??開放式的并基于 PC 的自動(dòng)化系統(tǒng)、經(jīng)過改善的連接性能、高速 I/O 端子模塊、TwinCAT 自動(dòng)化軟件以及高效的驅(qū)動(dòng)技術(shù)為工業(yè) 4.0 運(yùn)動(dòng)打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。德國倍福自動(dòng)化有限公司總裁 Hans Beckhoff 先生在接受《開放式自動(dòng)化》（openautomation）雜志采訪時(shí)就公司戰(zhàn)略和最新發(fā)展談了談自己的看法。

2014 年對(duì)于 Beckhoff 來說是一個(gè)具有重要意義的周年紀(jì)念：“25年前，我們使用我們基于光纖的 Lightbus — 第一個(gè)現(xiàn)場總線— 實(shí)現(xiàn)了第一批應(yīng)用?！?Hans Beckhoff 先生回憶道。這一高速通訊解決方案至今仍在使用。公司的產(chǎn)品、系統(tǒng)和解決方案覆蓋的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。這為整個(gè)機(jī)械工程行業(yè)以及在樓宇和能源自動(dòng)化、測量技術(shù)、過程工程、過程技術(shù)，甚至娛樂工程應(yīng)用都提供了一個(gè)理想的控制平臺(tái)?！霸阡N售額方面，我們同樣看到了我們幾乎在所有細(xì)分市場中都取得了積極的增長?！盚ans總裁高興地說道。“引領(lǐng)趨勢，求新求變，銳意發(fā)展，是我們在全球自動(dòng)化領(lǐng)域的不懈追求。此過程中收獲的成果，使我們?yōu)楦餍袠I(yè)的客戶提供全新的優(yōu)化的解決方案成為可能?！?/span>

自動(dòng)化平臺(tái)已為工業(yè) 4.0做好準(zhǔn)備

它是如何與工業(yè) 4.0 相契合的呢？“自動(dòng)化是一個(gè)高科技產(chǎn)業(yè)，它使得長期投資的商品更加智能化?！蔽锢韺W(xué)專業(yè)畢業(yè)的Beckhoff 先生解釋說道?！斑@樣可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的發(fā)展，伴隨著較小規(guī)模，有時(shí)又較大規(guī)模的技術(shù)革命。”他認(rèn)為當(dāng)前革命中批量大小為1 的生產(chǎn)的自動(dòng)化并不是件新鮮事物：“早在 1986 年，我們就為一臺(tái)機(jī)器裝配了基于PC 的控制器，它可以單件小批量生產(chǎn)窗戶?！?/span>

現(xiàn)在，隨著自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)業(yè)涵蓋了“物聯(lián)網(wǎng)”，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合也將影響多個(gè)領(lǐng)域，這經(jīng)常被稱為第四次工業(yè)革命或工業(yè)4.0?！靶g(shù)語‘革命’一詞通常被用來意指一蹴而就。”Beckhoff先生繼續(xù)說道?！暗?，從第一次工業(yè)革命到第三次工業(yè)革命的進(jìn)展分析表明，相關(guān)的技術(shù)變革需要數(shù)十年的時(shí)間?！盚ansBeckhoff 認(rèn)為，工業(yè) 4.0 也是一次具有革命性意義的發(fā)展— 而一次技術(shù)的飛躍將需要一段時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)全行業(yè)采用。“到2040 年，當(dāng)人們再次回顧 2010 年到2030 年這段時(shí)間時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這一發(fā)展更像是一次快速進(jìn)步的革命?！盚ans 總裁補(bǔ)充道?！皯{借基于PC 的開放式自動(dòng)化解決方案系列，我們已為工業(yè) 4.0 做好了充分的準(zhǔn)備?；赑C 的控制技術(shù)始終推動(dòng)著 IT 和自動(dòng)化技術(shù)（AT）的融合，因此它自然也大大促進(jìn)了擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)連接?！弊钪匾氖牵?jì)算機(jī)支持與云之間符合標(biāo)準(zhǔn)的通訊。“例如，Beckhoff公司使用微軟的 Azure — 開放、靈活的云平臺(tái)— 來實(shí)現(xiàn)這一類型的通訊。” Beckhoff 先生補(bǔ)充說道。

