以太網(wǎng)EtherCAT統(tǒng)領(lǐng)大型壓機(jī)

概述： 在一個(gè)示范項(xiàng)目中， Schuler 公司率先在其新一代 Profiline 沖壓機(jī)中使用了 EtherCAT。 在此項(xiàng)目中，基于以態(tài)網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)被用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)外設(shè)和基于 PC 的控制系統(tǒng)之間的通訊。
　　總部位于德國(guó) Plüderhausen的Schuler Hydrap 是 Schuler 集團(tuán)專門從事 Profiline 液壓沖壓機(jī)的一個(gè)分公司， 其用戶主要集中在德國(guó)國(guó)內(nèi)的電器制造商和汽車工業(yè)的制造商。 一年半之前，當(dāng)開(kāi)發(fā)160 至 1600 噸的新一代沖壓機(jī)提到議事日程上時(shí)， Schuler 決定重新考慮他們的控制技術(shù)。
　　以前， Schuler Hydrap 使用傳統(tǒng)的 PLC（如 Simatic S7） 及多種特殊硬件，通過(guò) Profibus 來(lái)控制液壓系統(tǒng)。 但是， 由于液壓控制是沖壓機(jī)的核心部件之一，制造商不愿意將它公之于眾。 據(jù) Schuler 公司控制與驅(qū)動(dòng)技術(shù)開(kāi)發(fā)部集團(tuán)代表Clement Peters 先生說(shuō)，Schuler 非常希望能擺脫這些特殊的解決方案。 “如果液壓控制模塊的制造商用黑匣子的方式提供他們的 know-how，對(duì)我們沒(méi)有任何好處?！?BR>　　隨著高性能的基于 PC 的控制技術(shù)的發(fā)展， Schuler 想直接將液壓控制集成到軟 PLC 中， 換句話說(shuō)，其目的是以 PLC 軟件的形式提供控制技術(shù)和訣竅， 以便將來(lái)可以對(duì)該控制器直接施加影響。 作此決定的另一個(gè)出發(fā)點(diǎn)是想采用一個(gè)統(tǒng)一的基于 IEC 的控制理念，該控制理念應(yīng)可滿足 Schuler 集團(tuán)所有的控制需求， 并且有可能使自己不必依賴于某個(gè)硬件平臺(tái)。 Peters 先生說(shuō): “一個(gè)具備絕對(duì)尋址而無(wú)本地?cái)?shù)據(jù)管理的系統(tǒng)不可能適應(yīng)這一要求?！?BR>　　經(jīng)過(guò)全面的市場(chǎng)考察后， Schuler 最終選定了來(lái)自 Beckhoff 的 TwinCAT 自動(dòng)化軟件作為他們用于 Profiline 設(shè)備系列的首選系統(tǒng)。 這樣， PLC， 液壓和驅(qū)動(dòng)任務(wù)可以在一個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。另外， 該解決方案允許所有的設(shè)備和工具參數(shù)通過(guò) Schuler 的“內(nèi)部基本監(jiān)視系統(tǒng)”在用于控制的 PC 機(jī)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)可視化操作。 Ralf Sohr先生， Schuler Hydrap 電氣系統(tǒng)的首席設(shè)計(jì)師， 對(duì)新的控制解決方案回顧時(shí)說(shuō): “將液壓控制技術(shù)集成到軟 PLC 中本身已使我們提高了處理能力，同時(shí)也提高了產(chǎn)品質(zhì)量”。
　　但是， 該過(guò)程接口 – 即總線系統(tǒng) – 仍然是一個(gè)棘手的問(wèn)題。 Clement Peters 解釋其原因時(shí)說(shuō): “在控制方面，可通過(guò) TwinCAT 軟件中相應(yīng)的 NC 任務(wù)映射高品質(zhì)的運(yùn)動(dòng)控制， 例如， 我們使用的循環(huán)時(shí)間為1到2個(gè)毫秒。 能把集成平臺(tái)（即 TwinCAT）用于液壓系統(tǒng)的基本先決條件是有一個(gè)能滿足液壓控制技術(shù)需求的總線系統(tǒng)，這意味該系統(tǒng)完成快速記錄、處理和輸出模擬信號(hào)以及運(yùn)動(dòng)路徑寄存所需要的時(shí)間必須大大小于 1 毫秒。”
　　使用以前的技術(shù)， 即傳統(tǒng)的 PLC 加專用液壓控制器模塊以及 Probibus 作為其總線系統(tǒng)， Schuler 不可能使他們的沖壓機(jī)的循環(huán)周期達(dá)到小于 5 毫秒。 Ralf Sohr 先生說(shuō)， 這是由于其通訊系統(tǒng)所耗費(fèi)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)所致。 這種情況在采用 PC 技術(shù)后大為改觀， 因?yàn)?PC 處理器有足夠的能力達(dá)到所需要的循環(huán)周期。 不過(guò) Ralf Sohr 先生說(shuō)， 該解決方案并不是完美無(wú)缺的: “只要 Profibus 仍被用作通訊介質(zhì)， TwinCAT 系統(tǒng)僅僅占用了整個(gè)循環(huán)時(shí)間的大約 10 %， 在剩下的 90 % 時(shí)間里， 控制器不得不等待 Profibus 的通訊操作。因此該系統(tǒng)的吞吐量仍然十分有限， 這對(duì)今后的開(kāi)發(fā)和功能擴(kuò)展尤其不利。 現(xiàn)在我們采用 EtherCAT， 才有了一個(gè)能開(kāi)通 TwinCAT 全部能力的通訊系統(tǒng)， 因此進(jìn)入了一個(gè)新的境界?！?BR>　　費(fèi)用大大減少，速度大幅提高
