Beckhoff在德國(guó)Koch公司包裝機(jī)器上的應(yīng)用
發(fā)布日期：2022-10-09 點(diǎn)擊率：100 品牌：BECKHOFF
隨著WINOOWs PC應(yīng)用場(chǎng)合的改變和商業(yè)運(yùn)用的普及，電氣工程師在設(shè)計(jì)思路、控制、通信和監(jiān)控上越發(fā)具有創(chuàng)新性，有助于提升產(chǎn)品的性能。
Beckhoff 開(kāi)放式的產(chǎn)品，使用戶(hù)將來(lái)能在辦公室里控制設(shè)備操作，也能通過(guò)各種開(kāi)放式接口使設(shè)備融入網(wǎng)絡(luò)之中。
Koch 公司是一家專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)包裝機(jī)械的廠(chǎng)家，他們的中大型機(jī)械，由于使用了Beckhoff的控制軟件TwinCAT，性能價(jià)格比大大提高。該公司主設(shè)計(jì)師Heinrich Hornberger說(shuō)：“它完成了PLC和NC（數(shù)控）的復(fù)雜任務(wù)。這就是PC－based――通過(guò)一個(gè)PC處理器來(lái)負(fù)責(zé)管理工作，代替了傳統(tǒng)控制用的高昂控制設(shè)備。”Hornberger舉了一個(gè)令他非常滿(mǎn)意的應(yīng)用實(shí)例，他說(shuō)：“我們?yōu)閂ARTA公司制造的一條流水線(xiàn)，是信號(hào)燈/手電筒和電池的發(fā)泡生產(chǎn)線(xiàn)，所有的控制由Beckhoff 的TwinCAT來(lái)完成。”
包裝機(jī)械的生產(chǎn)商德國(guó)Koch公司使用Beckhoff （德國(guó)倍福）公司基于PC的自動(dòng)化解決方案，采用了Beckhoff 的軟PLC/NC TwinCAT軟件，總線(xiàn)端子，快速總線(xiàn)光導(dǎo)總線(xiàn)及工業(yè)PC用于VARTA的手電筒包裝線(xiàn)。
從15個(gè)以上PLC方案到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案
一套機(jī)床控制系統(tǒng)可以由Beckhoff公司的4部分單元來(lái)完成：TwinCAT（PLC和NC）軟件、工業(yè)PC、Beckhoff的Lightbus和總線(xiàn)智能端子。其核心是實(shí)時(shí)的TwinCAT軟件。Heinrich Hornberger先生指出了與傳統(tǒng)的PLC相比，TwinCAT的主要優(yōu)點(diǎn)：“以前每個(gè)客戶(hù)訂購(gòu)我們產(chǎn)品，都提出一些自己的要求，總希望在他們的機(jī)器上有一些特殊的控制功能。在這種情況下，我們首先要知道他們需要什么，然后才能著手設(shè)計(jì)。尤其一些海外客戶(hù)，希望所購(gòu)買(mǎi)的機(jī)器能符合自己的國(guó)情。于是就導(dǎo)致這樣一個(gè)事實(shí)，即使對(duì)同樣型號(hào)的設(shè)備，Koch公司的開(kāi)發(fā)者也需要針對(duì)不同要求進(jìn)行修改（硬件和軟件），工作量非常大，所以迫切需要一個(gè)強(qiáng)大的解決方案，必須使原來(lái)需要15臺(tái)以上PLC來(lái)解決的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，這是著手設(shè)計(jì)時(shí)要牢記的一點(diǎn)。正是在這種情況下，工程師決定采用Beckhoff的基于PC的解決方案。隨著WINOOWs NT操作系統(tǒng)的功能不斷強(qiáng)大和高性能的奔騰處理器的問(wèn)世，如今Koch公司已采用軟PLC/NC來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PLC硬件和NC硬件。機(jī)床的多軸控制均由TwinCAT來(lái)完成，能針對(duì)包裝機(jī)械的工藝，精確定位。”
調(diào)試時(shí)間大大縮短