“也可以通過我們基于PC 的自動(dòng)化平臺(tái)直接連接 SAP 或 ERP 和MES 系統(tǒng)?！盚ans Beckhoff 繼續(xù)說道?！叭ツ辏覀兊募夹g(shù)研究成果突顯了谷歌眼鏡對(duì)機(jī)器的監(jiān)控和操作是一項(xiàng)令人振奮的技術(shù)進(jìn)步。這種“可穿戴式HMI”清楚地表明，PC 控制技術(shù)可以立即與新的連接技術(shù)相匹配；如果可以提供正確的基礎(chǔ)技術(shù)，則這些好處立即能夠在融合解決方案內(nèi)體現(xiàn)。因此，與我們客戶展開的廣泛討論有力證明，即便從我們現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的各種應(yīng)用而言，我們的工業(yè)4.0 征途已竟其半?！?/span>

“尖端集群‘it’sOWL’（北威州智能技術(shù)系統(tǒng)‘OWL’）也取得了成功發(fā)展。” Hans Beckhoff 說道。東威斯特伐利亞-利佩地區(qū)總共有174 家專注于智能技術(shù)系統(tǒng)領(lǐng)域的公司、大學(xué)、卓越科研中心以及經(jīng)濟(jì)組織于 2011 年走到了一起，現(xiàn)在被視為鋪平工業(yè)4.0 道路的開拓者?！艾F(xiàn)乃工業(yè) 4.0 上半場已畢之際。每個(gè)項(xiàng)目都非常成功，因此，德國政府同意進(jìn)一步提高補(bǔ)貼。HansBeckhoff 堅(jiān)信，尖端集群舉措將為整個(gè)東威斯特伐利亞地區(qū)帶來了投資熱潮。“這也引起了國際社會(huì)的廣泛關(guān)注。我們致力于大張旗鼓地鼓勵(lì)并推進(jìn)伙伴間合作，此舉讓眾多中小企業(yè)及大專院校找到了理念一致、志趣相投的全新的高端合作伙伴，而在此之前，這些都是他們所難以企及的。”

高效的模塊化工程

特別是就柔性制造理念而言，重要的是對(duì)開發(fā)工作的自動(dòng)完成以及對(duì)軟件模塊復(fù)用性的支持。這種一致的軟件模塊化可以使用TwinCAT 3 實(shí)現(xiàn)：“軟件模塊的組合簡化了軟件的設(shè)計(jì)工作，同時(shí)也讓程序員從繁瑣的工作中解脫出來?！盚ansBeckhoff 強(qiáng)調(diào)道。此外，還需要一個(gè)高效、功能齊全的工具箱。這可以在TwinCAT 3 中通過面向?qū)ο蟮?IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)語言、C和 C++ 編譯器編寫，而且還可以集成到 MATLAB?/Simulink?中。這使得在編程語言上的選擇非常自由。您可以在需要的時(shí)候選擇最適合這項(xiàng)任務(wù)的工具。TwinCAT 3 的另一大特色是將Visual Studio? 集成到編程環(huán)境中。

“除此之外，還可以使用TwinCAT Automation Interface 完整地遠(yuǎn)程控制工程系統(tǒng)以及自動(dòng)生成代碼和配置?！盚ansBeckhoff 解釋道?！耙虼?，可以減少手動(dòng)創(chuàng)建控制項(xiàng)目以及相應(yīng)產(chǎn)生的誤差。TwinCATAutomation Interface 是一種開放式接口，除了標(biāo)準(zhǔn)的微軟 .NET 編程語言之外，它也支持高級(jí)腳本語言，如Windows Powershell 或 IronPython?！薄皩?duì)于視覺管理，我們使用的是諸如微軟的Team Foundation Server（TFS）?！盚ansBeckhoff 繼續(xù)說道。它可以有效地規(guī)劃、創(chuàng)建和管理項(xiàng)目；此外，模塊可以通過這個(gè)Windows 平臺(tái)重復(fù)用于協(xié)同軟件項(xiàng)目。Hans 總裁深信，世界上最發(fā)達(dá)的軟件工程平臺(tái)內(nèi)的編程將繼續(xù)給用戶帶來更大的好處?！霸谲浖_發(fā)方面，我們使用的是一個(gè)有前途、應(yīng)用廣泛且功能強(qiáng)大的平臺(tái)?！彼麖?qiáng)調(diào)說道。 

