一套機(jī)床控制系統(tǒng)可以由Beckhoff公司的4部分單元來完成：TwinCAT（PLC和NC）軟件、工業(yè)PC、Beckhoff的Lightbus和
總線智能端子。其核心是實(shí)時(shí)的TwinCAT軟件。
Koch 公司是一家專業(yè)生產(chǎn)包裝機(jī)械的廠家，他們的中大型機(jī)械，由于使用了Beckhoff的控制軟件TwinCAT，性價(jià)比大大提高。該公司主設(shè)計(jì)師Heinrich Hornberger說：“它完成了PLC和NC（數(shù)控）的復(fù)雜任務(wù)。這就是PC-based——通過一個PC處理器來負(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舉了一個令他非常滿意的應(yīng)用實(shí)例，他說：“我們?yōu)閂ARTA公司制造的一條流水線，是信號燈/手電筒和電池的發(fā)泡生產(chǎn)線，所有的控制由Beckhoff 的TwinCAT來完成。”
TwinCAT使設(shè)計(jì)簡單化
一套機(jī)床控制系統(tǒng)可以由Beckhoff公司的4部分單元來完成：TwinCAT（PLC和NC）軟件、工業(yè)PC、Beckhoff的Lightbus和總線智能端子。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)為：“以前每個客戶訂購我們的產(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，希望所購買的機(jī)器能符合自己的國情。于是就導(dǎo)致這樣一個事實(shí)，即使對同樣型號的設(shè)備，Koch公司的開發(fā)者也需要針對不同要求進(jìn)行修改（硬件和軟件），工作量非常大，所以迫切需要一個強(qiáng)大的解決方案，必須使原來需要15臺以上PLC來解決的問題簡單化，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Windows 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世，如今Koch公司已采用軟PLC/NC來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PLC硬件和NC硬件。機(jī)床的多軸控制均由TwinCAT來完成，能針對包裝機(jī)械的工藝，精確定位。”
圖1 包裝機(jī)械的生產(chǎn)商德國Koch公司使用Beckhoff （德國倍福）公司基于PC的自動化解決方案，采用了Beckhoff 的軟PLC/NC TwinCAT軟件，總線端子，快速總線光導(dǎo)總線及工業(yè)PC用于VARTA的手電筒包裝線
調(diào)試時(shí)間大大縮短
“即使知道了怎樣編程，也不能總是重復(fù)，”Heinrich Hornberger說，“我們在機(jī)床設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面盡可能地持續(xù)按照同一個方式進(jìn)行。盡管我們有了一個標(biāo)準(zhǔn)化、可長時(shí)間使用的操作平臺（該平臺至少允許我們設(shè)計(jì)一個標(biāo)準(zhǔn)的接口），但是將來的控制技術(shù)總是在變化的。”
由于有了TwinCAT，Koch 公司可以在原來的編程模塊上針對新機(jī)型進(jìn)行修改。通過這個方式，可以節(jié)約大量的人力物力。Koch公司選用了Beckhoff的PC控制方案，這樣工程師就沒必要經(jīng)常針對不同的PLC反復(fù)編程。現(xiàn)場信號通過分散的總線智能端子和Beckhoff的Lightbus傳給IPC，TwinCAT實(shí)時(shí)地把控制命令傳給執(zhí)行器。
無需擴(kuò)展卡，實(shí)現(xiàn)Windows實(shí)時(shí)
Beckhoff 控制軟件也可以讓機(jī)器與外界進(jìn)行通信，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ISDN或Modem為客戶提供服務(wù)，只要使用Symatec遠(yuǎn)程控制軟件就可以進(jìn)行。另一個非常有意義的特點(diǎn)是，通過以太網(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機(jī)器進(jìn)行控制和訪問。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軟件完成一個工程的編程工作，所有的編程語言都可以使用。Hornberger先生也承認(rèn)，與傳統(tǒng)的PLC編程方式相比，在Windows系統(tǒng)下進(jìn)行編程和技術(shù)支持使成本有所提高，但是，Windows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。一臺機(jī)器的畫面，通過獨(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，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
觸摸屏上控制單個的閥門。
當(dāng)然，工廠規(guī)模越大，上面提到的簡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。不過目前PC控制還不能對很小的機(jī)器提供廉價(jià)的方案，Hornberger 說：“在這種情況下，我們希望使用Windows CE或內(nèi)嵌式NT系統(tǒng)。”
Koch 公司非常信賴Beckhoff的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。Lightbus（光導(dǎo)總線）是以光纖為介質(zhì)的一種現(xiàn)場總線，總線端子則是作為I/O的接口。Hornberger先生如是說：“以前我們必須用導(dǎo)線把PLC和NC控制信號并行連接到軸上，而現(xiàn)在采用了Beckhoff的總線端子后，我們可以把光導(dǎo)總線站點(diǎn)放在設(shè)備的任何一個地方，傳遞各種信號。”Koch公司采用總線端子的目的主要是連接分散的信號。一般的總線生產(chǎn)廠家，一個站只有8點(diǎn)、16點(diǎn)或者32點(diǎn)的端子模塊，所以不夠靈活。而Beckhoff總線端子安裝在導(dǎo)軌上，根據(jù)具體工藝需要和信號類型自由組合。因此，外圍設(shè)備對實(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)場總線的Beckhoff 耦合器通過總線把信號傳到PC機(jī)里。
圖2 人機(jī)界面通過Beckhoff 的控制面板實(shí)現(xiàn)，這個面板是安裝于遠(yuǎn)離控制PC65m處
獨(dú)立的總線端子使接線靈活方便
在實(shí)際應(yīng)用中，總線端子有方便接線的優(yōu)點(diǎn)，它可以在現(xiàn)場設(shè)備和機(jī)器上直接接線。需要時(shí)，只需插入一塊總線端子，與控制器的數(shù)據(jù)交換就很容易地建立起來了。Heinrich Hornberger 說道：“如果在一條生產(chǎn)線上運(yùn)行不同協(xié)議的總線，比如要和另一臺機(jī)器建立通信，只要加上一個匹配的總線耦合器，整個工廠就運(yùn)行起來了。”但Koch公司沒必要采用不同的總線連接方式。無論用什么信號、模擬量、數(shù)字量或者PC機(jī)上的RS232接口，都能連接到各種開放式總線系統(tǒng)中。而以前要達(dá)到這樣的目的，必須通過電纜做并行連接。
圖3 使用Beckhoff總線端子保證了Koch包裝機(jī)內(nèi)部大間隔尺度分布式安裝簡單且靈活的布線
據(jù)Hornberger稱，Beckhoff的Lightbus 通過光纖傳輸數(shù)據(jù)，相對于標(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)必須要考慮干擾問題，例如屏蔽線的正確安放，插頭的松動等，而Lightbus就沒有這個問題。”
光纖電纜很容易鋪設(shè)，而且不會有什么問題。一旦安置好，Lightbus就開始工作。
Hornberger強(qiáng)調(diào)了Beckhoff解決方案的優(yōu)點(diǎn)：“對故障的搜索經(jīng)常只是在電纜傳輸?shù)拈_始階段。”此外，對于Lightbus來說，在現(xiàn)場做長距離的信號傳輸也不成問題。
生產(chǎn)線上各個工位之間的不同電位將不會產(chǎn)生不良影響，當(dāng)分布式站點(diǎn)之間的距離為300m以內(nèi)時(shí)，所有的信號可以2.5Mb/s的速率傳輸，并且可滿足用戶所期望的強(qiáng)度。
MM《現(xiàn)代制造》雜志(e