以上并不是Beckhoff TwinCAT軟件功能特點(diǎn)的全部，同時(shí)也簡(jiǎn)化了Koch公司機(jī)床設(shè)備的設(shè)計(jì)和觀(guān)念。“即使知道了怎樣編程，也不能老是重新來(lái)過(guò)，”Heinrich Hornberger說(shuō)，“我們?cè)跈C(jī)床設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面盡可能地持續(xù)按照同一個(gè)方式進(jìn)行。盡管我們有了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、可長(zhǎng)時(shí)間使用的操作平臺(tái)（該平臺(tái)至少允許我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的接口），但是將來(lái)的控制技術(shù)總是在變化的。”
“由于有了TwinCAT，我們可以在原來(lái)的編程模塊上針對(duì)新機(jī)型進(jìn)行修改。通過(guò)這個(gè)方式，我們可以節(jié)約大量的人力物力。”
正因?yàn)橛心敲匆恍﹥?yōu)點(diǎn)，Koch公司選用了Beckhoff的PC控制方案，這樣工程師就沒(méi)必要經(jīng)常針對(duì)不同的PLC反復(fù)編程。現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)分散的總線(xiàn)智能端子和Beckhoff的Lightbus傳給IPC，TwinCAT實(shí)時(shí)地把控制命令傳給執(zhí)行器。
盡管，WINOOWs NT本身不是一個(gè)實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)，在這種情況下，WINOOWs操作系統(tǒng)內(nèi)核不受影響。 在操作系統(tǒng)和控制軟件之間，TwinCAT的實(shí)時(shí)是通過(guò)一個(gè)集成的調(diào)度程序來(lái)區(qū)分計(jì)算時(shí)間的。
人機(jī)界面通過(guò)Beckhoff 的控制面板實(shí)現(xiàn)，這個(gè)面板是安裝于遠(yuǎn)離控制PC65米處。
無(wú)需擴(kuò)展卡，實(shí)現(xiàn)WINOOWs實(shí)時(shí)
Beckhoff 控制軟件也可以讓機(jī)器與外界進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)，當(dāng)然Koch公司的包裝機(jī)械也不例外。制造商可以通過(guò)ISDN或Modem為客戶(hù)提供服務(wù)，只要使用Symatec遠(yuǎn)程控制軟件就可以進(jìn)行。另一個(gè)非常有意義的特點(diǎn)是，通過(guò)以太網(wǎng)卡，就可以融入公司網(wǎng)絡(luò)。工程師可以坐在辦公室里對(duì)機(jī)器進(jìn)行控制和訪(fǎng)問(wèn)。機(jī)器的故障和操作信息以報(bào)表的形式傳到工控機(jī)，然后以Excel電子表格的形式連接和計(jì)算。吸引Koch公司工程師的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，TwinCAT的編程方式是基于IEC61131-3的標(biāo)準(zhǔn)。
這樣就保證了最起碼的標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)控制的兼容性。用TwinCAT軟件完成一個(gè)工程的編程工作，所有的編程語(yǔ)言都可以使用。Hornberger先生也承認(rèn)，與傳統(tǒng)的PLC編程方式相比，在WINOOWs系統(tǒng)下進(jìn)行編程和技術(shù)支持使成本有所提高，但是，WINOOWs系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用以及那些業(yè)已存在的技術(shù)和訣竅有利于發(fā)展微軟系統(tǒng)技術(shù)。
