自动化领域中的一个重要趋势是提高机器人的使用量，从而提升生产效率，降低生产成本。在其全自动焊接设备中，德克萨斯公司ARC Specialties将机器人技术与Beckhoff基于PC和EtherCAT的开放式控制解决方案结合在一起使用，为其客户带来了真正的竞争优势。
总部位于美国德克萨斯州休斯顿市的ARC Specialties主要经营焊接和切割设备，其中，约90%的设备都用于油气行业。在ARC Specialties的重要客户中，有多家全球性油气OEM总部都设在休斯顿地区。“ARC Specialties团队致力于采用标准的现有技术制造出最一流的定制自动化设备，确保长期可供货性。”ARC Specialties公司高级项目经理John Martin如此说道。“我们公司的控制理念强调系统设计的开放性。”ARC Specialties公司电气总设计师Gary Ewin补充道。“我们很多竞争对手都自己生产自己的专用控制器，在未来几年内这可能是个不错的解决方案，但多年过去后，控制系统维护所需的技术支持和维修将是一个很大的问题。”
具有创新意义的等离子焊接工艺与Beckhoff自动化技术的完美融合很多ARC Specialties的客户都是等离子弧焊解决方案的长期用户，该解决方案比激光切割系统要便宜很多，但达不到它们的速度。“当然，传统的等离子焊接系统能够完成很高质量的工作，但是它们往往速度比较慢，热量消耗较高。”John Martin解释道。为了提高等离子焊接系统的性能，ARC在公司自己的测试实验室里研发了一套新的焊接工艺——TriPulse焊接系统，它基于钨极惰性气体保护焊（TIG）工艺。TriPulse设计独特，有三个不同的脉冲电流幅值，能够用最少的热消耗量提高沉降速率。“这让我们能够实现非常接近激光系统的性能，但所需要消耗的等离子焊接设备成本要低很多。”John Martin说道。
这款新型焊接系统是德克萨斯一家大客户委托ARC公司开发而成的，首次用于全自动ARC-11RB机器人焊接系统中，用于装配液体净化产品。除了能够提高焊接速度外，所有生产工艺都是全自动完成的：一架龙门起重机将一个定尺气缸抬起并将它放到一套固定卡爪中。同时，机器人从一个给料运输机里拾起一个端环，并将它放到第二套固定卡爪中。然后，机器人从一个抓取工具换到一个焊炬并将端环焊接到气缸上；然后，两个固定卡爪都打开，龙门起重机移走组件。随后，气缸翻转180度，另一端插入到固定卡爪中，然后重复这一过程。成品随后使用龙门起重机放到出料架上。视产品大小，整个过程1-2分钟内即可完成。
机器人将端环焊接到气缸上
嵌入式控制器用作集成控制平台
ARC-11RB机器人焊接系统配备了一台Beckhoff CX1010嵌入式控制器，该控制器安装的是Windows XP Embedded 操作系统和TwinCAT NC PTP软件。适合DIN导轨安装的紧凑型嵌入式控制器用于控制整个应用，包括龙门起重机、机器人功能、HMI、感应加热器、工件输送带和所有气动过程的开始和停止。“我们用Microsoft Visual Studio和C#编写我们自己的所有用于操作界面可视化的软件。”John Martin阐述道：“这可以帮助ARC Specialties让操作人员精通Windows PC，提高操作的舒适性，提供定制设备所需的专业化。”系统的HMI 元件通过TwinCAT ADS 与其余的系统通讯。
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CX1010控制一台Fanuc ArcMate M710IC-50机器人和一台Lincoln Powerwave R350焊接电源，它们通过一个 DeviceNet 主站模块无缝连接到嵌入式控制器。EtherCAT端子模块直接与CX1010连接，用作I/O系统。ARC Specialties 使用EL403x 模拟量EtherCAT 输出端子模块控制无DeviceNet 接口或需要极短响应时间的的焊接电源。
EtherCAT确保提高生产效率
“我们利用 EtherCAT 的高性能监控任何ARC-11RB上设置的驱动参数。”John Martin继续说道：“这可显著降低布线工作，帮助我们更加高效地编写我们的代码，以处理定制应用。这对ARC Specialties来说非常重要，因为大部分业务都涉及到一个特定应用的项目。”尽管应用程序很复杂，新型ARC11-RB 焊接机器人的控制系统设计只花费了四周的时间。建造和装配仅花费了三周的时间即告完成。所有固定工作都是全自动完成的，与手动装配相比，ARC Specialties 的生产效率提高了30%。“只有工件的装卸工作仍需要手动完成。”John Martin 强调说道。“此外，使用 EtherCAT 之后，由于其拓扑结构简单，我们每根轴的布线时间节约了近一个小时。更少的组件和更紧凑的设计也让我们能够使用更小的控制柜。”
定尺气缸（长121到304cm，直径为4…20英寸）由
一台龙门起重机拾取并放到伺服驱动的固定卡爪中
器人从一个进料输送带拾取一个端环
John Martin看到基于Windows的PC控制器的另一个好处：“我们的客户能够将Beckhoff 控制系统轻松、安全地连接到他们的本地区域网络中，以远程访问且使用诸如WebEx等服务。远程控制让我们能够在世界任何地方为设备提供支持、进行故障检测以及通过修改软件的方式排除故障。这样可以帮助我们及我们的客户节省大量费用。”
随着TwinCAT 3的发布，John Martin认为ARC Specialties和Beckhoff之间将有进一步合作的机会：“让我们感到激动的是，设备程序和HMI可视化能够集成到Visual Studio中，成为一个单独的软件环境。考虑到性能的提升和价格的提高，我们已经决定，在不久的将来为我们大部分的设备和机器人都配备 Beckhoff 控制系统。”
