工業以太網和基于 PC 的控制技術早已在很多設備中普及。班貝克州立職業學校（SBSZ）對此也予以了充分重視。學校利用最新技術傳授先進的編程方法、運動控制和安全方面的專業知識，讓新興的貿易專家和技術人員通過實際使用倍福的工業 PC、TwinCAT 3 和驅動器深入了解開放式自動化平臺的優勢。

　　班貝格 SBSZ 主要傳授電氣工程、計算機科學和機電一體化等各個不同領域必要的理論和實踐知識。隨著技術的進步，教學內容和教學材料也要不斷更新，與時俱進。2020 年，電氣工程 3（機電一體化）系重新設計了其教學設施，新增了一座控制和驅動技術實驗室。

　　碩士工程師 Stefan Felkel：“基于 PC 的控制技術的靈活性和 TwinCAT 3 的簡單授權模式為實驗室工作站的建立和使用提供了巨大優勢。”

　　“我們的目標是確保未來的技術工人，尤其是自動化和機電一體化領域的電工和技術人員，在就業前能夠做好最充分的準備，并將所學知識有效地運用到實際工作中。”與 Markus Grill（理學碩士）一起設計實驗室工作站的高級教師 Stefan Felkel 說道。因此，實驗室中各個學習單元和練習都是培訓計劃不可或缺的一部分。目標是通過各種實踐練習，培養學生獨立完成各項任務和編程的能力。Stefan Felkel 表示：“每位職校學生和志向成為技術人才的學員都可以設計和創建自己的程序，并在硬件上進行模擬和測試。”學校總共有六個實驗室工作站，每個工作站最多可供三名學生使用。此外，還有一個供教師使用的實驗室工作站，可以通過它遠程控制實驗室工作站和工業 PC 的電源。

　　安全、運動控制和垂直集成

　　每個工作站都有三個培訓模塊，分別側重于 PLC、安全和運動控制，這些模塊可與 C6525 工業 PC 靈活搭配。

　　PLC 示教板上安裝了數字量和模擬量 I/O 端子模塊（EL1895、EL3174、EL4132）、1 個 AS-i 主站端子模塊（EL6201）以及用于兩個電位計的 EL3214-0090 模擬量輸入端子模塊。運動控制學習模塊包含了 2 個用于控制伺服電機的 EL7221-0090 EtherCAT 端子模塊（48 V DC、8 A、OCT）、1 個制動斬波器端子模塊 (EL9576) 和 1 個風扇模塊（ZB8610)。另外，它還配備了一個編碼器接口端子模塊 EL5151，用于設置設定值。

　　安全示教板上安裝的設備包括 1 個 TwinSAFE 輸入端子模塊（EL1918）、1 個 4 通道 TwinSAFE 輸出端子模塊（EL2904）、1 個帶 TwinSAFE SC 通信接口的 IO-Link 主端子模塊 （EL6224-0090）和 1 個 EtherCAT 數字量端子模塊（EL1859）。“通過 TwinCAT 3 編程平臺和各種 TwinCAT 3 功能，我們可以設計和創建大量以實踐為導向的學習場景。”Stefan Felkel 強調道。

　　“我們的 Motion Servo、TwinSAFE 和 TwinCAT I/O 示教板是實現這一目標的基礎。為了確保這些模塊與現有的培訓設置兼容，倍福系統應用部的 Franco Angelico 和倍福演示系統部的 Jens Thorun 根據 Stefan Felkel 和 Markus Grill 的要求對模塊進行了調整。”來自倍福紐倫堡銷售團隊的 Wolfgang Negele 補充道。

　　Stefan Felkel 認為，重要的是每個人都擁有自己的工業 PC，并且能夠輕松地將其與任何硬件設備連接。基于 PC 的控制技術和 EtherCAT 在此提供了極大的靈活性：工業 PC 可以通過相應的網絡接口靈活連接實驗室工作站的硬件或其它移動實訓推車。

　　實用技能培訓與 TwinCAT 3

　　在實驗室中，除了硬連線可編程邏輯控制器之外，教師們主要傳授順序控制器編程的基礎知識。實驗室的核心部分是 TwinCAT 3 開發平臺。TwinCAT 3 NC PTP 和 Safety Editor 也可用于運動控制和安全學習模塊。TwinCAT 的優勢在于，學生可以將工業 PC 用作應用程序編程和軟 PLC 的平臺。此外，學生們也可以使用自己的筆記本電腦，無需支付任何高昂的授權費用。“這無疑可以讓學生能夠更加專注和深入地研究基于 PC 的控制主題。”Stefan Felkel 說道。他認為，工業 PC 相對于傳統的硬件控制平臺具有更大的靈活性。“我們還使用了各種擴展功能，例如通信領域的 OPC UA。”他說道。在驅動軸的設計和優化方面，除了 TwinCAT 3 Motion Designer（TE5910）和 TwinCAT 3 Drive Manager 2（Te5950）之外，還使用了 TwinCAT 3 Bode Plot Base（TE1320）。

　　在總共六個實驗室工作站中，每個工作站都配備了兩臺 C6525 工業 PC，用于完成編程、設置和測試等各種實操練習

　　從接觸器電路到機器人應用

　　在驅動技術方面，接觸器電路的基礎知識通過硬連線可編程邏輯控制器和 C6525 工業 PC 的相應程序進行教學。“在教學中，我們使用安全繼電器控制電機，以引入安全主題，并通過 TwinSAFE 進行進一步深化。”Stefan Felkel 說道。通過 EtherCAT 端子模塊 EL7221（緊湊型驅動技術）對伺服電機（AM8132）進行控制操作，以及給異步電機施加負載以確定其特性曲線，完成驅動技術的教學任務。

　　培訓結束后，學生們需要編寫一個機器人系統程序：需要控制兩個機器人和另外五個包含基本自動化元件（傳感器、電氣氣動裝置、總線系統）的工作站。為此，學生們需要分析每個子站的功能，確認它們與相鄰站點的接口，并啟動通信。整個培訓課程包括程序設計、編程以及測試和文檔編制。“我們目標是在培訓課程中創造出盡可能令人興奮的實際應用，同時解決許多基礎學科領域的問題。”Stefan Felkel 說道。

　　未來，學校還將進一步擴展培訓課程的內容，包括伺服電機的控制。目前已經有了相應的 AX5000 伺服驅動器，并正在用于建設新的教學模塊。此外，學校還計劃整合平面移動類電機和專用電機。最后，Stefan Felkel 補充道：“總之，我要特別感謝倍福紐倫堡辦事處的系統應用工程師 Franco Angelico 給予我們的大力支持和幫助，以及他為學習模塊的上線和運行做出的巨大貢獻。”

　　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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