研華協(xié)助CNC柔性產(chǎn)線以單一控制平臺同時(shí)執(zhí)行MES與CODESYS實(shí)時(shí)控制軟件，跨界整合IT與OT。透過CPU分核優(yōu)化技術(shù)，同時(shí)保證運(yùn)動控制與信息系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，減少加工失誤率，讓生產(chǎn)效率提升到三倍之多，落實(shí)邊緣計(jì)算，搶占柔性制造與CNC智能化商機(jī)。
項(xiàng)目簡介
隨著產(chǎn)品開發(fā)周期縮短，市場預(yù)測與生產(chǎn)規(guī)劃更顯重要。對此，CNC加工廠也需要強(qiáng)大的企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)(ERP)等信息技術(shù)(IT)輔助以調(diào)配最適生產(chǎn)計(jì)劃、管控整體營運(yùn)，以往負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)也不再只是操作技術(shù)(OT)層的配角。向來各自獨(dú)立、鮮少直接溝通的兩個(gè)系統(tǒng)儼然成為實(shí)現(xiàn)CNC智能化與智慧工廠的關(guān)鍵，MES也成為銜接CNC產(chǎn)線IT層與OT層間的樞紐。
盡管MES開發(fā)商可透過為CNC產(chǎn)線加裝工業(yè)計(jì)算機(jī)再搭配PLC作為銜接異質(zhì)系統(tǒng)的橋梁，但傳統(tǒng)做法只能傳遞簡單訊號，仍仰賴人工操作，無法防呆、效率低且人工成本高。對于二維條形碼等復(fù)雜數(shù)據(jù)，也有整合接口不足與解碼效能不佳等問題。再加上，MES開發(fā)人員雖然熟稔IT技術(shù)，對自動化控制系統(tǒng)的了解卻很有限。因此，該如何有效地串聯(lián)IT層與OT層，成了系統(tǒng)開發(fā)商面臨的一大挑戰(zhàn)。
研華以基于X86的開放式分核控制平臺APAX-5580同時(shí)搭載CODESYS實(shí)時(shí)內(nèi)核與Windows操作系統(tǒng)，讓IT與OT系統(tǒng)高度整合又能同時(shí)保證穩(wěn)定高效能。結(jié)合同系列的本地與遠(yuǎn)程I/O，讓CNC產(chǎn)線能夠靈活布建，通訊接口與未來擴(kuò)展性也更加自由。本項(xiàng)目僅利用單一控制平臺即滿足系統(tǒng)開發(fā)商的所有需求，讓其能順利整合MES與電火花工具機(jī)，實(shí)現(xiàn)CNC柔性產(chǎn)線遠(yuǎn)程控制與統(tǒng)一管理的目標(biāo)。
系統(tǒng)需求
天津歌德麥得科技有限公司是一家為CNC加工與模具產(chǎn)業(yè)提供信息化管理軟件與自動化工廠解決方案的系統(tǒng)整合廠商。順應(yīng)工業(yè)4.0趨勢，該公司計(jì)劃將一套管理電火花工具機(jī)所需電極工具的電極窗口管理系統(tǒng)納入MES內(nèi)，并將信息與上層信息系統(tǒng)串接，期望能透過IT層與OT層之整合來提升CNC加工廠的生產(chǎn)效率。
該電極窗口管理系統(tǒng)由CNC與電極工具庫組成，六層電極工具庫共有24種工具，每件工具下方貼有二維條形碼。生產(chǎn)時(shí)透過MES通知目前所需的電極工具編號，即能讓CNC以正確的工具執(zhí)行加工作業(yè)。一開始天津歌德麥得科技選擇為每個(gè)單元(CNC與電極工具庫)加裝日系PLC與伺服驅(qū)動控制器，并于上位安裝一臺工業(yè)計(jì)算機(jī)。沒想到此做法不僅在處理大量二維條形碼時(shí)效率低，也難以全面采集所需訊號，花費(fèi)的成本偏高外，硬件供貨商也無法提供實(shí)時(shí)的技術(shù)支持。因而促使該公司開始尋找另一套能滿足其需求的高性能控制核心系統(tǒng)。
新的控制核心解決方案除了將被設(shè)定成MES客戶端外，還要能夠根據(jù)MES的指令自動選取電極工具。由于每個(gè)單元彼此間相距遙遠(yuǎn)(十幾米到幾十米不等)，新方案必須提供遠(yuǎn)程控制功能，并讓中控室可以統(tǒng)一管理。軟件方面需具備方便IT工程師編程的高級語言以加速完成程序設(shè)計(jì)，控制層面則需要大量數(shù)字輸入與輸出I/O以便接收與觸發(fā)設(shè)備訊號，以及可將電極工具庫內(nèi)的二維條形碼掃描結(jié)果傳輸給MES的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能;最后是以EtherCAT通訊協(xié)議連接脈沖轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動步進(jìn)馬達(dá)，并透過運(yùn)動控制完成電極工具庫之旋轉(zhuǎn)與定位。
系統(tǒng)概述
