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PC-based的开放式控制技术 [作者: MM现代制造]
Beckhoff完整的自动化解决方案已成功应用于H歳mann KG Werne工厂的特殊门框生产线。开放的控制结构(包括Beckhoff的工业PC,TwinCAT自动化软件,总线端子和光导总线),既经济又灵活。
H歳mann KG Werne工厂的技术经理Paul先生认为:“越来越多的客户要求购买的设备能生产特殊规格的门框,这样我们必须要制造现代化的设备,以获得更大的利润。而且该行业市场要求生产周期短,加工品种多。”来自威斯特伐利亚的电气制造商Beckhoff公司致力于基于PC的自动化生产理念,以提高产品制造商的生产能力。用户向自动化工程师提出的挑战很明确:把新的控制技术尽可能容易地集成到现有的折弯机、电锯、冲压设备和新的设备中;要求操作简单,并提供灵活的重组功能。由于传统的PLC在数据处理方面太复杂,不够灵活,于是选用开放的、集成的控制方案就顺理成章了。
为了满足用户对开放性和连续性的要求,Beckhoff开发小组设计了全分散的自动化解决方案。系统采用的工业网络PC机装有TwinCAT软件。数百个总线端子模块(大部分是数字量)被安装在现场的端子盒里,用最短的电缆线,通过现场总线网络处理来自传感器和执行器的各种信号(图1)。

通过PC优化生产过程
该系统的重要部分是一套集成的TwinCAT自动化软件。它不仅能够把任何PC变成一个符合IEC61131-3标准的PLC,而且能够在基于Windows NT的PC平台上完成数控控制,整个循环扫描周期小于1ms。它提供了一个标准组件,是可以升级的软件产品,集编程、控制和可视化于一体。在开放的接口和Windows可视化界面下,软件模块可以移值到另一台。在计算机上,用TwinCAT ADS完整的数据接口,可以连接诸如Visual Basic等的Windows应用程序。
此应用中TwinCAT不仅处理全部应用功能,如锯、折弯、冲压和传输等工艺,而且与商务管理系统进行数据连接。由Oracle数据库提供接口和关联的数据层,将输入命令转换成过程指令。H歳mann KG Werne公司一开始就利用自动化环节的最高层(管理层)。由自动结构检测来自操作工或者上层的命令(这种上层命令来自于生产计划部门,以条形码的形式存储到数据库),工业计算机按照顺序和紧急程度来获取这些指令。在生产一开始,条形码标签在系统定位,并显示在屏幕上,接着消失,这种操作不会影响机器和其他过程控制。在中央操作站上,用户选择过程程序,包括各种标准的参数,如材料的厚度、长度、宽度和对折弯、冲压、特殊规格的参数的说明等,这样就可以开始加工了。以前加工客户定制的产品时,必须严格地编写过程控制程序,而现在则不需要这样(图2)。
该自动化方案中,在每个过程处理区域,各使用一台工控机来完成控制、监控和通信功能。控制是通过Beckhoff的TwinCAT软件,符合IEC61131-3的标准。在PC机里的数控系统对轴进行控制,完成反馈和框架部分的定位。“有一个特别的地方,该公司有新的Dreistern折弯机,控制用的是Siemens的S5PLC,我们也把它集成到系统中。”Beckhoff项目经理Ehl提到。这些机器通过PC通信,连接到生产系统,然后连上中央数据库。H歳mann KG Werne公司的技术经理Buschmann认为:“计算机网络方案,非常清晰明了的在每个屏幕上显示生产过程。”(图3)
总线端子的选用
折弯机和锯床上用的模块,除用简单的数字量和模拟量输入输出模块之外,还用编码器接口模块。它主要用来检测折弯的角度和锯断的长度,然后调节位置。Sebastian Ehl工程师讲述了一个很好的例子:如裁剪一个狭窄门框的长度,“锯子以缓慢的速度前进,在最短的时间内,做完修剪工作,然后拔出。”要强调的是,象控制那么一个四倍重的锯子和分布的机器,是相当复杂的,使用Beckhoff的IPC控制9个伺服轴(图4),而且要连续访问超过500个输入输出,以精确定位。这些信号是通过Beckhoff精良的总线模块在本地采集的,通过总线送到IPC。Beckhoff有很全的总线耦合器,适合各种系统,在这个案例中,用的是Lightbus总线,Lightbus具有抗干扰性强和传输距离长的特点。由于采用了分散控制方式,一些小的总线端子盒就可以就地安装,占的空间很小。与以前比起来,开关柜只占到以前的一半(图5)。

装配时间的缩减意义重大
分散控制的原则是确保与实际的生产过程紧密联系,也要在对机器操作的基础上,进行其他操作,确保安全性。在冲压厂应用中,Beckhoff工程师严格执行这条原则。方案中,工业PC机一共控制13个轴,处理大约650个输入输出,进行最优化的位置反馈和冲压控制。这种相关操作,可以在一个加工流程中,对4种不同的门框加工,大大缩短了装配时间。4台连接有Beckhoff操作面板的工控机,处理整个工艺,从条形码一直到完整的产品检测、登记和出厂(图6)。
从H歳mann KG Werne公司的这个应用实践来看,PC-based的控制方案非常适合在类似于压制机盒冲压机床上运用。尽管是在环境恶劣和震动厉害的条件下,工控机和监视器因为安装的位置是在生产区域的中心,仍然能够不受影响地工作。

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