最近，測(cè)量技術(shù)專家 measX 公司為全球領(lǐng)先的電動(dòng)工具制造商斯蒂爾公司（STIHL）開發(fā)了一款針對(duì)不同耐久性測(cè)試環(huán)境的靈活、通用的自動(dòng)化解決方案。該解決方案能夠快速實(shí)施各種高質(zhì)量的測(cè)試計(jì)劃。倍福 TwinCAT 自動(dòng)化軟件與 LabVIEW™ 之間的高效交互對(duì)該解決方案的成功起到了關(guān)鍵性的作用。
總部位于德國(guó)門興格拉德巴赫的 measX GmbH & Co. KG 自 1981 年以來就一直致力于為設(shè)計(jì)和定制各種測(cè)量、測(cè)試和評(píng)估系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中都得到了非常廣泛的應(yīng)用。公司在試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域主要聚焦開發(fā)自動(dòng)化試驗(yàn)臺(tái)。ANDREAS STIHL AG & Co. KG (斯蒂爾) 委托測(cè)量技術(shù)專家 measX 為其一臺(tái)大型耐久性測(cè)試設(shè)施打造高效自動(dòng)化解決方案，方案采用了倍福的 EtherCAT 和 I/O 總線端子模塊系統(tǒng)以及 TwinCAT PLC。耐久性測(cè)試自動(dòng)化解決方案（德語(yǔ)為“Dauerlaufautomatisierung”或 DLA）使用 LabVIEW™ 與 TwinCAT 軟件相結(jié)合實(shí)施。目前，斯蒂爾整個(gè)公司都在使用該系統(tǒng)進(jìn)行耐久性測(cè)試；該系統(tǒng)最初是為公司位于靠近斯圖加特的魏布林根總部最先進(jìn)的開發(fā)中心的試驗(yàn)臺(tái)開發(fā)的。
在斯蒂爾研發(fā)中心，每天都要在數(shù)以百計(jì)的測(cè)試艙中對(duì)電鋸、綠籬修剪機(jī)、切割機(jī)以及割草機(jī)器人等樣機(jī)和系列產(chǎn)品進(jìn)行各種負(fù)載測(cè)試、功能測(cè)試和壽命測(cè)試，并會(huì)針對(duì)每個(gè)設(shè)備類型制定詳細(xì)的測(cè)試計(jì)劃。“DLA 應(yīng)用程序旨在確保對(duì)各種不同配置的設(shè)備進(jìn)行可靠、高性能的測(cè)試。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、直觀的操作方案可以簡(jiǎn)化每個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)的定義、執(zhí)行和監(jiān)測(cè)。在不同的測(cè)試序列之間切換也非常簡(jiǎn)單。”負(fù)責(zé)斯蒂爾項(xiàng)目的 measX 工程師 Marco Tiskens 解釋說道。
覆蓋面廣泛的測(cè)試需要高度的靈活性
測(cè)試系統(tǒng)由一臺(tái)裝有 TwinCAT 的 C6015 超緊湊型工業(yè) PC 控制，它使用 EK1100 EtherCAT 耦合器來實(shí)時(shí)收集眾多 EtherCAT 和總線端子模塊采集到的測(cè)量數(shù)據(jù)。這兩個(gè)端子模塊系統(tǒng)是通用的 I/O 系統(tǒng)，為開發(fā)試驗(yàn)臺(tái)提供了所需的高靈活性，Marco Tiskens 解釋道：“無需單獨(dú)的測(cè)量系統(tǒng)，無需額外操作，數(shù)據(jù)能夠以與控制輸出同步的方式采集。此外，測(cè)量通道可以輕松用于修改測(cè)試順序。可以根據(jù)具體需求簡(jiǎn)單地集成額外的端子模塊或替代的端子模塊。I/O 端子模塊的穩(wěn)定性和魯棒性對(duì)于耐久性測(cè)試來說是一個(gè)特別的優(yōu)勢(shì)。而且它們提供的成本效益也頗具吸引力。”
由于測(cè)試標(biāo)本和測(cè)試類型的廣泛性，試驗(yàn)臺(tái)必須滿足各種不同的要求。例如，一臺(tái)設(shè)備可能需要供應(yīng)燃料，而下一臺(tái)設(shè)備則可能需要供水，再下一臺(tái)設(shè)備則需要供電。EtherCAT 端子模塊 EL3314-0002 具有電隔離通道，在使用熱電偶進(jìn)行高精度、無故障的溫度測(cè)量時(shí)有很大優(yōu)勢(shì)。對(duì)于大部分試運(yùn)行來說，速度是另一個(gè)重要的測(cè)量變量，使用 EL5xxx 系列 EtherCAT 端子模塊可以在同一個(gè)系統(tǒng)中采集速度數(shù)據(jù)，因此可以與所有其它變量同步。此外，電能測(cè)量端子模塊提供關(guān)于功耗的重要數(shù)據(jù)，以用于測(cè)試樣本中。
需要對(duì)所有測(cè)試樣本的不同參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和控制以及調(diào)節(jié)。其中一個(gè)目標(biāo)是，盡管每種情況下使用的硬件不同，但也應(yīng)該能夠在不同的試驗(yàn)臺(tái)，甚至在不同的地點(diǎn)進(jìn)行相同的測(cè)試。這可以通過單獨(dú)定義測(cè)量技術(shù)和通道以及測(cè)試順序的方式實(shí)現(xiàn)，并在每次測(cè)量過程開始時(shí)，根據(jù)具體的任務(wù)需求，將它們集中起來形成一個(gè)測(cè)試程序。