Koch公司的操作單元也在很大程度上得到簡(jiǎn)化：在監(jiān)控器上，只需圖形接口，就能完成徹底的可視化監(jiān)控。一臺(tái)機(jī)器的畫(huà)面，通過(guò)獨(dú)立的站，可以直接顯示。Karl Saile工程師在Koch公司負(fù)責(zé)技術(shù)文件工作。他說(shuō)，在操作人員面前有一張機(jī)器的圖片，以前需要在紙上尋找的所有東西，如今在屏幕上一目了然。系統(tǒng)以文本形式報(bào)告故障信息，并很快以圖片的形式顯示故障點(diǎn)。操作工可直接在屏幕上選擇最重要的安裝工位和閥門(mén)島，根據(jù)圖形提供的信息，快速確定故障點(diǎn)，用手指在觸摸屏上控制單個(gè)的閥門(mén)。
對(duì)操作指令的介紹被編譯成一個(gè)多媒體文件，操作人員可以在監(jiān)控器上直接調(diào)用完整的（PDF格式）操作手冊(cè)。
一些外購(gòu)的外圍設(shè)備，如標(biāo)簽機(jī)和打印機(jī)，可用標(biāo)準(zhǔn)接口連接。Hornberger先生表示，這樣做，操作起來(lái)也相當(dāng)容易。“如采用傳統(tǒng)的PLC寫(xiě)入這個(gè)打印接口非常耗時(shí)間，最多可持續(xù)兩個(gè)星期。”
當(dāng)然，工廠(chǎng)規(guī)模越大，上面提到的簡(jiǎn)單化方案越能顯示它在節(jié)約成本方面的重要性，因?yàn)樗梢匀〈嗟挠布LC和硬件NC。不過(guò)目前PC控制還不能對(duì)很小的機(jī)器提供廉價(jià)的方案，Hornberger 說(shuō)：“在這種的情況下，我們希望使用WINOOWs CE或內(nèi)嵌式NT系統(tǒng)。”
在主設(shè)計(jì)中，也利用了TwinCAT 的NC功能，從而大大減少了在傳統(tǒng)NC硬件上的投入。Hornberger 先生回憶道：“以前采用傳統(tǒng)的PLC硬件時(shí)，需加上昂貴的智能控制器去完成對(duì)機(jī)器軸的控制。”該控制器通過(guò)總線(xiàn)連接從PLC那里接收命令。現(xiàn)在，采用TwinCAT后，只需簡(jiǎn)單的控制器就足夠了，控制器從PC獲取指令。在VARTA工廠(chǎng)案例（有8個(gè)軸）中節(jié)約了大量資金，也沒(méi)有必要用專(zhuān)門(mén)的總線(xiàn)作并行數(shù)據(jù)傳輸。
在全神貫注進(jìn)行主設(shè)計(jì)時(shí)，Hornberger 先生描述了多任務(wù)的優(yōu)點(diǎn)：“我們?yōu)槊恳粋€(gè)控制步驟定義一個(gè)任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間，比如1、10或者100毫秒。”
機(jī)器和外圍設(shè)備的全套軟件被安裝在Beckhoff的箱式系列工控機(jī)中，工控機(jī)則直接安裝在靠近機(jī)器的地方。平滑流暢的控制面板裝著人們熟悉的WINOOWs界面，被安裝在可旋轉(zhuǎn)的支架上。
Koch 公司非常信賴(lài)Beckhoff的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。Lightbus（光導(dǎo)總線(xiàn)）是以光纖為介質(zhì)的一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，總線(xiàn)端子則是作為I/O的接口。Hornberger先生如是說(shuō)：“以前我們必須用導(dǎo)線(xiàn)把PLC和NC控制信號(hào)并行連接到軸上，而現(xiàn)在采用了Beckhoff的總線(xiàn)端子后，我們可以把光導(dǎo)總線(xiàn)站點(diǎn)放在設(shè)備的任何一個(gè)地方，傳遞各種信號(hào)。”Koch公司采用總線(xiàn)端子的目的主要是連接分散的信號(hào)。一般的總線(xiàn)生產(chǎn)廠(chǎng)家，一個(gè)站只有8點(diǎn)，16點(diǎn)或者32點(diǎn)的端子模塊，所以不夠靈活。而B(niǎo)eckhoff總線(xiàn)端子安裝在導(dǎo)軌上，根據(jù)具體工藝需要和信號(hào)類(lèi)型自由組合。因此，外圍設(shè)備對(duì)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)也起到了相當(dāng)?shù)淖饔谩ＶС侄喾N現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的Beckhoff 耦合器通過(guò)總線(xiàn)把信號(hào)傳到PC機(jī)里。
