當電子設(shè)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?qū)Υ亟q機進行改造升級，并轉(zhuǎn)向基于 PC 的控制技術(shù)。倍福的緊湊型驅(qū)動技術(shù)幫助他們實現(xiàn)了全新的紗線送料方式：424 個 ASI8114 驅(qū)控一體步進電機取代了傳統(tǒng)的紗線送料輥，為系統(tǒng)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(jiān)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(chǎn)品。其旗下 Infloor-Girloon 品牌在全球市場推廣的產(chǎn)品種類極為豐富，涵蓋多種質(zhì)量等級的標準產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)與產(chǎn)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(shù)。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(shè)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(chǎn)經(jīng)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(zhuǎn)變?yōu)楦罱q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(yè)零售商及建筑行業(yè)而言，產(chǎn)品質(zhì)量與耐用性至關(guān)重要，能夠根據(jù)色彩、質(zhì)地和圖案定制設(shè)計地毯的能力也不可或缺。“生產(chǎn)過程必須盡可能順暢、精準，而舊有的控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求。”Ralf Bosch 說道，他強調(diào)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(fā)的電子設(shè)備全部更換為高性能且靈活的控制與驅(qū)動技術(shù) — 基于 PC 的控制解決方案。
這不僅能縮短響應(yīng)時間，還能提升客戶滿意度。總之，LLM 為應(yīng)對現(xiàn)代商業(yè)領(lǐng)域的眾多挑戰(zhàn)提供了高效、創(chuàng)新的解決方案。
—— Josef Röttgers
01
配備 400 余個驅(qū)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(qū)動技術(shù)被替換為多個 AM8000 系列同步伺服電機 和 AX5000 緊湊型伺服驅(qū)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(jié)構(gòu)緊湊的 ASI8114 驅(qū)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(jīng)理兼編程工程師 Jens Hülsebusch 解釋道。總計 424 驅(qū)控一體步進電機，通過相應(yīng)的軸從紗架牽出四根紗線，再經(jīng)混紗箱與牽引輥輸送至設(shè)備。這些紗線驅(qū)動裝置的速度每秒每秒可變化多達十次。
“由于這些驅(qū)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(xiàn)高密度安裝。”倍福驅(qū)動技術(shù)高級產(chǎn)品經(jīng)理 Christian Mische 補充道。“與其它解決方案相比，這種設(shè)計方案顯著降低了 1696 根獨立紗線送入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，同時實現(xiàn)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(qū)動技術(shù)不僅節(jié)省了寶貴的安裝空間，更帶來多重優(yōu)勢。其內(nèi)置的反饋系統(tǒng)將步進電機轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎檬噶靠刂频木芩欧?qū)動器。與傳統(tǒng)步進電機相比，這意味著能耗與發(fā)熱量大幅降低，改造后設(shè)備的功耗從傳統(tǒng)設(shè)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(shè)備的情況，這種節(jié)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(qū)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(tǒng)通過電機電流或產(chǎn)生的扭矩來調(diào)節(jié)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(zhì)。”Josef Röttgers 說道。紗線張力通過點陣圖在 CP2918 控制面板上顯示給設(shè)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(yù)。”Jens Hülsebusch 說道。為確保顯示與設(shè)備運行周期同步，可視化界面由 TwinCAT 3 PLC HMI (TF1800) 創(chuàng)建。
02
無風扇嵌入式控制器肩負
系統(tǒng)控制核心重任
TwinCAT 以 1 毫秒的周期時間精確計算實現(xiàn)所需紗線張力所需的電機電流或扭矩。“為確保實現(xiàn)如此短的控制周期，我們將數(shù)量龐大的步進電機以及其它任務(wù)分配至 C6032 超緊湊型工業(yè) PC 的八個處理器核心和多個 EtherCAT 網(wǎng)段。”Jens Hülsebusch 解釋道。每個以太網(wǎng)接口分別將 100 個驅(qū)控一體步進電機連接至工業(yè) 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(qū)動單元的 AX5000 緊湊型伺服驅(qū)動器。數(shù)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(yīng)用中，我們充分發(fā)揮了基于 PC 的控制技術(shù)的靈活性和工業(yè) PC 的性能優(yōu)勢。”Jens Hülsebusch 總結(jié)道。
Josef Röttgers 對此予以證實：“這是 Vetex 迄今實施過的最為復(fù)雜的設(shè)備改造項目，但得益于倍福系統(tǒng)工程技術(shù)團隊的精心籌備與專業(yè)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(zhàn)，其中就包括要根據(jù)地毯設(shè)計對大量驅(qū)動器進行獨立控制，以及在控制系統(tǒng)中解析和處理圖案的位圖數(shù)據(jù)。“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(xiàn)這一效果，TwinCAT 必須將圖形設(shè)計師設(shè)計的圖案逐像素轉(zhuǎn)換為 424 個驅(qū)控一體步進電機的位置設(shè)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(shù)能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，因為 C6032 超緊湊型工業(yè) PC 可以與 TwinCAT 3 配合使用，提供充足的實時內(nèi)存來讀取和處理約 10 MB 的文件。控制器與設(shè)計部門或訂單規(guī)劃部門之間通過 TwinCAT 3 XML Server（TF6421) 建立連接。而復(fù)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(jīng)驗，Vetex 正著手推進更多的現(xiàn)代化升級改造項目：除改造自粘方塊地毯切割系統(tǒng)外，Josef Röttgers 已經(jīng)開始規(guī)劃明年對另一臺簇絨機進行升級改造。
關(guān)于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(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 多家分支機構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進入中國市場，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)用于風力發(fā)電、半導(dǎo)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(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)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(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，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。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)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
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