研華以APAX-5580控制平臺搭配CODESYS實時內(nèi)核與EtherCAT模塊與伺服馬達(dá)打造0.5毫秒掃描周期的鋁管切斷機，大幅提升鋁管切斷機的裁切速度與穩(wěn)定性、確保加工質(zhì)量。

方案背景

鋁材重量輕、易散熱、易成型，經(jīng)加工處理后可廣泛運用在大樓的帷幕墻、住家的鋁門窗框、汽車的散熱器、3C產(chǎn)品的外殼等各行各業(yè)，而將鋁材切割成特定形狀與尺寸的切割機則是鋁制品在制造過程中的必要工具，該設(shè)備的切割速度與切割精度是影響鋁制品產(chǎn)量與質(zhì)量的重要關(guān)鍵。

目前鋁材切割機大多采用PLC來控制各個機械部件以實現(xiàn)自動化切割作業(yè)，但受限于典型的PLC之掃描周期多處于毫秒等級，在性能不足的情況下，機器也易于裁切出不符規(guī)格的瑕疵品；再加上，使用梯形圖編程的PLC缺乏足夠的靈活度來處理復(fù)雜的算法，使得設(shè)備制造商就算想提升鋁材切割機的性能都相當(dāng)困難。

研華以APAX-5580控制平臺搭配CODESYS實時內(nèi)核所提供的解決方案，可提供穩(wěn)定的硬件控制平臺、高速掃描的實時內(nèi)核、靈活編程的開發(fā)環(huán)境、易于設(shè)定、更新參數(shù)與維護的電子凸輪等特色，讓設(shè)備制造商更容易地開發(fā)出生產(chǎn)速度更快、裁切精度更高、質(zhì)量更穩(wěn)定的鋁材切割機，從而能提升設(shè)備在市場上的競爭力。

系統(tǒng)需求

天津佰沃博思科技有限公司是一家擁有專業(yè)自動化開發(fā)能力、并從事工控產(chǎn)品銷售與技術(shù)服務(wù)的設(shè)備制造商。目前，該系統(tǒng)整合廠商正在為汽車的鋁散熱器開發(fā)可高速裁切的鋁管切斷機，但處于測試階段的原型機卻始終無法達(dá)到其預(yù)期的速度與精度，讓該公司相當(dāng)困擾。由于這款設(shè)備一開始規(guī)劃的硬件規(guī)格是以PLC搭配日系伺服馬達(dá)來執(zhí)行切斷動作，該公司發(fā)現(xiàn)每當(dāng)機器經(jīng)過一段時間的運行后，就會切出超過預(yù)設(shè)長度的鋁管，而且PLC編程環(huán)境的局限性也讓欲優(yōu)化設(shè)備功能的開發(fā)人員備感辛苦。

以上種種原因讓天津佰沃博思科技決定更換伺服馬達(dá)之外，也試圖尋找一套可以穩(wěn)定切割又容易開發(fā)的軟硬件解決方案。在軟件方面，新方案必須是符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)以便能提供靈活編程的開發(fā)環(huán)境；編程語言得同時支持梯形圖（LadderDiagram，LD）與結(jié)構(gòu)化文字（StructuredText，ST）讓開發(fā)人員可以快速設(shè)計出所需功能；提供電子凸輪功能以完成切斷作業(yè)。而硬件方面，提供可保障穩(wěn)定性與實時性的控制平臺；可接收數(shù)字輸入與數(shù)字輸出訊號以掌握機臺狀態(tài)；支持EtherCAT通訊協(xié)議與提供脈沖轉(zhuǎn)換模塊以連接伺服馬達(dá)；并提供工業(yè)級平板計算機作為設(shè)備與操作者之間的人機接口（HMI）。

