TAR Automation 公司專注于高品質(zhì)自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)，通過(guò)集成創(chuàng)新的控制解決方案為制造企業(yè)提供支持。除了設(shè)計(jì)和實(shí)施新的系統(tǒng)以及對(duì)生產(chǎn)機(jī)器進(jìn)行自動(dòng)化改造之外，TAR 公司還開(kāi)發(fā)運(yùn)動(dòng)控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的系統(tǒng)解決方案。該公司總部位于德國(guó)丁斯拉肯，最近正在以倍福的集成式自動(dòng)化解決方案為依托開(kāi)發(fā)一套高效的生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CMS)。
TAR 9964狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于裝有 TwinCAT 3軟件的CX5140嵌入式控制器、TwinCAT 狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件庫(kù)和EtherCAT端子模塊構(gòu)成的控制平臺(tái)：
替代PLC的倍福PC
·實(shí)時(shí)采集站場(chǎng)聯(lián)鎖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)“在我們公司成立初期，我們幾乎使用的都是傳統(tǒng)的 PLC 和 SCADA 產(chǎn)品�，F(xiàn)在，我們?cè)絹?lái)越多地采用倍福基于 PC 的自動(dòng)化解決方案。”TAR Automation 公司總經(jīng)理 Alfred Rachner 解釋道。“多功能的 TwinCAT 3 自動(dòng)化平臺(tái)為我們的工程師創(chuàng)建軟件組件提供了一個(gè)高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境。它采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，但盡管如此還是集成式的�？删_滿足各種性能需求的嵌入式控制器系列為實(shí)現(xiàn)手頭上的任何任務(wù)提供了理想的硬件平臺(tái)。”
·高度精確和可定制化：無(wú)縫集成狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)“基于 PC 的控制解決方案讓我們能夠?qū)⒃S多新功能集成到自動(dòng)化技術(shù)中，而這在過(guò)去只能使用專用的‘黑盒子設(shè)備’實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是一個(gè)很好的例子。”Alfred Rachner 說(shuō)道。傳統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) CMS通常作為獨(dú)立的子系統(tǒng)安裝在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，它由專為數(shù)據(jù)采樣和分析用的專用硬件構(gòu)成，有一定數(shù)量的通道和定義的功能。這使得這類獨(dú)立解決方案非常不靈活：用戶無(wú)法響應(yīng)不斷變化的需求，狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能變得難以整合，而且非常昂貴：
提升靈活性并降低成本的需求都推動(dòng)了TAR工程團(tuán)隊(duì)在裝有TwinCAT 3軟件的 CX5140嵌入式控制器、TwinCAT狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件庫(kù)和 EtherCAT 端子模塊構(gòu)成的控制平臺(tái)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)TAR 9964狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)端子模塊 EL3632用于連接 IEPE加速度傳感器。
·集成式配置具有很多優(yōu)點(diǎn)：
(1)系統(tǒng)可自由編程，從而可以隨時(shí)添加新的功能。
(2)除了溫度測(cè)量或數(shù)字量 I/O之外，可以使用各種EtherCAT 端子模塊 I/O隨時(shí)對(duì)振動(dòng)和模擬量通道進(jìn)行翻新改造。
(3)EtherCAT，作為一個(gè)具有高精度時(shí)鐘的高帶寬實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，用于同步，以及超采樣技術(shù)使得100 kHz 的采樣率可以用于模擬量信號(hào)，50 kHz的采樣率用于加速度值。
(4)狀態(tài)監(jiān)測(cè)端子模塊EL3632用于連接 IEPE傳感器(加速度，擴(kuò)音器，等等)，配備超采樣技術(shù)、可參數(shù)化并基于硬件的抗頻混濾波器、數(shù)字量濾波器和偏移量補(bǔ)償。
(5)基本分析算法可以集成為一個(gè)PLC軟件庫(kù)，能夠隨時(shí)修改或擴(kuò)展功能。
(6)集成到客戶的系統(tǒng)中非常簡(jiǎn)單 — 所有常用接口，包括 PROFIBUS、PROFINET、EtherNet/IP、CANopen和Ethernet，提供的一個(gè)功能。
