TAR Automation 公司專注于高品質(zhì)自動化技術(shù)的研發(fā)，通過集成創(chuàng)新的控制解決方案為制造企業(yè)提供支持。除了設(shè)計和實施新的系統(tǒng)以及對生產(chǎn)機器進行自動化改造之外，TAR 公司還開發(fā)運動控制和狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域的系統(tǒng)解決方案。該公司總部位于德國丁斯拉肯，最近正在以倍福的集成式自動化解決方案為依托開發(fā)一套高效的生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(CMS)。
“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，我們越來越多地采用倍?；?PC 的自動化解決方案?！盩AR Automation 公司總經(jīng)理 Alfred Rachner 解釋道。“多功能的 TwinCAT 3 自動化平臺為我們的工程師創(chuàng)建軟件組件提供了一個高效的開發(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。可精確滿足各種性能需求的嵌入式控制器系列為實現(xiàn)手頭上的任何任務(wù)提供了理想的硬件平臺。”
高度精確和可定制化：無縫集成狀態(tài)監(jiān)測系統(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化技術(shù)中，而這在過去只能使用專用的‘黑盒子設(shè)備’實現(xiàn)。生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)就是一個很好的例子?！盇lfred Rachner 說道。傳統(tǒng)的 CMS 通常作為獨立的子系統(tǒng)安裝在整個系統(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。這使得這類獨立解決方案非常不靈活：用戶無法響應(yīng)不斷變化的需求，狀態(tài)監(jiān)測功能變得難以整合，而且非常昂貴。
提升靈活性并降低成本的需求都推動了 TAR 工程團隊在裝有 TwinCAT 3 軟件的 CX5140 嵌入式控制器、TwinCAT 狀態(tài)監(jiān)測軟件庫和 EtherCAT 端子模塊構(gòu)成的控制平臺基礎(chǔ)上開發(fā) TAR 9964 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。狀態(tài)監(jiān)測端子模塊 EL3632 用于連接 IEPE 加速度傳感器。集成式配置具有很多優(yōu)點：
– 系統(tǒng)可自由編程，從而可以隨時添加新的功能
– 除了溫度測量或數(shù)字量 I/O 之外，可以使用各種 EtherCAT 端子模塊 I/O 隨時對振動和模擬量通道進行翻新改造
– EtherCAT，作為一個具有高精度時鐘的高帶寬實時網(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，50 kHz 的采樣率用于加速度值
– 狀態(tài)監(jiān)測端子模塊 EL3632 用于連接 IEPE 傳感器(加速度，擴音 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償
– 基本分析算法可以集成為一個 PLC 軟件庫，能夠隨時修改或擴展 功能
– 集成到客戶的系統(tǒng)中非常簡單
— 所有常用接口，包括 PROFIBUS、 PROFINET、EtherNet/IP、CANopen 和 Ethernet，提供的一個功能
不只是狀態(tài)監(jiān)測：制粒機的過程優(yōu)化
作為一個真實的例子，TAR 9964 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)用于諸如 PCB、制冷裝置、洗衣機、各種塑料或輪胎中使用的部件等可回收材料的破碎機的監(jiān)控和工藝優(yōu)化。制粒機有一個用于切刀軸的 400 kW 的驅(qū)動器和一個用于推動裝置和定子調(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 EL3632 記錄。首先，TwinCAT 狀態(tài)監(jiān)測軟件庫中的軟件功能塊采集和捆綁超高速任務(wù)中的數(shù)據(jù)。在一個或多個后續(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、求平均值和分類。狀態(tài)監(jiān)測軟件庫也確保采集和分析任務(wù)的正確時間關(guān)聯(lián)性。
集成式狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以給破碎系統(tǒng)運營商帶來實實在在的好處：
– 軸承監(jiān)測：過去，軸承通過溫度測量監(jiān)控，因此當檢測到有軸承即 將損壞時就已經(jīng)太晚了
– 振動、限值和趨勢分析：在代價高昂的損壞實際發(fā)生前檢測潛在的 軸承損壞
– 過量潤滑檢測：最小化潤滑浪費
– 優(yōu)化系統(tǒng)運行：如果工作區(qū)未正確關(guān)閉，材料就會在切刀軸上“跳 舞”且不能正確破碎。由此產(chǎn)生的振動現(xiàn)在可以被測量，并通過施 加壓力的方式校正進給
– 全自動 V 形皮帶張力檢測：全自動檢測和調(diào)整松弛的 V 形皮帶
– 檢測已經(jīng)鈍掉的切刀：過去，工廠“通過耳朵”檢查，要求工作人 員實際去聽設(shè)備的變化，并在需要時手動將切刀磨鋒利。狀態(tài)監(jiān)測 系統(tǒng)為檢測已經(jīng)鈍掉的切刀提供可靠的測量讀數(shù)，并自動將切刀磨 鋒利
