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EtherCAT助威,帶動車用鋰電池產能躍升

  • 台北訊
電池設備商,經升級至EtherCAT,果真補強許多懸宕已久的需求缺口,讓一些原僅支援同動的製程,開始進入多軸同動新里程碑,甚至開創一次8軸同動的高效率。

自1992年SONY推出18650圓柱型鋰電池,揭開鋰電池的商用化序幕;爾後伴隨技術精進,使鋰電池運用範圍愈趨廣泛,除消費電子產品,應用觸角也延伸到電動車、太陽能板等領域,其中電動車更被視為鋰電池市場的高速增長點。

車用鋰電池前景看俏,帶動相關設備市場趨於熱絡,預估未來幾年皆可維持逾20%年複合成長率(CAGR),吸引眾多業者搶灘商機,使得無論前段(電極)、中端(電芯)或後端(封測)等設備市場的競爭程度,都日益白熱化。為在競局中突圍勝出,各電動車鋰電池設備商都力求提高產能、降低成本;影響所及,兼具高相容性、高同步性運動控制等多重優勢的EtherCAT,頓時躍為新寵,成為許多設備商評估導入之標的。

一般來說,電動車鋰電池設備的規模龐大,不管用於前段製程的攪拌機、塗布機、輥壓機、製片機,或中段製程的疊片機,普遍內含大量軸數與I/O點,因此要想提升運作效率,先決條件即是引用性能愈高的自動化控制系統,儘可能讓愈多主軸與I/O協同運作。但論及MNET、HSL等傳統控制技術,走的是RS485傳統通訊協定,傳輸效能不足,以致在執行分散式運動控制的過程,軸與軸之間的信號交換週期時間較長,因而難以同步,迫使多數製程僅能維持「單動」運作,與業者亟欲推升產能的期望有所落差。

主從設備兼容,實現高CP值配置

凌華科技自動化事業中心市場開發經理楊家瑋,以其曾接觸的Tesla與比亞迪等電動車電池設備廠為例指出,該業者體認到要想增進設備性能、協助鋰電池客戶提高生產效率,一定得設法讓「單動」推進到「同動」,且同動軸數愈多愈好,所以必須導入新一代運動控制與I/O控制技術,於是針對PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT等等多項技術方案,同步展開評估,最終選擇EtherCAT。

之所做出這般抉擇,主要理由在於該業者發現,一旦採用EtherCAT技術,不僅能增進產能,還可望順勢享有另一關鍵效益,也就是節約成本。

截至目前,EtherCAT技術協會的全球會員數量突破4,500家,累積產出逾800種支援EtherCAT協定的產品,既然眾家廠商有志一同投入這個開放標準大平台,理論上只要EtherCAT主站(Master)供應商用心研發,針對市場上廣為採用的EtherCAT從站(Slave)產品開發對應驅動程式、並通過嚴格驗證,要確保異質廠牌主從設備相容無虞,機會理當不低。

因此該業者以自家設備所支援的6種伺服馬達為基準,再結合數家廠牌的EtherCAT主站控制器執行相容性測試,確認其中來自凌華的Talos系列產品,與6項伺服馬達皆能相容運作,意謂業者可藉此跳脫單一馬達廠牌束縛,在軟體程式不變前提下,適時選用性價比條件最佳的馬達,恆常維持成本效益最大化。

跨模組同動,不再是不可能任務

事實上成本的高低,不僅取決於硬體,亦與軟體程式開發效率息息相關。該業者原本即使用凌華的RS485-based控制方案,也一併採用凌華APS Function Library統一函式庫,藉此減少開發時間、便於重複使用既有的軟體程式;故當業者決定從Legacy系統升級至EtherCAT,基於加快轉換速度,最終擇定採納凌華EtherCAT方案(若選他牌EtherCAT主站,需費時重寫程式),並善用APS這個既定基礎,在兩週內完成無痛升級。

楊家瑋補充,若是非APS用戶引進凌華EtherCAT產品,雖然不可免俗需要重新開發軟體,但凌華將提供範例程式,並動員工程師給予必要協助,期使升級陣痛期縮到最短。

至於前面提及的車用電池設備商,經升級至EtherCAT,果真補強許多懸宕已久的需求缺口,讓一些原僅支援同動的製程,開始進入多軸同動新里程碑,甚至開創一次8軸同動的高效率;不僅如此,過去礙於舊式硬體模組架構限制,始終無緣實現「跨模組同動」,以致部份生產程序被迫拆分多個Action,不同Action之間的銜接,難免需要等待時間,如今導入EtherCAT,透過單一乙太網路纜線即可串聯所有從端設備,打破不同模組之間壁壘,進而輕易達成跨模組同動,讓多個Action合而為一。

拜多軸同動、跨模組同動所賜,生產力自此突飛猛進,使這家電動車電池設備廠的產量提升20~30%,並降低15%生產成本,讓市場競爭力扶搖直上,成效至為顯著。

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