·不只是狀態(tài)監(jiān)測(cè)：制粒機(jī)的過(guò)程優(yōu)化。作為一個(gè)真實(shí)的例子，TAR 9964狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)用于諸如PCB、制冷裝置、洗衣機(jī)、各種塑料或輪胎中使用的部件等可回收材料的破碎機(jī)的監(jiān)控和工藝優(yōu)化。制粒機(jī)有一個(gè)用于切刀軸的400 kW的驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)用于推動(dòng)裝置和定子調(diào)整的
12 kW的液壓裝置。切刀軸配備有加速度傳感器，傳感器數(shù)據(jù)通過(guò) EL3632記錄。首先，TwinCAT狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件庫(kù)中的軟件功能塊采集和捆綁超高速任務(wù)中的數(shù)據(jù)。在一個(gè)或多個(gè)后續(xù)任務(wù)中，各種分析功能塊用于額外操作，如傅立葉分析、限值監(jiān)測(cè)、求平均值和分類。狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件庫(kù)也確保采集和分析任務(wù)的正確時(shí)間關(guān)聯(lián)性。
集成式狀態(tài)監(jiān)測(cè)用戶獲益
·破碎系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商通過(guò)集成式狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得實(shí)實(shí)在在的好處：
(1)軸承監(jiān)測(cè)：過(guò)去，軸承通過(guò)溫度測(cè)量監(jiān)控，因此當(dāng)檢測(cè)到有軸承即將損壞時(shí)就已經(jīng)太晚了。
(2)振動(dòng)、限值和趨勢(shì)分析：在代價(jià)高昂的損壞實(shí)際發(fā)生前檢測(cè)潛在的軸承損壞。
(3)過(guò)量潤(rùn)滑檢測(cè)：最小化潤(rùn)滑浪費(fèi)。
(4) 優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行：如果工作區(qū)未正確關(guān)閉，材料就會(huì)在切刀軸上“跳舞”且不能正確破碎。由此產(chǎn)生的振動(dòng)現(xiàn)在可以被測(cè)量，并通過(guò)施加壓力的方式校正進(jìn)給。
(5)全自動(dòng) V 形皮帶張力檢測(cè)：全自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)整松弛的 V 形皮帶。
(6)檢測(cè)已經(jīng)鈍掉的切刀：過(guò)去，工廠“通過(guò)耳朵”檢查，要求工作人員實(shí)際去聽(tīng)設(shè)備的變化，并在需要時(shí)手動(dòng)將切刀磨鋒利。狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為檢測(cè)已經(jīng)鈍掉的切刀提供可靠的測(cè)量讀數(shù)，并自動(dòng)將切刀磨鋒利。
(7)集成入機(jī)器控制系統(tǒng)中：過(guò)去，物料進(jìn)給都是手動(dòng)控制的。以前曾想要用光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)控制進(jìn)給的嘗試均宣告失敗，因?yàn)榇扑榈牟牧系拇笮『托螒B(tài)差異較大�，F(xiàn)在，使用狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的振動(dòng)分析功能能夠可靠地檢測(cè)造粒機(jī)何時(shí)是空的，并自動(dòng)提供新的材料。機(jī)器的可持續(xù)利用使得生產(chǎn)效率提高了50%！
·系統(tǒng)集成商的新潛能：“對(duì)于 TAR 公司來(lái)說(shuō)，將狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成到自動(dòng)化和控制系統(tǒng)中也開(kāi)辟了新的機(jī)遇和銷售潛力。” Alfred Rachner 指出。“TwinCAT 對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)理想的集成式平臺(tái)：從簡(jiǎn)單的控制任務(wù)到運(yùn)動(dòng)控制、CNC 應(yīng)用、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和安全技術(shù) — 我們可以使用同一個(gè)系統(tǒng)解決任何任務(wù)。這樣就無(wú)需花費(fèi)成本讓程序員進(jìn)行有關(guān)不同平臺(tái)的培訓(xùn)，我們只需要在我們的部門中安裝和維護(hù)一個(gè)工程系統(tǒng)就夠了。同樣也可以減少在我們的客戶現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的維護(hù)工作量。”
·“除此之外，TwinCAT 支持諸如 PROFIBUS、PROFINET、EtherNet/IP 和 CANopen 等所有常用的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，因此我們能夠?qū)⑽覀兊慕鉀Q方案輕松地集成到我們客戶使用的控制環(huán)境中 — 例如，當(dāng)談及現(xiàn)有系統(tǒng)的現(xiàn)代化改造時(shí)。前方最有效的路是基于 TwinCAT 的全集成 PLC/NC/CMS 解決方案，雖然這明顯只能對(duì)新系統(tǒng)可行。”
倍福萊茵-魯爾區(qū)銷售辦事處經(jīng)理Ralf Stachelhaus與TAR Automation公司總經(jīng)理 Alfred Rachner(從左至右)
針對(duì)垂直和水平聯(lián)網(wǎng)的通訊標(biāo)準(zhǔn)：工業(yè) 4.0
