)床和設(shè)備制造領(lǐng)域中，連接電纜已經(jīng)不再“一統(tǒng)天下”了。例如，在移動(dòng)式應(yīng)用設(shè)備中，在動(dòng)態(tài)性能要求的安裝中，數(shù)據(jù)信號(hào)都可以利用無線傳輸儀器設(shè)備傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)中的、旋轉(zhuǎn)著的設(shè)備和部件中。但其中時(shí)間控制要求嚴(yán)格、周期性的信號(hào)只能可靠地傳輸較短距離，大多數(shù)只有幾米。
無線信號(hào)傳輸技術(shù)是一種無磨損的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸技術(shù)，還具有降低維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用、提高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。但也要求在工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境下工作的無線通訊技術(shù)是一種堅(jiān)固耐用的技術(shù)，如同有線電纜信號(hào)傳輸技術(shù)一樣可靠。Weidmüller公司研發(fā)成功的SAI無線通訊模塊已經(jīng)成功地通過了第一次工業(yè)化應(yīng)用的實(shí)踐考驗(yàn)。
