受加拿大溫哥華Core Energy Recovery Solutions公司的委托，總部位于加拿大安大略省滑鐵盧市的特殊機(jī)械制造商Ramp開發(fā)出了一種用于生產(chǎn)熱交換器的系統(tǒng)，以便提高建筑物能源效率。Ramp在其所有項(xiàng)目中都力求達(dá)到最高效率，為此他們將量身定制的解決方案與標(biāo)準(zhǔn)化組件結(jié)合起來。Ramp機(jī)械設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人Jeff Kerr解釋說：“我們匯總各部門的所有要求，并將其分解為各個(gè)概念單元，由此確保所有機(jī)械和控制組件完全兼容，為客戶提供最佳解決方案?！?/p>
為Core Energy Recovery Solutions生產(chǎn)的機(jī)器于2018年安裝，用來生產(chǎn)那些通過熱回收提高住宅和商業(yè)建筑通風(fēng)系統(tǒng)能源效率的熱交換器。熱交換時(shí)冷、熱空氣流在相鄰的管道中分開輸送，該機(jī)器使用獲得專利的聚合物膜和波紋鋁箔作為初始材料，根據(jù)相應(yīng)的客戶要求，壓制不同高度和坡度的層板。
圖1 由膜和波紋鋁堆疊的壓層用于生產(chǎn)住宅和商業(yè)建筑通風(fēng)中回收能量的熱交換器
在設(shè)備的第二個(gè)部分，層壓材料通過Ramp開發(fā)的精密真空輸送機(jī)輸送，在抓放過程中，抓取點(diǎn)是統(tǒng)一的，但放置點(diǎn)由程序控制，可能存在的變化為0.25～1?m，隔離材料被放到客戶特定的薄膜層上，最后再根據(jù)客戶要求將這些薄膜層堆疊為多個(gè)尺寸和高度，并通過傳送帶運(yùn)走。
為實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，Ramp在Core項(xiàng)目中使用了Beckhoff公司基于PC控制的高效控制器和集成I/O系統(tǒng)，使用IEC 61131-3語言的Twincat 3對(duì)PLC和運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行編程，將公司基于標(biāo)準(zhǔn)的方法延續(xù)至軟件工程中，此外Twincat支持使用跨越制造商的技術(shù)（例如OPC UA），可以與更高級(jí)別的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行安全通信，例如由Amazon Web Services（AWS）和SAP提供的數(shù)據(jù)庫。
功能強(qiáng)大的開放式控制技術(shù)
Ramp為Core Energy Recovery Solutions選擇了一款工業(yè)PC，該P(yáng)C除了具有自動(dòng)化功能外，還可以實(shí)施企業(yè)的配方和數(shù)據(jù)采集方案?！盀榱俗畲蟪潭鹊乜刂粕a(chǎn)過程，我們需要一個(gè)能以1?ms的周期時(shí)間運(yùn)行應(yīng)用程序的IPC，這也是我們選擇Beckhoff控制柜IPC C6930的原因。”Ramp項(xiàng)目控制負(fù)責(zé)人Steve Slothouber說。
在為期一年的開發(fā)階段中，IPC還提供了足夠的性能儲(chǔ)備，以滿足因添加額外I/O組件而不斷增長(zhǎng)的要求。C6930使項(xiàng)目能夠在很短時(shí)間內(nèi)完成，Ramp將Beckhoff的CP2916多點(diǎn)觸摸控制面板連接至IPC，借助一個(gè)儀表板它們能夠一目了然地顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)效率。
圖2 AM8000系列的OCT伺服電機(jī)承擔(dān)運(yùn)輸和裝配任務(wù)，同時(shí)調(diào)節(jié)軌道壓層、牽拉控制和高度
借助Beckhoff的模擬和數(shù)字I/O組件，Ramp可以滿足有關(guān)數(shù)據(jù)采集和機(jī)器安全性的要求，I/O通道可多達(dá)16個(gè)，而外殼寬度為12?mm的高密度（HD）Ethercat終端需要的安裝空間很小。
“借助Ethercat I/O系統(tǒng)，我們需要的高速聯(lián)網(wǎng)和快速掃描都能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)不必放棄靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)??！盧amp電氣工程負(fù)責(zé)人Matt Buchwald說道：“Core項(xiàng)目需要能夠在不到10?ms的時(shí)間內(nèi)對(duì)生產(chǎn)變化做出靈活反應(yīng)并調(diào)整控制輸出的高端控制技術(shù)。”此外還要能夠連接各種第三方現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如用于軌道運(yùn)輸?shù)囊蕴W(wǎng)/IP組件、圖像處理硬件、自動(dòng)張力控制和計(jì)量單元。
此外Ramp還在IP67保護(hù)形式中使用了許多Ethercat盒式模塊，“這樣我們就可以將現(xiàn)場(chǎng)輸入和輸出盡量放置在使用點(diǎn)附近，降低對(duì)電纜長(zhǎng)度和拖鏈的普遍要求。”Buchwald解釋說，“通過Twinsafe I/O將所有安全系統(tǒng)集成在同一Ethercat網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)一步減少了布線和安裝工作。”
圖3 通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與Ethercat盒式模塊（圖中心）的連接，Ramp降低了對(duì)電纜長(zhǎng)度和拖鏈的要求
驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有高度擴(kuò)展性
Ramp在驅(qū)動(dòng)技術(shù)中使用了Beckhoff的EL7211伺服電機(jī)端子，“僅24?mm寬的伺服電機(jī)端子大大減少了控制柜中的所需空間?！笨刂萍夹g(shù)主管Stephen Gugeler解釋說，“EL7211使用成本較低的48?V電源，大大降低了伺服電機(jī)的空間和成本要求?！盇S1020系列的步進(jìn)電機(jī)由帶內(nèi)置增量編碼器的步進(jìn)電機(jī)模塊EP7041（50?VDC，5?A）控制，針對(duì)共振要求高的應(yīng)用。
為了滿足更高的功率和負(fù)載要求，還使用了AX5000系列伺服放大器，用于高端位置控制、電子傳動(dòng)、速度調(diào)節(jié)以及上級(jí)位置控制。通過一根電纜技術(shù)（OCT）連接的AM8000伺服電機(jī)，它們可以調(diào)節(jié)生產(chǎn)線上的運(yùn)輸和裝載、軌道壓層、牽拉和高度調(diào)節(jié)。
基于PC的控制技術(shù)久經(jīng)考驗(yàn)
據(jù)Gugeler稱，關(guān)鍵數(shù)據(jù)與上一代基于PLC和PAC的系統(tǒng)的對(duì)比結(jié)果表明，相對(duì)以前供應(yīng)商的設(shè)備，PLC的周期時(shí)間和控制系統(tǒng)成本分別減少了大約30%，Beckhoff的控制和通訊技術(shù)幫助Ramp提高了生產(chǎn)量，不斷超越客戶預(yù)期。