系統(tǒng)概述

研華整合CODESYS實時內(nèi)核、APAX-5580控制平臺與、APAX-5000系列I/O模塊、以及WOP-1070CK操作面板的完整解決方案，能讓設(shè)備制造商順利開發(fā)出兼具速度與精度的鋁管切斷機。除了以工業(yè)等級的WOP-1070CK作為設(shè)備的人機接口之外，安裝了WES7（WindowsEmbeddedStandard7）操作系統(tǒng)與CODESYS實時內(nèi)核的APAX-5580控制平臺能以研華獨有的雙核處理器優(yōu)化機制讓系統(tǒng)保有絕佳的穩(wěn)定性與實時性。而透過支持EtherCAT通訊協(xié)議與第三方合作伙伴的脈沖轉(zhuǎn)換模塊，APAX-5580即能連接天津佰沃博思科技指定選用的伺服馬達(dá)。如此完善的軟硬件整合方案讓系統(tǒng)性能大幅提升，掃描周期從原本的3～4毫秒變成了0.5毫秒，不僅加快了響應(yīng)速度，也提高鋁管切斷機的切割質(zhì)量和效率，突破設(shè)備升級的瓶頸。

研華的WES7操作系統(tǒng)與CODESYS實時內(nèi)核都是經(jīng)過優(yōu)化的軟件，透過篩選出操作系統(tǒng)中的必要功能，以及將雙核處理器各自獨立執(zhí)行WES7與CODESYS等優(yōu)化措施，讓系統(tǒng)的執(zhí)行速度再加快，因而取得更快更實時的掃描周期，讓鋁管切斷機的切割速度與精度同步提升。此外，CODESYS是符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)、可為工業(yè)控制提供最佳開發(fā)環(huán)境的軟件。支持IL、ST、FBD、LD、CFC與SFC六種標(biāo)準(zhǔn)編程語言，讓項目的開發(fā)人員可以運用已熟悉的LD語言編寫之外，當(dāng)需要復(fù)雜的算法時則可改用ST語言來編寫，從而能盡早完成設(shè)備開發(fā)。而CODESYS提供的虛擬編碼器功能與電子凸輪功能還實現(xiàn)了項目所需的高速切割需求。

APAX-5580是一臺基于PC的PAC運動控制平臺，兼具了傳統(tǒng)PLC的功能以及工業(yè)計算機的優(yōu)異性能與特色。其模塊化架構(gòu)的開放環(huán)境能讓工程師很方便地增加及調(diào)整模塊配置，用以設(shè)計出所需的控制系統(tǒng)。譬如這臺鋁管切斷機就外加了APAX-504512信道數(shù)字輸入與12信道數(shù)字輸出模塊，藉此可為系統(tǒng)收集各種設(shè)備信息，讓用戶可以完全掌握機臺狀態(tài)。最后再搭配可與工業(yè)設(shè)備無縫整合的WOP-1070CK，其以堅固耐用的特性提供了在嚴(yán)苛環(huán)境下可簡便操作又能長時間運作的最佳人機接口。

產(chǎn)品清單

系統(tǒng)架構(gòu)圖

結(jié)論

工業(yè)自動化控制是個講求速度與精度的應(yīng)用領(lǐng)域，但設(shè)備制造商若要在處處受掣肘的環(huán)境下開發(fā)產(chǎn)品，勢將難以充分發(fā)揮機臺的潛力。此項目的系統(tǒng)整合廠商一開始因為受限于PLC的編程環(huán)境、實時性不足的控制系統(tǒng)、以及沒有供貨商的實時技術(shù)支持，導(dǎo)致所開發(fā)的鋁管切斷機的質(zhì)量與效率均無法達(dá)標(biāo)。

所幸，擁有豐富工控經(jīng)驗的研華以模塊化的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品快速配置出APAX與CODESYS整合方案滿足設(shè)備制造商需要穩(wěn)定、實時、靈活的系統(tǒng)。此機臺原先只需要能達(dá)成1毫秒掃描周期的系統(tǒng)，而研華優(yōu)化后的解決方案卻只花0.5毫秒就能完成掃描，不僅將掃描周期再提升了一倍之多，系統(tǒng)還同時保有絕佳的穩(wěn)定性。此外，研華位于中國的專業(yè)團隊從產(chǎn)品測試、軟件培訓(xùn)、到項目系統(tǒng)搭建都提供了實時的技術(shù)支持服務(wù)來確保項目能順利進行，進而也讓設(shè)備制造商能如期推出其最新開發(fā)的高速鋁管切斷機，未來更可將相同架構(gòu)復(fù)制到其他機型，加速開發(fā)時間。