“幾十年來，微軟和英特爾都為IT 提供了最強(qiáng)大的平臺(tái)。因此，我們知道這些平臺(tái)非常適合我們的 PC 控制技術(shù)。”HansBeckhoff 闡述道?！坝⑻貭柼幚砥魇荁eckhoff 基于 PC 的自動(dòng)化系統(tǒng)的主要推動(dòng)力。例如，新一代Bay Trail 處理器被廣泛用在 CX51xx 系列嵌入式控制器、CP27xx和 CP37xx 系列面板型PC 以及 C6915 控制柜式PC 中。每個(gè)設(shè)備系列還為用戶提供了單核、雙或四核型號(hào)的選項(xiàng)?！盉eckhoff 先生指出，BayTrail 是“一款最適合的處理器，尤其是在自動(dòng)化領(lǐng)域，因?yàn)樗O(shè)計(jì)時(shí)就考慮到讓緩存內(nèi)存直接分配給CPU 內(nèi)核，從而在多核應(yīng)用中具有出色的表現(xiàn)?！?/span>

科技自動(dòng)化：“世界上最強(qiáng)大的機(jī)器控制器”

現(xiàn)代化的柔性生產(chǎn)設(shè)施以及單臺(tái)高性能機(jī)器中的集中控制解決方案需要日益強(qiáng)大的控制系統(tǒng)。因此，Beckhoff將推出 C6670 — 公司有史以來建造的功能最強(qiáng)大的一款PC，也就是俗稱的“大鐵塊”（早在大型機(jī)時(shí)代，“大鐵塊”就是一個(gè)用來形容最強(qiáng)大型機(jī)的口語表述）。C66xx系列高端型號(hào)的控制柜式 PC 有具有 12、24甚至 36 個(gè)內(nèi)核的型號(hào)可提供，價(jià)格在 6000 歐到15,000 歐之間。RAM 最小為128 GB，可擴(kuò)展到 2 TB?！澳柖扇匀贿m用，因?yàn)?6 核處理器今年已經(jīng)對(duì)外發(fā)布?！盉eckhoff 先生補(bǔ)充說道?！暗?020 年，機(jī)器的工業(yè) PC 成本很可能和今天的控制器差不多，但其功能會(huì)提高 8 到16 倍，且內(nèi)存大小也是現(xiàn)在難以想象的?！蓖ㄟ^“大鐵塊”項(xiàng)目，Beckhoff將繼續(xù)奉行“科技自動(dòng)化”理念，即機(jī)器的所有控制功能都通過軟件實(shí)現(xiàn)，從運(yùn)動(dòng)控制到視覺再到工程算法，全部都在一個(gè)非常強(qiáng)大的多核處理器中計(jì)算?！癟winCAT3 讓我們能夠?qū)⒏鱾€(gè)控制任務(wù)分配給各個(gè)內(nèi)核，從而高效利用所有內(nèi)核資源，展示了 C6670 這一世界上最強(qiáng)大的機(jī)器控制器之一?！盉eckhoff先生驕傲地說道。“在 2014 年德國紐倫堡工業(yè)自動(dòng)化展會(huì)SPS IPC Drives 上，我們展示了一個(gè)高性能應(yīng)用，它由一臺(tái)具有 24 個(gè)內(nèi)核的“大鐵塊”PC 控制 — 為應(yīng)用帶來諸多好處。”這是2014 年德國紐倫堡展會(huì)所有展品中最大的一個(gè)亮點(diǎn)。

