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自動化設備開發分秒必爭 天津工控設備商如此發揮機台潛力

2019/3/22


【30秒看完一整篇】

工業自動化控制領域,講求速度與精度,但設備製造商若處在處處掣肘的開發環境,機台潛力勢必難以充分發揮。天津某工控設備商原受限於PLC編程環境等問題,導致開發的鋁管切斷機在品質與效率均無法達標。在研華APAX與CODESYS整合方案協助下,機台系統掃描週期從3~4毫秒降低到0.5毫秒,切割品質和效率大幅提高,突破設備升級的瓶頸。 

PLC編程環境局限 設備商有心提升卻力不足

天津某工控設備商是一家工控產品銷售與技術服務的設備製造商,擁有專業自動化設備開發能力。日前,該廠商正在為汽車鋁散熱器製程開發可高速裁切的鋁管切斷機,但處於測試階段的原型機卻始終無法達到預期的速度與精度,讓負責人員相當困擾。

鋁材重量輕、易散熱、易成型,經加工處理後可廣泛運用在大樓的帷幕牆、住家的鋁門窗框、汽車的散熱器、3C產品的外殼等各行各業,而將鋁材切割成特定形狀與尺寸的切割機是製作鋁製品的必要工具,該設備的切割速度與精度則是影響鋁製品產量與品質的重要關鍵。

目前,鋁材切割機大多採用PLC (Programmable Logic Controller)可程式控制器來控制各個機械部件,好完成自動化切割作業;但受限於典型的PLC程式之掃描週期多處於毫秒等級,在性能不足的情況下,機器也易於裁切出不符規格的瑕疵品,再加上使用梯形圖編程的PLC無法靈活處理複雜的演算法,以上種種使得設備製造商就算有心想提升鋁材切割機的性能,也非常困難。

由於該工控設備商規劃的這款高速裁切鋁管切斷機,硬體規格一開始是以PLC搭配日系伺服馬達來執行切斷動作;可是該公司發現,每當機器運作一段時間後,就會切出超過預設長度的鋁管,而且PLC局限的編程環境也讓欲優化設備功能的自動化工程師備感艱辛。

以上種種原因讓該工控設備商決定,除了更換伺服馬達,也試圖尋找一套可以穩定切割又容易開發的軟硬體解決方案。

在軟體方面,新方案必須符合IEC 61131-3標準,以便能提供靈活編程的開發環境;編程語言得同時支援梯形圖(Ladder Diagram,LD)與結構化文字(Structured Text,ST)讓開發人員可以快速設計出所需功能;還要有電子凸輪功能,方能完成切斷作業。

而硬體方面,則須提供可保障穩定性與即時性的控制平台;可接收數位輸入與數位輸出訊號以掌握機台狀態;支援EtherCAT通訊協定與提供脈衝轉換模組以連接伺服馬達;並提供工業級平板電腦作為設備與操作者之間的人機介面(HMI)。

研華APAX與CODESYS軟硬整合方案 助益突破升級瓶頸

經過調研比較,該公司決定採用研華APAX與CODESYS整合方案,以滿足穩定、即時、靈活的系統需求。

研華整合CODESYS即時內核、APAX-5580控制平台與、APAX-5000系列I/O模組、以及WOP-1070CK操作面板的完整解決方案,能讓設備製造商順利開發出兼具速度與精度的鋁管切斷機。

除了以工業等級的WOP-1070CK作為設備的人機介面之外,研華獨有的雙核處理器優化機制,安裝了WES7(Windows Embedded Standard 7)作業系統與CODESYS即時內核的APAX-5580控制平台,讓系統保有絕佳的穩定性與即時性。而透過支援EtherCAT通訊協定與第三方合作夥伴的脈衝轉換模組,APAX-5580即能連接該工控設備商指定選用的伺服馬達。

如此完善的軟硬體整合方案讓系統性能大幅提升,掃描週期從原本的3~4毫秒變成了0.5毫秒,不僅加快了回應速度,也提高鋁管切斷機的切割品質和效率,突破設備升級的瓶頸。

研華的WES7作業系統與CODESYS即時內核都是經過優化的軟體,透過篩選出作業系統中的必要功能,以及將雙核處理器各自獨立執行WES7與CODESYS等優化措施,加快系統的執行速度,因而取得更快更即時的掃描週期,同步提升鋁管切斷機的切割速度與精度。

此外,CODESYS是符合IEC 61131-3標準、可為工業控制提供最佳開發環境的軟體。支援IL、ST、FBD、LD、CFC與SFC六種標準編程語言,讓專案的開發人員除了可運用熟悉的LD語言編寫之外,當需要複雜的演算法時則可改用ST語言來編寫,從而能盡早完成設備開發。而CODESYS提供的虛擬編碼器功能與電子凸輪功能,更能滿足專案的高速切割需求。  

APAX-5580是一台基於PC的PAC運動控制平台,兼具傳統PLC的功能以及工業電腦的優異性能與特色。其模組化架構的開放環境,方便工程師增加及調整模組配置,來設計出所需的控制系統。

譬如這台鋁管切斷機就外加了APAX-5045 12通道數位輸入與12通道數位輸出模組,藉此可為系統收集各種設備資訊,讓使用者可以完全掌握機台狀態。最後再搭配可與工業設備無縫整合的WOP-1070CK,其堅固耐用的特性,使它成為嚴苛環境下操作簡便又能長時間運作的最佳人機介面。

更快、更精、更穩定 市場競爭力直直升

研華以APAX-5580控制平台搭配CODESYS即時內核所提供的解決方案,具備穩定的硬體控制平台、高速掃描的即時內核、靈活編程的開發環境、易於設定、更新參數與維護的電子凸輪等特色,使得設備製造商更容易開發出速度更快、裁切精度更高、品質更穩定的鋁材切割機,提升設備在市場上的競爭力。

工業自動控制是個講求速度與精度的應用領域,但設備製造商若要在處處受掣肘的環境下開發產品,勢將難以充分發揮機台的潛力。此專案的系統整合廠商一開始因為受限於PLC的編程環境、即時性不足的控制系統、以及沒有供應商的即時技術支援,導致所開發的鋁管切斷機的品質與效率均無法達標。  

所幸,擁有豐富工控經驗的研華以模組化的標準產品快速配置出APAX與CODESYS整合方案,滿足設備製造商對穩定、即時、靈活的系統需求。此機台原先只需要能達成1毫秒掃描週期的系統,而研華優化後的解決方案卻只花0.5毫秒就能完成掃描,不僅將掃描週期再提升了一倍之多,系統同時還保有絕佳的穩定性。

此外,從產品測試、軟體培訓、到專案系統搭建,研華位於中國的專業團隊都提供了即時技術支援服務來確保專案能順利進行,進而也讓設備製造商能如期推出其最新開發的高速鋁管切斷機,未來更可將相同架構複製到其他機型,加速開發時間。


【專案導入產品】 

【系統架構圖】 

APAX與CODESYS整合方案系統架構圖



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