研華開放式分核控制平臺APAX-5580是此系統(tǒng)中連接IT層與OT層的控制核心。，作為MES客戶端，APAX-5580可將從底層設(shè)備取得的信息傳送給位于中控室的MES，同時(shí)也能接收來自MES的指令，實(shí)時(shí)向下控制CNC與電極工具庫執(zhí)行動作。此外，藉由以Modbus/TCP連接智能網(wǎng)關(guān)ECU-1152取得二維條形碼掃描結(jié)果，及以EtherCAT連接脈沖轉(zhuǎn)換模塊，APAX-5580能將總計(jì)144個(gè)(每層24個(gè)x 6層)電極工具之二維標(biāo)識符上傳給MES，讓系統(tǒng)可以統(tǒng)一管理多臺電火花工具機(jī)之電極工具狀態(tài)。
APAX-5580主要依賴其獨(dú)特的雙核處理器分核優(yōu)化機(jī)制無縫整合IT層與OT層，利用其中一核執(zhí)行內(nèi)建的Windows Embedded Standard 7操作系統(tǒng)確保MES客戶端可以順利串接IT層;另一核負(fù)責(zé)執(zhí)行運(yùn)動控制、邏輯控制及總線控制以保障OT層的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。整合軟硬件于單一平臺讓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單、維護(hù)更便利外，其獨(dú)特的模塊式設(shè)計(jì)讓APAX-5580具有高度擴(kuò)充性，可因應(yīng)未來需求新增或調(diào)整模塊配置，不需更換整個(gè)控制核心。另外，CODESYS所提供的ST語言也能讓不熟悉PLC的IT工程師以其所擅長的高階編程語法編寫自動化運(yùn)動控制及邏輯控制程序，配合研華高質(zhì)量的技術(shù)支持服務(wù)，可大幅縮短開發(fā)時(shí)間，加速上市速度。
負(fù)責(zé)執(zhí)行控制的APAX-5000系列I/O模塊提供本地與遠(yuǎn)程兩種擴(kuò)充接口端口，用戶可依CNC在工廠內(nèi)的實(shí)際布建情況部署模塊。線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于大型CNC產(chǎn)線，星型拓?fù)鋭t能保證當(dāng)任一單元出現(xiàn)問題時(shí)，其他單元不會受到影響。此外，可提供六個(gè)RS-232隔離式串行埠的ECU-1152能接收由二維碼掃描儀所取得的電極工具數(shù)據(jù)，且由于其內(nèi)建WebAccess/TagLink軟件，因此可輕松將數(shù)據(jù)由自定義RS-232協(xié)議轉(zhuǎn)換成Modbus訊號，之后再經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳送給上層的APAX-5580。
專案導(dǎo)入
系統(tǒng)架構(gòu)圖
結(jié)論
工業(yè)4.0引領(lǐng)制造業(yè)朝向?qū)崿F(xiàn)智能工廠之路邁進(jìn)同時(shí)，CNC廠也搭上此轉(zhuǎn)變風(fēng)潮，必須將與制造相關(guān)的元素全面鏈接并深度優(yōu)化，才能逐步達(dá)成CNC智能化的目標(biāo)，因此IT層與OT層的整合是首要之務(wù)。為制造業(yè)業(yè)者提供解決方案的系統(tǒng)整合廠商若仍專注于傳統(tǒng)PLC控制，勢必讓開發(fā)過程面臨重重考驗(yàn)，也很難如期開發(fā)出滿足工業(yè)4.0需求的系統(tǒng)。
研華不僅有完整的產(chǎn)品線滿足各種軟硬件需求，性能優(yōu)異的產(chǎn)品也確保了系統(tǒng)的可靠性，易于整合的清晰結(jié)構(gòu)則讓系統(tǒng)整合廠商可以迅速建構(gòu)出所需的解決方案，并讓日后的系統(tǒng)維護(hù)作業(yè)較為輕松。而且對于自動化控制系統(tǒng)了解不夠深入的IT開發(fā)人員而言，有豐富工控經(jīng)驗(yàn)的研華可以針對OT層提供專業(yè)的規(guī)劃建議與技術(shù)支持，讓搭配出的軟硬整合方案可以執(zhí)行出使用者所需的結(jié)果。
在導(dǎo)入研華完整的控制核心解決方案后，天津歌德麥得科技這套整合IT層與OT層的系統(tǒng)能將電火花工具機(jī)的返修率降低到30%，加工時(shí)間也從24小時(shí)縮短制3小時(shí)，效率提升了三倍之多，人員成本更降低了70%。
由于此系統(tǒng)備受市場青睞，未來，天津歌德麥得科技已計(jì)劃用此套核心架構(gòu)為基礎(chǔ)，串聯(lián)其他產(chǎn)線系統(tǒng)，或在微調(diào)后復(fù)制到其他CNC機(jī)臺的控制系統(tǒng)中，讓柔性產(chǎn)線中的數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲裝置及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更具智能，加速CNC加工廠智能化的進(jìn)程，讓柔性產(chǎn)線真正落地。
（轉(zhuǎn)載）
