當電子設備故障越來越頻繁時，總部位于黑爾策布羅克的 Vetex 公司意識到，是時候對簇絨機進行改造升級，并轉向基于 PC 的控制技術。倍福的緊湊型驅動技術幫助他們實現了全新的紗線送料方式：424 個 ASI8114 驅控一體步進電機取代了傳統的紗線送料輥，為系統輸送約 1700 根紗線 — 不僅可對每根紗線的長度進行獨立快速控制，還能對紗線張力進行實時監測。
總部位于黑爾策布羅克的地毯專制造商 Vetex 提供各式圖案、色彩與尺寸的地毯產品。其旗下 Infloor-Girloon 品牌在全球市場推廣的產品種類極為豐富，涵蓋多種質量等級的標準產品，絨頭重量從 500 克/平米到 2000 克/平米不等。“我們的其它明星產品包括定制印花圖案地毯，以及自粘式方塊地毯，這種地毯可直接鋪裝在無塵、平整的地板上，并能隨時拆除且不留殘膠。”Vetex 公司生產與產品管理部門負責人 Josef Röttgers 介紹道。
全球最常用的地毯制造工藝是簇絨法，它是一種介于縫紉與刺繡之間的技術。穿好絨頭紗（簇絨紗）的機針穿過底布，而底布則通過送料輥和牽引輥與機器運行周期同步移動。機針垂直排放在簇絨機的寬度方向，以 Vetex 設備為例，4.29 米寬的工作幅面上精確排列著 1696 根簇絨針。“這相當于每英寸地毯寬度上分布了十根機針。”Vetex 簇絨與織造部門生產經理 Ralf Bosch 解釋道。鉤針在穿過底布后，在底布背面形成絨紗線圈并固定其高度，如果這些針鉤同步配備刀片，便能將線圈割開，使簇絨織物成功轉變為割絨地毯。
對于 Infloor-Girloon 的目標市場 — 連鎖酒店、辦公場所、保險公司、專業零售商及建筑行業而言，產品質量與耐用性至關重要，能夠根據色彩、質地和圖案定制設計地毯的能力也不可或缺。“生產過程必須盡可能順暢、精準，而舊有的控制系統已無法滿足這一要求。”Ralf Bosch 說道，他強調了倍福與位于雷達-維登布呂克的機械制造商 Gierecker & Brökelmann 共同實施升級改造的必要性。因此，這臺簇絨機上原本故障頻發的電子設備全部更換為高性能且靈活的控制與驅動技術 — 基于 PC 的控制解決方案。
這不僅能縮短響應時間，還能提升客戶滿意度。總之，LLM 為應對現代商業領域的眾多挑戰提供了高效、創新的解決方案。
—— Josef Röttgers
01
配備 400 余個驅控一體步進電機的紗線送料裝置
在簇絨機改造過程中，原有的驅動技術被替換為多個 AM8000 系列同步伺服電機 和 AX5000 緊湊型伺服驅動器，用于控制機針行程、簇絨織物送料、壓腳以及升降工作臺等。“在此次升級改造中，精確的紗線送料與紗線張力控制是重中之重。Vetex公司 采用了一套全新方案，而唯有借助結構緊湊的 ASI8114 驅控一體步進電機，該方案才能得以順利落地實施。”倍福公司負責此次升級改造項目的項目經理兼編程工程師 Jens Hülsebusch 解釋道。總計 424 驅控一體步進電機，通過相應的軸從紗架牽出四根紗線，再經混紗箱與牽引輥輸送至設備。這些紗線驅動裝置的速度每秒每秒可變化多達十次。
“由于這些驅控一體步進電機尺寸緊湊，法蘭尺寸僅為 42 毫米，并且具有功耗低的特點，因此可以實現高密度安裝。”倍福驅動技術高級產品經理 Christian Mische 補充道。“與其它解決方案相比，這種設計方案顯著降低了 1696 根獨立紗線送入系統的結構復雜度，同時實現了更高精度的控制。”Ralf Bosch 證實道。
采用 48 伏直流供電的緊湊型驅動技術不僅節省了寶貴的安裝空間，更帶來多重優勢。其內置的反饋系統將步進電機轉變為采用矢量控制的精密伺服驅動器。與傳統步進電機相比，這意味著能耗與發熱量大幅降低，改造后設備的功耗從傳統設備的近 8 千瓦降至約 4 千瓦。“對于兩班制運行且擁有多臺設備的情況，這種節能效果對降低能耗和減少碳排放具有顯著的意義。”Ralf Bosch 表示。這些驅控一體步進電機由 19 個 PS3000 電源模塊供電。
基于 PC 的控制系統通過電機電流或產生的扭矩來調節紗線張力，并能夠檢測張力過高或斷線情況。“這兩者都會直接影響地毯品質。”Josef Röttgers 說道。紗線張力通過點陣圖在 CP2918 控制面板上顯示給設備操作人員。“操作人員可通過顏色變化立即定位紗線送料卡頓位置，并在必要時及時進行干預。”Jens Hülsebusch 說道。為確保顯示與設備運行周期同步，可視化界面由 TwinCAT 3 PLC HMI (TF1800) 創建。
02
無風扇嵌入式控制器肩負
系統控制核心重任
TwinCAT 以 1 毫秒的周期時間精確計算實現所需紗線張力所需的電機電流或扭矩。“為確保實現如此短的控制周期，我們將數量龐大的步進電機以及其它任務分配至 C6032 超緊湊型工業 PC 的八個處理器核心和多個 EtherCAT 網段。”Jens Hülsebusch 解釋道。每個以太網接口分別將 100 個驅控一體步進電機連接至工業 PC。第五個分接點連接其余的 EtherCAT 端子模塊、EP 端子盒以及用于控制簇絨機其它驅動單元的 AX5000 緊湊型伺服驅動器。數控部分、可視化界面及快慢速工藝進程分別分配給另外的 CPU 核心。“在此應用中，我們充分發揮了基于 PC 的控制技術的靈活性和工業 PC 的性能優勢。”Jens Hülsebusch 總結道。
Josef Röttgers 對此予以證實：“這是 Vetex 迄今實施過的最為復雜的設備改造項目，但得益于倍福系統工程技術團隊的精心籌備與專業實力，整個過程進展得十分順利。”改造過程中面臨著諸多挑戰，其中就包括要根據地毯設計對大量驅動器進行獨立控制，以及在控制系統中解析和處理圖案的位圖數據。“不同長度的紗線縫入底布，便形成了各種各樣的圖案。”Ralf Bosch 解釋道。為實現這一效果，TwinCAT 必須將圖形設計師設計的圖案逐像素轉換為 424 個驅控一體步進電機的位置設定值和紗線長度，并生成運動軌跡。在這方面，基于 PC 的控制技術能夠充分發揮其優勢，因為 C6032 超緊湊型工業 PC 可以與 TwinCAT 3 配合使用，提供充足的實時內存來讀取和處理約 10 MB 的文件。控制器與設計部門或訂單規劃部門之間通過 TwinCAT 3 XML Server（TF6421) 建立連接。而復雜的運動序列則通過 TwinCAT 3 PLC/NC PTP (TC1250) 和 NC Camming (TF5050)。
基于此次極其成功的改造經驗，Vetex 正著手推進更多的現代化升級改造項目：除改造自粘方塊地毯切割系統外，Josef Röttgers 已經開始規劃明年對另一臺簇絨機進行升級改造。
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業，創立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶于上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用于風力發電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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