斯蒂爾研發(fā)中心的耐久性試驗(yàn)臺(tái)在控制柜中配備了大量 EtherCAT 和總線端子模塊，以及 C6015 超緊湊型工業(yè) PC（左下），以實(shí)現(xiàn)測(cè)量值采集所需的靈活性
無縫集成測(cè)量和控制技術(shù)
對(duì)于每個(gè)耐久性測(cè)試，都要在斯蒂爾測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)中精確定義待測(cè)量的通道和所有所需的測(cè)試參數(shù)。相關(guān)的測(cè)量和順序程序通過 LabVIEW™ 框架自動(dòng)生成，并以適合 DLA 中 TwinCAT 環(huán)境的通用形式呈現(xiàn)。然后對(duì)程序進(jìn)行編譯，一旦編譯過程完成后，程序?qū)⒆詣?dòng)遷移到 PLC 上。無需深入了解 TwinCAT 軟件知識(shí)即可實(shí)施測(cè)試順序。在順序功能圖（SFC）編程中，每個(gè)測(cè)試類型的實(shí)際順序都要?jiǎng)?chuàng)建一次，然后每次都重復(fù)使用新的參數(shù)，生成完整的測(cè)試順序模板庫(kù)。
DLA 應(yīng)用程序通過 TwinCAT 軟件的多個(gè)抽象層從測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)中“翻譯”測(cè)試規(guī)范，確保 I/O 配置正確并自動(dòng)定義變量。試驗(yàn)臺(tái)專用的變量也會(huì)自動(dòng)分配給 I/O 端子模塊。DLA 軟件激活控制程序，監(jiān)測(cè)測(cè)試順序中的執(zhí)行情況，并記錄所有參數(shù)和測(cè)量值。“我們?cè)?LabVIEW™ 內(nèi)用 TwinCAT 環(huán)境遠(yuǎn)程控制 Microsoft Visual Studio®，以便生成 PLC 源代碼，然后編譯和執(zhí)行這些源代碼。我們用軟件程序完成了用戶本須自己完成的所有事情。”Marco Tiskens 在描述這個(gè)特殊的軟件方案時(shí)說道。
Automation Interface 是關(guān)鍵
只有通過 TwinCAT Automation Interface 才能在 DLA 內(nèi)配置和創(chuàng)建測(cè)量和控制程序。這種用于自動(dòng)生成代碼的開放式接口支持 DLA 等復(fù)雜的應(yīng)用程序，使用預(yù)定義的模板進(jìn)行配置。“重復(fù)使用經(jīng)過測(cè)試的程序段，并自動(dòng)編譯不同的程序段，以形成測(cè)試專用的順序軟件應(yīng)用程序，這樣不僅可以節(jié)省時(shí)間，而且能夠大幅減少錯(cuò)誤率。這種方法還有助于實(shí)現(xiàn)測(cè)試過程的標(biāo)準(zhǔn)化，使之更容易進(jìn)行比較。”Marco Tiskens 說道。
所有試驗(yàn)臺(tái)都可以通過相同的圖形用戶界面進(jìn)行操作和監(jiān)測(cè)。所需的數(shù)值從 TwinCAT 中讀出或通過 ADS 設(shè)置，其范圍包括設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的變量（例如，為了接通介質(zhì)供電或啟動(dòng)測(cè)試順序）以及讀出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 100 個(gè)測(cè)量通道。后者通過多個(gè)環(huán)形緩存區(qū)進(jìn)行，這些緩存區(qū)在程序啟動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)生成，并可臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)長(zhǎng)達(dá) 12 秒。
DLA 應(yīng)用程序提供各種可視化和監(jiān)測(cè)功能。網(wǎng)絡(luò)中集成的 PC 可以通過 DLA 瀏覽器監(jiān)測(cè)整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)組，或操控單個(gè)系統(tǒng)。通過操作臺(tái)界面可以概覽所有配置好的試驗(yàn)臺(tái)及其運(yùn)行狀態(tài)。在詳細(xì)視圖中，顯示部件和顏色代碼提供了關(guān)于測(cè)量過程中各個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的當(dāng)前通道和特性值的信息。此外，可以通過一個(gè)圖表顯示自測(cè)試開始以來的測(cè)量數(shù)據(jù)，這樣早期指示預(yù)計(jì)的結(jié)果。
DLA 將 TwinCAT 在測(cè)試過程中提供的數(shù)據(jù)文件保存到試驗(yàn)臺(tái)的計(jì)算機(jī)中，并在可配置的時(shí)間間隔或文件達(dá)到一定大小時(shí)將其傳輸給中央文件服務(wù)器。這些數(shù)據(jù)包自動(dòng)整合，并立即可用于進(jìn)一步的離線評(píng)估。數(shù)據(jù)尚在準(zhǔn)備階段時(shí)，就可以計(jì)算出重要的公式和參數(shù)，并生成包含基本評(píng)價(jià)的 PDF 報(bào)告。
DLA 應(yīng)用程序的 Viewer 功能幫助用戶設(shè)置耐久性測(cè)試（在本例中為電鋸）
準(zhǔn)備好滿足新的需求