使用Beckhoff總線(xiàn)端子保證了Koch包裝機(jī)內(nèi)部大間隔尺度分布式安裝簡(jiǎn)單且靈活的布線(xiàn)。
獨(dú)立的總線(xiàn)端子使接線(xiàn)非常靈活方便
實(shí)際應(yīng)用中，總線(xiàn)端子有方便接線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，它可以在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和機(jī)器上直接接線(xiàn)。需要時(shí)，只需插入一塊總線(xiàn)端子，與控制器的數(shù)據(jù)交換就很容易地建立起來(lái)了。Heinrich Hornberger 說(shuō)道：“如果在一條生產(chǎn)線(xiàn)上運(yùn)行不同協(xié)議的總線(xiàn)，比如要和另一臺(tái)機(jī)器建立通信，只要加上一個(gè)匹配的總線(xiàn)耦合器，整個(gè)工廠(chǎng)就運(yùn)行起來(lái)了。”但Koch公司沒(méi)必要采用不同的總線(xiàn)連接方式。無(wú)論用什么信號(hào)、模擬量、數(shù)字量或者PC機(jī)上的RS232接口，都能連接到各種開(kāi)放式總線(xiàn)系統(tǒng)中。而以前要達(dá)到這樣的目的，必須通過(guò)電纜作并行連接。
據(jù)Hornberger稱(chēng)，Beckhoff的Lightbus 通過(guò)光纖傳輸數(shù)據(jù)，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的通信電纜還有其他的優(yōu)點(diǎn)。他這樣解釋道：“平時(shí)，采用銅質(zhì)電纜傳輸，我們有時(shí)必須要考慮干擾問(wèn)題，例如屏蔽線(xiàn)的正確安放，插頭的松動(dòng)等，而Lightbus就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。”
光纖電纜很容易鋪設(shè)，而且不會(huì)有什么問(wèn)題。一旦安置好，Lightbus就開(kāi)始工作。Hornberger強(qiáng)調(diào)了Beckhoff解決方案的優(yōu)點(diǎn)：“對(duì)故障的搜索經(jīng)常只是在電纜傳輸?shù)拈_(kāi)始階段。”此外，對(duì)于Lightbus來(lái)說(shuō)，在現(xiàn)場(chǎng)作長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸也不成問(wèn)題。
生產(chǎn)線(xiàn)上各個(gè)工位之間的不同電位將不會(huì)產(chǎn)生不良影響，當(dāng)分布式站點(diǎn)之間的距離為300米以?xún)?nèi)時(shí)，所有的信號(hào)可以每秒2.5兆的速率傳輸，并且可滿(mǎn)足用戶(hù)所期望的強(qiáng)度。
手電筒及其電池包裝在一個(gè)相連的透明塑料泡罩內(nèi)，包括說(shuō)明書(shū)。
透明塑料泡罩的下半部分及上半部分從一個(gè)制盒機(jī)分離。產(chǎn)品被人工地安放于塑料泡罩的下半部分。然后機(jī)械將上半部分蓋上。通過(guò)高頻將上下兩部分焊接，并打上外形。經(jīng)過(guò)最后的Euro穿孔，產(chǎn)品即可上架或出售。
機(jī)械工程公司僅僅在幾個(gè)月內(nèi)完成了這個(gè)復(fù)雜工廠(chǎng)的工程。需要強(qiáng)調(diào)的還有，通過(guò)擴(kuò)展此項(xiàng)目，這里可以完成10種不同類(lèi)型手電筒的包裝。
