倍福的控制與測(cè)量技術(shù)為 ADS（Automated Design Corporation）公司的現(xiàn)代化沖擊試驗(yàn)機(jī)帶來了諸多優(yōu)勢(shì)。例如，在運(yùn)動(dòng)鞋減震性能的動(dòng)態(tài)測(cè)試中，使用倍福提供的標(biāo)準(zhǔn)組件，系統(tǒng)可獲得精確的測(cè)量結(jié)果，且每臺(tái)設(shè)備的硬件成本降低了 4000 美元左右。
ADC 公司重新設(shè)計(jì)后的沖擊試驗(yàn)機(jī)很好地展示了工業(yè)自動(dòng)化如何賦能傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)。“與我們大多數(shù)系統(tǒng)一樣，這個(gè)沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更傾向于工業(yè)化，而不再是傳統(tǒng)的，分開的臺(tái)式實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的樣式，并且具有更廣泛的數(shù)據(jù)采集（DAQ）功能。”ADC 公司副總裁兼首席開發(fā)人員 Thomas Bitsky 說道。該公司由 Thomas Bitsky 的父母于 1986 年創(chuàng)立，總部位于伊利諾伊州羅密歐維爾市，如今為很多知名的體育用品生產(chǎn)商提供測(cè)試研發(fā)系統(tǒng)。
CX5130 嵌入式控制器（左）和 ELM3502 測(cè)量端子模塊（右側(cè)為金屬模塊）節(jié)省了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下緊湊型試驗(yàn)機(jī)控制柜內(nèi)空間
ADC 公司的沖擊試驗(yàn)機(jī)在升級(jí)時(shí)需要考慮多種需求，包括精確的運(yùn)動(dòng)控制、實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)總線通信和極短的循環(huán)時(shí)間，以及最直觀的 HMI 界面。此外，ADC 還希望設(shè)計(jì)方案能夠消除傳統(tǒng)測(cè)量和控制技術(shù)之間的界限。在 Thomas Bitsky 看來，數(shù)據(jù)采集行業(yè)長期以來一直處于“各自為政”的狀態(tài)。過去，ADC 為了確保測(cè)量的質(zhì)量，只能使用某個(gè)特定供應(yīng)商的組件。但是，如果使用基于 LabVIEW™ 軟件的傳統(tǒng) DAQ 控制器，自動(dòng)測(cè)試則需要一臺(tái)單獨(dú)的 PLC。Thomas Bitsky 解釋道：“這種情況會(huì)導(dǎo)致成本增加，通信速度變慢，同時(shí)布線將變得更加復(fù)雜。”然而運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集必須精確同步，才能獲得準(zhǔn)確、可重復(fù)的測(cè)試結(jié)果。如果使用分開式的解決方案，實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量將變得非常困難。為了最大限度地減少接口處損失，ADC 決定將測(cè)量技術(shù)部署在靈活且開放的倍福平臺(tái)上。
標(biāo)準(zhǔn) I/O 系統(tǒng)中的高端測(cè)量技術(shù)
EtherCAT 優(yōu)點(diǎn)眾多，但對(duì) ADC 來說，最重要的是它的速度和帶寬優(yōu)勢(shì)。具有超采樣功能的 ELM 系列 EtherCAT 測(cè)量端子模塊可以用于沖擊測(cè)試期間的模擬量數(shù)據(jù)采集。模塊的超采樣功能可在每個(gè)控制周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多次讀取，從而提高信號(hào)的時(shí)間分辨率和精度。這使得 ADC 能夠使用倍福 COTS（現(xiàn)貨）的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量端子模塊，而不是昂貴的專用硬件。ELM3502 高端測(cè)量端子模塊采用堅(jiān)固耐用的金屬外殼，具有雙通道測(cè)量功能，可無縫集成到倍福的 I/O 系統(tǒng)當(dāng)中。模塊的采樣速率高達(dá) 20 ksps，可滿足 ADC 公司大部分高端的測(cè)量任務(wù)。另外，ELM 系列中還有采樣速率高達(dá) 50 ksps 的端子模塊可供選擇。
倍福的高集成且可擴(kuò)展的自動(dòng)化平臺(tái)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以提供各種高度緊湊的伺服和步進(jìn)電機(jī)組件（這里是一個(gè) AM8121 伺服電機(jī)）
我們之前使用過倍福的其它測(cè)量端子模塊產(chǎn)品，尤其是適用于工業(yè)應(yīng)用的 EL3356 模擬量輸入端子模塊。但我們測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域的客戶需要達(dá)到千赫茲級(jí)別的采樣率，這在過去只能由傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)。ELM 端子模塊不僅能提供所需的高采樣速率，還能通過 EtherCAT 與控制器精確同步。試驗(yàn)機(jī)目前的測(cè)試周期非常快。一次掃描即可獲取所有運(yùn)動(dòng)相關(guān)的數(shù)據(jù)和負(fù)載的數(shù)據(jù)，我們的測(cè)量精度和可重復(fù)性看起來與傳統(tǒng)的機(jī)架式測(cè)量控制器不相上下，甚至更好。”
—— ADC 公司副總裁兼首席開發(fā)人員