　　2003 年漢諾威博覽會(huì)之后形勢(shì)有了基本的改觀， 此時(shí) Beckhoff 已經(jīng)推出了他們基于以太網(wǎng)的EtherCAT 理念。 由于有了這種新的總線系統(tǒng)的選擇，Schuler 決定將 EtherCAT 集成到 Profiline 壓機(jī)的控制方案中，并把它作為一個(gè)示范項(xiàng)目。Ralf Sohr 評(píng)論道：“EtherCAT 的速度和它的低消耗為提高速度創(chuàng)造了很好的條件。這意味著該系統(tǒng)允許我們對(duì)目前 Schuler 集團(tuán)的所有機(jī)型都實(shí)現(xiàn)快速驅(qū)動(dòng)和液壓控制。 另一個(gè)關(guān)鍵因素是，由于 EtherCAT 的卓越性能，我們還有足夠的潛力解決將來(lái)復(fù)雜的控制任務(wù)而不會(huì)有速度問(wèn)題?！?BR>　　但是， EtherCAT 的性能數(shù)據(jù)本身還不足以促使 Schuler 作出這一決定。 Ralf Sohr 先生說(shuō)，選擇 EtherCAT 的一個(gè)關(guān)鍵理由是，“我們可以把設(shè)備上的組件以相同的品質(zhì)映射到已有的總線系統(tǒng)中。” 首席設(shè)計(jì)師進(jìn)一步解釋說(shuō)：“在實(shí)施階段我們認(rèn)識(shí)到，以太網(wǎng)和 Profibus 解決方案在價(jià)格上也存在差別。 Profibus 主站卡的列表價(jià)格在 400 到 500 歐元之間。 而以態(tài)網(wǎng)卡， 要么已經(jīng)安裝在 PC 中，要么只需花50到60歐元即可買到。 對(duì)于從站來(lái)說(shuō)，其價(jià)格比率大約為 1:3，顯然對(duì)以態(tài)網(wǎng)方案有利。”
　　EtherCAT 雖然有技術(shù)和價(jià)格的優(yōu)勢(shì)， 但Ralf Sohr 清楚地看到改進(jìn)以態(tài)網(wǎng)連接技術(shù)的必要性。 例如，RJ45 連接插頭的工業(yè)適應(yīng)性與根本不需要屏蔽的總線系統(tǒng)相比相距甚遠(yuǎn)，并且總線系統(tǒng)只需一個(gè)簡(jiǎn)單的工具 (如螺絲刀) 即可連接。 在這方面制造商仍然還有很多工作要做。
　　下一步行動(dòng)
　　在 Schuler 把 EtherCAT 的應(yīng)用重點(diǎn)放在液壓設(shè)備的同時(shí)， Clement Peters 已經(jīng)在計(jì)劃將以態(tài)網(wǎng)通訊擴(kuò)展到其它領(lǐng)域：“一個(gè)有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域是把多臺(tái)壓機(jī)鏈接起來(lái)，相互通訊。 EtherCAT 應(yīng)該允許我們?yōu)檎麄€(gè)系統(tǒng)指定一個(gè)中央主站設(shè)定點(diǎn)， 并把它作為使各個(gè)子系統(tǒng)（如電變送器、傳送帶供料裝置、卸料和堆放設(shè)備）達(dá)到同步的基礎(chǔ)。 這意味著我們可以消除系統(tǒng)之間的相互等待， 由此可以提高工廠的生產(chǎn)能力?！?BR>　　由于 Profiline 控制方案目前除 EtherCAT 以外仍然需要使用其它的總線系統(tǒng)， Schuler 的目標(biāo)是用以態(tài)網(wǎng)成功地替代這些系統(tǒng)。 原因很清楚：不同的組件、不同的總線系統(tǒng)意味著需要不同的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，不同的配置和調(diào)試安裝。 但是， 按照 Clement Peters 的說(shuō)法， 把以太網(wǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)控制技術(shù)的唯一通訊系統(tǒng)的基本前提是，“我們的核心供應(yīng)商們應(yīng)給我們提供與EtherCAT 兼容的組件”。 目前的狀況是，Schuler 的驅(qū)動(dòng)設(shè)備供應(yīng)商還沒(méi)有集成 EtherCAT 接口。 由于這個(gè)原因， 驅(qū)動(dòng)軸和 TwinCAT 之間的連接仍然由Sercos 接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)沖壓機(jī)的安全控制器與 TwinCAT 控制器偶合時(shí)，情況也是如此。 因此，在這里還需要Profibus 接口。 這些缺點(diǎn)也正是 Schuler 為何要加入最近由 Beckhoff 創(chuàng)立的 EtherCAT 技術(shù)集團(tuán) (ETG) 的原因之一。 Peters 先生說(shuō)：“通過(guò) ETG， 我們希望它能對(duì)我們的供應(yīng)商起到某種宣傳推廣作用，促使他們支持 EtherCAT?！?/FONT>