除了高處理器性能之外，基于 PC 和EtherCAT 的控制技術(shù)還針對(duì)極速通訊進(jìn)行了優(yōu)化?！拔覀冊?008 年推出的 XFC 極速控制技術(shù)縮短了標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器的控制周期，提高了效率并保護(hù)了資源?！盚ansBeckhoff 強(qiáng)調(diào)說道?！霸擁?xiàng)技術(shù)適用于廣泛的應(yīng)用范圍，從注塑機(jī)到印刷機(jī)，從機(jī)床到裝配機(jī)器?！比绻慌_(tái)機(jī)器上可以生產(chǎn)更多的工件，效益將明顯地迅速提升：“公司將能夠在同一臺(tái)機(jī)器體積中實(shí)現(xiàn)更高的性能，同時(shí)提高產(chǎn)量，降低能耗?？傮w而言，工廠內(nèi)需要的機(jī)器更少，因此可以大大縮短攤銷年限。”他在簡要闡述XFC 優(yōu)勢時(shí)如此說道。

通過 XFC 技術(shù)，分布式時(shí)鐘和時(shí)間戳I/O 信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)小于 100 μs 的I/O 響應(yīng)時(shí)間?！斑@是一個(gè)全面的方法。”Beckhoff 先生解釋說道?！傲硪环矫?，I/O信號(hào)的高速預(yù)處理只是一個(gè)特例?！蓖ㄟ^XFC 可以實(shí)現(xiàn)100 ns（納秒！）的絕對(duì)精度?！巴ㄟ^我們的XFC 技術(shù)，我們可以輕松地滿足即使是最快速的需求。” “由于PC控制技術(shù)的性能預(yù)期將得到很大提升，所以每個(gè)行業(yè)將能夠?qū)嵤┢涮囟ǖ摹畾⑹旨?jí)應(yīng)用’”Beckhoff先生繼續(xù)說道?！巴瑫r(shí)，快速周期時(shí)間只是等式的一個(gè)部分，因?yàn)榻?jīng)常需要用到復(fù)雜數(shù)學(xué)算法的實(shí)時(shí)計(jì)算能力。圖像處理的無縫集成可以是一個(gè)解決辦法。就高速、高效的機(jī)器控制器而言，客戶基本上只會(huì)受到他們在設(shè)計(jì)其應(yīng)用程序時(shí)的想象力限制，或者說只有他們想不到的，沒有機(jī)器做不到的。”

線路板式總線端子模塊

I/O 系統(tǒng)為在輸入和輸出層靈活的數(shù)據(jù)傳輸提供了理想的解決方案，沒有它們，設(shè)備和機(jī)器的柔性自動(dòng)化方案在今天將幾乎是不可能的。迄今為止，Beckhoff已經(jīng)為控制柜或機(jī)器安裝提供大量模塊化 I/O 系統(tǒng)，包括EtherCAT 端子模塊（IP 20）、總線端子模塊（IP20）、EtherCAT 端子盒（IP67 或 IP 69K）以及現(xiàn)場總線端子盒（IP67）。

公司最近為 SPS IPC Drives 展會(huì)開發(fā)了一套全新的I/O 系統(tǒng)：“我們的 EJ 系統(tǒng)由具有總線端子模塊功能系列的I/O 模塊構(gòu)成，可以直接插接到線路板上。”Hans Beckhoff 先生解釋說道?；镜木€路板用作高度模塊化的EJ 系列 EtherCAT I/O 解決方案的接線層，這是首次在客戶項(xiàng)目中開發(fā)而成的。此外，該解決方案可通過輔助機(jī)電功能提供，從而可以包含任何所需的插接口。