Thomas Bitsky
可擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)組件
據(jù) Thomas Bitsky 介紹，TwinCAT 3 的通用開發(fā)環(huán)境簡化了程序開發(fā)過程。該控制軟件還可以輕松集成 LabVIEWTM 和其它第三方軟件。TwinCAT 讓工程師們能夠選擇他們最熟悉的或最適合自己項(xiàng)目的編程語言，包括面向?qū)ο蟮?IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)語言和高級(jí)語言、功能塊和 Microsoft Visual Studio® 中標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)科學(xué)語言。“TwinCAT 幫助我們節(jié)省了大量編程時(shí)間。”Bitsky 解釋道。
在控制方面，ADC 采用了倍福的 CX5130 嵌入式控制器。這種適合 DIN 導(dǎo)軌安裝的無風(fēng)扇型嵌入式控制器不僅節(jié)省了設(shè)備空間，還為測(cè)試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和運(yùn)動(dòng)控制提供了充足的計(jì)算能力。倍福嵌入式控制器具有高可擴(kuò)展性，使得 ADC 可根據(jù)需要選擇更高性能的型號(hào)。
EtherCAT 通信可確保載荷與測(cè)量位置之間的精確同步，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的完整性
再者，倍福的緊湊型驅(qū)動(dòng)技術(shù)非常適合用于體育用品生產(chǎn)商的測(cè)試系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通常是在安裝空間十分有限的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中。EL7211 伺服端子模塊（用于驅(qū)動(dòng) AM8100 伺服電機(jī)）和 EL7041 步進(jìn)電機(jī)端子模塊以體積精巧的 I/O 模塊形式提供高性能驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可與 EL5101 編碼器接口端子模塊一并安裝在控制柜中。
“我們還可以使用第三方電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，如果它們是基于 EtherCAT 協(xié)議的，集成起來也非常簡單。我們可以使用 TwinCAT 運(yùn)動(dòng)控制的功能庫來控制這些第三方設(shè)備。我們的大部分應(yīng)用需要簡單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。我們對(duì)材料施加規(guī)定的沖擊載荷，然后讀取測(cè)量位置，這需要稱重傳感器輸入和運(yùn)動(dòng)控制器之間做到精確同步。如果載荷過大，測(cè)試將無法進(jìn)行。”
—— Thomas Bitsky
“舊的機(jī)架式測(cè)量控制器不支持這種功能。”他補(bǔ)充道。“但 EtherCAT 分布式時(shí)鐘可確保載荷與測(cè)量位置的精確同步。因此，憑借倍福的自動(dòng)化新技術(shù)，我們能夠?qū)崿F(xiàn)其它技術(shù)無法比擬的功能。”
節(jié)省時(shí)間和成本
現(xiàn)代化的沖擊試驗(yàn)機(jī)符合 ASTM F1976 和 F1614 標(biāo)準(zhǔn)，用于測(cè)試運(yùn)動(dòng)鞋減震鞋墊吸收沖擊力的能力。在采用了標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化組件后，包括高端測(cè)量 I/O 模塊，每臺(tái)設(shè)備可節(jié)省約 4000 美元的成本。倍福提供的解決方案還節(jié)省了布線、裝配和編程時(shí)間。每當(dāng) ADC 需要幫助時(shí)，倍福的團(tuán)隊(duì)都會(huì)立即響應(yīng)，提供高效、可靠的全天候技術(shù)支持。
由于 ADC 在測(cè)試和自動(dòng)化領(lǐng)域具有獨(dú)特的市場(chǎng)地位，因此知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)對(duì)其有這非常重要的意義。TwinCAT 在這方面提供了額外的價(jià)值產(chǎn)出，倍福的應(yīng)用工程師 Dave Zimbrich 說道：“我們提供的 OEM 證書，使得 ADC 能夠?qū)ζ浯a進(jìn)行加密并通過密碼加以保護(hù)。這意味著無論他們的試驗(yàn)機(jī)將來被用在何處，代碼都是安全的。
關(guān)于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動(dòng)化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動(dòng)者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場(chǎng)總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個(gè)國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進(jìn)入中國市場(chǎng)，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
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