各種嵌入式控制器在性能和 I/O 配置方面都可以擴(kuò)展，同時(shí)提供各種聯(lián)網(wǎng)選項(xiàng)。在實(shí)施控制架構(gòu)時(shí)非常自由，因此可以為現(xiàn)有任務(wù)優(yōu)化解決方案。“無(wú)論我們是處理一個(gè)小型、獨(dú)立的解決方案，還是聯(lián)網(wǎng)分布式、智能控制器或一個(gè)高性能的中央解決方案 — 一切都是可能的。”TAR 總經(jīng)理總結(jié)道。“再加上支持 OPC UA 用作垂直聯(lián)網(wǎng)的通用標(biāo)準(zhǔn)，它也可以集成到 ERP 系統(tǒng)中，無(wú)論是在一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)還是跨領(lǐng)域。”
倍福TwinCAT 和 EtherCAT技術(shù)平臺(tái)
·借助 TwinCAT 和 EtherCAT 實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，EtherCAT的使用不再需要子系統(tǒng)。過(guò)去，使用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)是不可能實(shí)現(xiàn)100 kHz的采樣率的。有了EtherCAT，一切都變得不一樣了 — 通過(guò)全雙工、高速以太網(wǎng)和幾微秒的總線周期，其功能原理使得可用的數(shù)據(jù)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)90%。直接將測(cè)量數(shù)據(jù)緩存在EtherCAT從站中的超采樣技術(shù)能夠?qū)⒉蓸勇侍岣叩竭h(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)際的總線周期。EtherCAT從站中的分布式時(shí)鐘確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步數(shù)據(jù)采樣。抖動(dòng)明顯小于 1微秒，有時(shí)甚至小于100納秒。這樣可以將各種功能集成到控制系統(tǒng)中，這在過(guò)去只能使用分布式智能子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，以滿足速度要求。現(xiàn)在，EtherCAT可以非�？焖俚貙y(cè)量數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)。
·通過(guò)EtherCAT 實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量技術(shù)。倍福利用EtherCAT 功能不斷開(kāi)發(fā)新的測(cè)量 I/O。端子模塊已經(jīng)可以提供用于溫度測(cè)量、負(fù)載單元分析、電流和電壓記錄、振動(dòng)監(jiān)測(cè)和各種模擬量信號(hào)，如 +/-10 V 或 0…20 mA。
·狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)縫集成入控制系統(tǒng)中。除了EtherCAT和高精度測(cè)量端子模塊，基于PC 的控制技術(shù)在性能上的不斷提升也是能夠直接(而不是通過(guò)子系統(tǒng))操作狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。高性能設(shè)備中(如嵌入式控制器CX2040)使用的是時(shí)鐘頻率為 2.1 Ghz的 Intel® CoreTMi7四核處理器。即使對(duì)于復(fù)雜的控制任務(wù)，這意味著有有足夠的性能儲(chǔ)備可用于分析測(cè)量數(shù)據(jù)。
·TwinCAT 3優(yōu)化數(shù)據(jù)處理。TwinCAT 3自動(dòng)化軟件讓用戶能夠?qū)⒏鱾�(gè)程序任務(wù)分配給單獨(dú)的CPU核。例如，若要使用計(jì)算密集型算法來(lái)分析測(cè)量數(shù)據(jù)，可以定義一個(gè)專門的分析任務(wù)并在一個(gè)單獨(dú)的處理器核中執(zhí)行。此外，TwinCAT 3為 PLC 程序員提供了一個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)軟件庫(kù)來(lái)處理測(cè)量數(shù)據(jù)。它被設(shè)計(jì)為一個(gè)軟件套件，讓用戶能夠根據(jù)具體的應(yīng)用和知識(shí)水平在基本數(shù)學(xué)算法或用戶專用的模塊中選擇。分析、統(tǒng)計(jì)和分類領(lǐng)域的基本算法示例包括用于快速傅里葉變換、包絡(luò)、峰度、波峰因數(shù)、真有效值和限值監(jiān)測(cè)的功能塊。用戶擁有一個(gè)全面的基本算法來(lái)開(kāi)發(fā)自己的分析例程。
·用戶模塊用作另一個(gè)走向應(yīng)用的步驟。例如，這些模塊包括基本算法并封裝了監(jiān)測(cè)輥?zhàn)虞S承所需的算法。這樣，用戶可以給模塊配置各個(gè)軸承幾何數(shù)據(jù)和示教限值，而無(wú)需在內(nèi)部進(jìn)行的詳細(xì)的計(jì)算知識(shí)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在一個(gè)緊湊的端子盒中，已經(jīng)可以投入使用：
·IMI Sensors公司的壓電傳感器。TAR Automation公司使用的振動(dòng)傳感器基于ICPR技術(shù)，具有將測(cè)量信號(hào)當(dāng)作具有低源電阻的電壓值不受干擾地傳輸?shù)娘@著優(yōu)勢(shì)。這樣可以最大限度地減少相鄰設(shè)備的電氣和電磁干擾。在幾乎任何情況下都可以方便地使用不同版本和類型的傳感器，包括高溫應(yīng)用或工業(yè)防爆危險(xiǎn)區(qū)。