目前，DLA 已在斯蒂爾公司位于德國(guó)、奧地利、中國(guó)、美國(guó)和巴西的測(cè)試中心中成功應(yīng)用于耐久性測(cè)試中。無論采用哪種硬件，同樣的軟件都能夠在所有試驗(yàn)臺(tái)上運(yùn)行。Marco Tiskens 繼續(xù)說道：“高性能的倍福組件以及斯蒂爾和倍福之間的友好合作，成就了這一高效的試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化解決方案，具有幾乎無限的可擴(kuò)展性。對(duì)我們而言，這個(gè)解決方案具有堪稱典范的可靠性、高性能、靈活性和標(biāo)準(zhǔn)化程度。它能夠快速適應(yīng)未來的測(cè)試樣本和測(cè)試方法，并加快了從制定測(cè)試計(jì)劃到評(píng)估結(jié)果的過程。可以迅速將測(cè)量數(shù)據(jù)和基本評(píng)價(jià)提供給測(cè)試部門。”這一點(diǎn)得到了斯蒂爾耐力測(cè)試團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人 Alexander Klein 的證實(shí)：“measX 的 DLA 軟件工具讓斯蒂爾能夠在我們的全球網(wǎng)絡(luò)中快速、高效和可靠地進(jìn)行開發(fā)，并保障設(shè)備的安全性，以確保讓我們的客戶滿意。”
無縫集成測(cè)量和控制技術(shù)
靈活的試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化是滿足各種測(cè)試需求的關(guān)鍵。在這種情況下，我們需要與像 measX 這樣經(jīng)驗(yàn)豐富的系統(tǒng)集成商建立合作關(guān)系，他們擁有豐富的專業(yè)知識(shí)可以讓我們借鑒。我們雙方的密切合作成就了面向未來的高性能試驗(yàn)臺(tái)，它們可以迅速適應(yīng)新的產(chǎn)品和技術(shù)。倍福全新的 TwinCAT 3 Interface for LabVIEW™（TF3710）簡(jiǎn)化了控制層與 LabVIEW™ 應(yīng)用程序的連接。該接口具有為高性能讀寫 ADS 符號(hào)和配置 I/O 端子模塊而開發(fā)的 VI。同時(shí)，倍福還為實(shí)現(xiàn)高性能試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用提供了 ELM 系列超高精度 EtherCAT 測(cè)量端子模塊。“我們的試驗(yàn)臺(tái)生產(chǎn)領(lǐng)域的客戶對(duì)多樣化的 I/O 端子模塊贊賞有加：從簡(jiǎn)單的 12 位電壓測(cè)量端子模塊到帶 LEMO 連接器的高精度、經(jīng)過校準(zhǔn)的 24 位多功能端子模塊，可以從我們的產(chǎn)品系列中挑選合適的端子模塊，以確保項(xiàng)目可以經(jīng)濟(jì)高效地實(shí)施。倍福可為所有關(guān)鍵的測(cè)量變量提供合適的 EtherCAT 端子模塊：從標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)到溫度、速度、振動(dòng)、扭矩和位移。此外，所有測(cè)量數(shù)據(jù)都通過 EtherCAT 完全同步，并提供全面的診斷信息，這對(duì)確保試驗(yàn)臺(tái)的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。”來自倍福 I/O 產(chǎn)品管理團(tuán)隊(duì)的測(cè)量、分析和控制產(chǎn)品銷售專家 Christian Lindemann 補(bǔ)充說道。
關(guān)于德國(guó)倍福
倍福（Beckhoff）公司總部位于德國(guó)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)域的許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。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。倍福于1997年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，致力于幫助制造企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，加速轉(zhuǎn)型升級(jí)。倍福在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)，公司所倡導(dǎo)的PC控制技術(shù)具有良好的開放性，將IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)完美融合，助力實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造。憑借領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和豐富的行業(yè)知識(shí)，倍福的創(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(yáng)能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、物流輸送以及樓宇自控等眾多領(lǐng)域。
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