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。 2003 年之前，當(dāng)開發(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)。 [ALIGN=CENTER] 新控制方案之“父”：Clement Peters（左），Schuler 公司控制與驅(qū)動(dòng)技術(shù)開發(fā)部集團(tuán)代表，RalfSohr，Schuler Hydrap公司電氣系統(tǒng)首席設(shè)計(jì)師。[/align] 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�！叭绻簤嚎刂颇K的制造商用黑匣子的方式提供他們的技術(shù)，對(duì)我們沒有任何好處。” 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)道：“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�！� 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。Schuler Hydrap 電氣系統(tǒng)的首席設(shè)計(jì)師，Ralf Sohr 先生，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 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 先生表示，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)今后的開發(fā)和功能擴(kuò)展尤其不利�，F(xiàn)在我們采用 EtherCAT，才有了一個(gè)能開通 TwinCAT 全部能力的通訊系統(tǒng)， 因此進(jìn)入了一個(gè)新的境界�！� [align=center] 總裁 Hans Beckhoff（左）和 Schuler AG集團(tuán)董事會(huì)成員Wilfried Jakob（右），在 2003年7月在德國(guó) HeSdorf 舉辦的內(nèi)部展覽會(huì)上向人們展示Profiline 沖壓機(jī)3軸輸送系統(tǒng)所采用的新的PC控制技術(shù)。 [/align] 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) 有速度問題�！� 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�！笔紫O(shè)計(jì)師進(jìn)一步解釋：“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 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。” 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)商還沒有集成 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�！� [align=center] 圖中的曲線表示沖壓頭（藍(lán)色）和緩沖墊（紅色）的位置，以及緩沖墊的力矩（黃色）和速度（粉色）。 緩沖墊的力矩設(shè)置值 （綠色）和實(shí)際值（黃色）的比較圖顯示了TwinCAT PC上的軟件控制器的極高的控制質(zhì)量，而它正是得益于EtherCAT系統(tǒng)的高性能。 [/align] 目標(biāo)：整個(gè)集團(tuán)貫穿相同的方案 由組件供應(yīng)商提供支持僅僅完成了事情的一半。另一個(gè)任務(wù)是，使用戶（即沖壓機(jī)用戶）接受基于以太網(wǎng)的控制技術(shù)。 Schuler 的控制專家非常樂觀：“在我們集團(tuán)內(nèi)部，Beckhoff 的控制系統(tǒng)首先用于 ProfiLine 系列。 因?yàn)槲覀円呀?jīng)將這種解決方案選定為我們的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，不必做很多面向用戶需求的定制工作。對(duì)于用戶而言，該方案具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。” 然而，Peters 先生承認(rèn)，在汽車行業(yè)必須滿足制造商們非常嚴(yán)格的規(guī)范和條例，因而采用新方案的難度較大。因此我們?cè)谄囶I(lǐng)域中，面向歐洲和亞洲市場(chǎng)時(shí)使用西門子設(shè)備，面向美國(guó)市場(chǎng)時(shí)則使用 Rockwell 設(shè)備。 不過(guò) Peters 先生說(shuō)，新的控制技術(shù)在汽車領(lǐng)域的機(jī)會(huì)也不差：“在 TwinCAT 中組合 EtherCAT 技術(shù)，我們可以向人們展示我們有能力生產(chǎn)具有高技術(shù)水準(zhǔn)的系統(tǒng)，而且與傳統(tǒng)的控制方案相比價(jià)格更加合理�！弊鳛橐粋�(gè)金屬?zèng)_壓行業(yè)的系統(tǒng)供貨商，Schuler 的目標(biāo)很明確，這就是使集團(tuán)內(nèi)各個(gè)公司都采用標(biāo)準(zhǔn)的控制技術(shù)。去年已經(jīng)成功的實(shí)現(xiàn)了在運(yùn)動(dòng)控制方面的應(yīng)用，在主控制平臺(tái)采用了通用的編程指南、統(tǒng)一的組件和通用的可視化方案，即所謂“Schuler 的基本可視系統(tǒng)”。Schuler 集團(tuán)的設(shè)備和系統(tǒng)那種統(tǒng)一的“外觀和感覺”就是這樣在系統(tǒng)操作人員（指Schuler 的用戶）的心目中建立起來(lái)。 目前，Schuler 公司開發(fā)的 PLC 和運(yùn)動(dòng)控制功能塊在集團(tuán)內(nèi)得到了不斷的推廣。與此同時(shí)，用于液壓控制技術(shù)的控制庫(kù)也正在準(zhǔn)備之中。實(shí)際上這意味著，將來(lái) Schuler 公司的機(jī)械式橫梁傳輸沖壓機(jī)的緩沖墊也將基于那些在 Schuler SMG 或 Schuler Hydrap 的液壓機(jī)上使用的功能塊。 Schuler AG www.schulergroup.com