– 集成入機器控制系統(tǒng)中：過去，物料進給都是手動控制的。以前曾 想要用光學(xué)測量系統(tǒng)控制進給的嘗試均宣告失敗，因為待破碎的材 料的大小和形態(tài)差異較大?，F(xiàn)在，使用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的振動分析功 能能夠可靠地檢測造粒機何時是空的，并自動提供新的材料。機器 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
“對于 TAR 公司來說，將狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)集成到自動化和控制系統(tǒng)中也開辟了新的機遇和銷售潛力?！?Alfred Rachner 指出?！癟winCAT 對我們來說是一個理想的集成式平臺：從簡單的控制任務(wù)到運動控制、CNC 應(yīng)用、狀態(tài)監(jiān)測和安全技術(shù) — 我們可以使用同一個系統(tǒng)解決任何任務(wù)。這樣就無需花費成本讓程序員進行有關(guān)不同平臺的培訓(xùn)，我們只需要在我們的部門中安裝和維護一個工程系統(tǒng)就夠了。同樣也可以減少在我們的客戶現(xiàn)場進行的維護工作量。”
“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，當談及現(xiàn)有系統(tǒng)的現(xiàn)代化改造時。前方最有效的路是基于 TwinCAT 的全集成 PLC/ NC/CMS 解決方案，雖然這明顯只能對新系統(tǒng)可行?！?/FONT>
工業(yè) 4.0：針對垂直和水平聯(lián)網(wǎng)的通訊標準各種嵌入式控制器在性能和 I/O 配置方面都可以擴展，同時提供各種聯(lián)網(wǎng)選項。在實施控制架構(gòu)時非常自由，因此可以為現(xiàn)有任務(wù)優(yōu)化解決方案?！盁o論我們是處理一個小型、獨立的解決方案，還是聯(lián)網(wǎng)分布式、智能控制器或一個高性能的中央解決方案 — 一切都是可能的?！盩AR 總經(jīng)理總結(jié)道?！霸偌由现С?OPC UA 用作垂直聯(lián)網(wǎng)的通用標準，它也可以集成到 ERP 系統(tǒng)中，無論是在一個領(lǐng)域內(nèi)還是跨領(lǐng)域?！?/FONT>
借助 TwinCAT 和 EtherCAT 實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測
EtherCAT 的使用不再需要子系統(tǒng)
過去，使用現(xiàn)場總線系統(tǒng)是不可能實現(xiàn) 100 kHz 的采樣率的。有了 EtherCAT，一切都變得不一樣了 — 通過全雙工、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)速率遠遠超過 90%。直接將測量數(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遠超過實際的總線周期。EtherCAT 從站中的分布式時鐘確保整個網(wǎng)絡(luò)的時間同步數(shù)據(jù)采樣。抖動明顯小于 1 微秒，有時甚至小于 100 納秒。這樣可以將各種功能集成到控制系統(tǒng)中，這在過去只能使用分布式智能子系統(tǒng)實現(xiàn)，以滿足速度要求?，F(xiàn)在，EtherCAT 可以非?？焖俚貙y量數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)。
通過 EtherCAT 實現(xiàn)高精度測量技術(shù)
倍福利用 EtherCAT 功能不斷開發(fā)新的測量 I/O。端子模塊已經(jīng)可以提供用于溫度測量、負載單元分析、電流和電壓記錄、振動監(jiān)測和各種模擬量信號，如 +/-10 V 或 0…20 mA。
狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)無縫集成入控制系統(tǒng)中
除了 EtherCAT 和高精度測量端子模塊，基于 PC 的控制技術(shù)在性能上的不斷提升也是能夠直接(而不是通過子系統(tǒng))操作狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。高性能設(shè)備中(如嵌入式控制器 CX2040)使用的是時鐘頻率為 2.1 Ghz 的 Intel? Core? i7 四核處理器。即使對于復(fù)雜的控制任務(wù)，這意味著有有足夠的性能儲備可用于分析測量數(shù)據(jù)。
TwinCAT 3 優(yōu)化數(shù)據(jù)處理
TwinCAT 3 自動化軟件讓用戶能夠?qū)⒏鱾€程序任務(wù)分配給單獨的 CPU 核。例如，若要使用計算密集型算法來分析測量數(shù)據(jù)，可以定義一個專門的分析任務(wù)并在一個單獨的處理器核中執(zhí)行。此外，TwinCAT 3 為 PLC 程序員提供了一個狀態(tài)監(jiān)測軟件庫來處理測量數(shù)據(jù)。它被設(shè)計為一個軟件套件，讓用戶能夠根據(jù)具體的應(yīng)用和知識水平在基本數(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)測的功能塊。用戶擁有一個全面的基本算法來開發(fā)自己的分析例程。
用戶模塊用作另一個走向應(yīng)用的步驟。例如，這些模塊包括基本算法并封裝了監(jiān)測輥子軸承所需的算法。這樣，用戶可以給模塊配置各個軸承幾何數(shù)據(jù)和示教限值，而無需在內(nèi)部進行的詳細的計算知識。
（轉(zhuǎn)載）