“新型EtherCAT 插拔式模塊主要用于批量生產(chǎn)應(yīng)用中?！盉eckhoff 公司總裁如是說道?！霸跇?biāo)準(zhǔn)機(jī)器的大規(guī)模生產(chǎn)中，例如，一部分控制柜可以以印刷電路板的形式實(shí)現(xiàn)。我們的全新系統(tǒng)在批量生產(chǎn)中的最大優(yōu)點(diǎn)就是以預(yù)制電纜線束代替人工接線。”它也可用于完全不同的應(yīng)用中，如電力測量站?！拔覀冋跒樗兄饕愋偷男吞?hào)推出我們的線路板式電子總線端子模塊?！盉eckhoff先生宣布道。除此之外的更高要求也可以很快地滿足?！拔覀兊男翬J 系統(tǒng)使得機(jī)器和 I/O 層有更多的通訊，即使沒有技術(shù)人員的干預(yù)?！?/span>

此次展會(huì)上，我們還展出了成熟的 I/O 系統(tǒng)中的新產(chǎn)品。比如，IO-Link，它通常被認(rèn)為是工業(yè)4.0 征程中的“最后一米”。因此，Beckhoff現(xiàn)在正在為其現(xiàn)場總線盒系列配備 IO-Link 技術(shù)?！拔覀兛吹絀O-Link 越來越受到市場關(guān)注?！盚ans Beckhoff 補(bǔ)充說道。

通過創(chuàng)新技術(shù)解決由來已久的驅(qū)動(dòng)方面的挑戰(zhàn)

通過 XTS 直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)，Beckhoff為在很多機(jī)械工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的機(jī)器方案提供了一個(gè)驅(qū)動(dòng)解決方案?！拔覀兊腦TS 是一套不可思議的機(jī)電一體化套件，突破了傳統(tǒng)直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)的局限性?！盉eckhoff 先生指出。全世界已經(jīng)有很多新的應(yīng)用配備了XTS 系統(tǒng)，并在此次展會(huì)上展出了新的 XTS 軟件庫。此外，觀眾們還在現(xiàn)場觀看到了多個(gè)不同的XTS 應(yīng)用。“新的亮點(diǎn)是，現(xiàn)在 XTS 的弧度最大可達(dá)到22.5 度?！彼又f道?！斑@意味著，XTS可以方便地實(shí)現(xiàn)更多幾何形狀，如卡雷拉軌道?！?/span>

超高速 AX8000 系列多軸伺服驅(qū)動(dòng)器是Beckhoff 在 SPS IPC Drives 展會(huì)上展出的另一個(gè)創(chuàng)新產(chǎn)品?！拔覀冏钚碌臉?biāo)準(zhǔn)系列的緊湊型EtherCAT 伺服驅(qū)動(dòng)器采用了高效的 FPGA 和ARM 處理器。”Hans Beckhoff 闡述道?！靶碌亩嗤ǖ离娏骺刂萍夹g(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電流環(huán)控制的采樣和響應(yīng)時(shí)間小于1 微秒，具有低至 16 微秒的速度控制循環(huán)時(shí)間 — 取決于所配置的開關(guān)頻率?！?/span>

“每臺(tái)AX8000 驅(qū)動(dòng)器都集成了一個(gè) TwinCAT Runtime 系統(tǒng)，它也可以使用C 語言的子模塊、IEC 61131-3 和MATLAB? 進(jìn)行編程?！碧厥獾倪B接機(jī)制縮短了AX8000 的調(diào)試時(shí)間。

Hans 總裁對(duì)其位于德國 Marktheidenfeld 的生產(chǎn)基地的伺服電機(jī)生產(chǎn)能力相當(dāng)滿意?！敖衲?，我們的電機(jī)產(chǎn)量翻了一番?！盚ansBeckhoff 指出。因此，我們將會(huì)對(duì)Marktheidenfeld 生產(chǎn)基地進(jìn)一步進(jìn)行擴(kuò)建。HansBeckhoff 還暗示他們在未來一年仍會(huì)取得令人振奮的進(jìn)展，甚至還具有小規(guī)模技術(shù)變革的潛力?？傮w來說，他認(rèn)為公司也正在通往工業(yè)4.0 目標(biāo)的道路上大步邁進(jìn)。

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