Schuler 公司率先在其新一代 Profiline 沖壓機中使用了 EtherCAT。 在此項目中，基于以態(tài)網(wǎng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)被用于實現(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 Plüderhausen 的 Schuler Hydrap 是Schuler 集團專門從事 Profiline 液壓沖壓機的一個分公司， 其用戶主要集中在德國國內(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 噸的新一代沖壓機提到議事日程上時， 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)動技術(shù)開發(fā)部集團代表，RalfSohr，Schuler Hydrap公司電氣系統(tǒng)首席設(shè)計師。[/align] 以前， Schuler Hydrap 使用傳統(tǒng)的 PLC（如 Simatic S7） 及多種特殊硬件，通過 Profibus 來控制液壓系統(tǒng)。 但是， 由于液壓控制是沖壓機的核心部件之一，制造商不愿意將它公之于眾。 據(jù) Schuler 公司控制與驅(qū)動技術(shù)開發(fā)部集團代表 Clement Peters 先生說，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，其目的是以PLC 軟件的形式提供控制技術(shù)和訣竅，以便將來可以對該控制器直接施加影響。作此決定的另一個出發(fā)點是想采用一個統(tǒng)一的基于 IEC 的控制理念，該控制理念應(yīng)可滿足Schuler 集團所有的控制需求，并且有可能使自己不必依賴于某個硬件平臺。 Peters 先生說道：“一個具備絕對尋址而無本地數(shù)據(jù)管理的系統(tǒng)不可能適應(yīng)這一要求?！? 經(jīng)過全面的市場考察后，Schuler 最終選定了來自Beckhoff 的 TwinCAT 自動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)動任務(wù)可以在一個平臺上實現(xiàn)。另外，該解決方案允許所有的設(shè)備和工具參數(shù)通過 Schuler 的“內(nèi)部基本監(jiān)視系統(tǒng)”在用于控制的PC 機上同時實現(xiàn)可視化操作。Schuler Hydrap 電氣系統(tǒng)的首席設(shè)計師，Ralf Sohr 先生，對新的控制解決方案回顧時說：“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，同時也提高了產(chǎn)品質(zhì)量?！? 但是，該過程接口（即總線系統(tǒng)）仍然是一個棘手的問題。 Clement Peters 解釋其原因時說：“在控制方面，可通過TwinCAT 軟件中相應(yīng)的 NC 任務(wù)映射高品質(zhì)的運動控制，例如，我們使用的循環(huán)時間 1到 2個毫秒。能把集成平臺（即 TwinCAT）用于液壓系統(tǒng)的基本先決條件是有一個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以及運動路徑寄存所需要的時間必須大大小于 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的循環(huán)周期達到小于5毫秒。 Ralf Sohr 先生說， 這是由于其通訊系統(tǒng)所耗費的時間相對較長所致。這種情況在采用 PC 技術(shù)后大為改觀，因為 PC 處理器有足夠的能力達到所需要的循環(huán)周期。不過 Ralf Sohr 先生表示，該解決方案并不是完美無缺的：“只要 Profibus 仍被用作通訊介質(zhì)，TwinCAT 系統(tǒng)僅僅占用了整個循環(huán)時間的大約 10%，在剩下的 90% 時間里，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，這對今后的開發(fā)和功能擴展尤其不利?，F(xiàn)在我們采用 EtherCAT，才有了一個能開通 TwinCAT 全部能力的通訊系統(tǒng)， 因此進入了一個新的境界?！? [align=center] 總裁 Hans Beckhoff（左）和 Schuler AG集團董事會成員Wilfried Jakob（右），在 2003年7月在德國 HeSdorf 舉辦的內(nèi)部展覽會上向人們展示Profiline 沖壓機3軸輸送系統(tǒng)所采用的新的PC控制技術(shù)。 [/align] 費用大大減少，速度大幅提高 2003 年漢諾威博覽會之后形勢有了基本的改觀， 此時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 壓機的控制方案中，并把它作為一個示范項目。Ralf Sohr 評論道：“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)允許我們對目前 Schuler 集團的所有機型都實現(xiàn)快速驅(qū)動和液壓控制。另一個關(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復(fù)雜的控制任務(wù)而不會 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，選擇 EtherCAT 的一個關(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。”首席設(shè)計師進一步解釋：“在實施階段我們認(rèn)識到，以太網(wǎng)和 Profibus 解決方案在價格上也存在差別。Profibus 主站卡的列表價格在 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。對于從站來說，其價格比率大約為 1:3，顯然對以態(tài)網(wǎng)方案有利?！? EtherCAT 雖然有技術(shù)和價格的優(yōu)勢，但 Ralf Sohr 清楚地看到改進以態(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，并且總線系統(tǒng)只需一個簡單的工具 （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 在 Schuler 把 EtherCAT 的應(yīng)用重點放在液壓設(shè)備的同時，Clement Peters 已經(jīng)在計劃將以態(tài)網(wǎng)通訊擴展到其它領(lǐng)域：“一個有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域是把多臺壓機鏈接起來，相互通訊。EtherCAT 應(yīng)該允許我們?yōu)檎麄€系統(tǒng)指定一個中央主站設(shè)定點，并把它作為使各個子系統(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目設(shè)計，不同的配置和調(diào)試安裝。 但是，按照 Clement Peters 的說法，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。由于這個原因，驅(qū)動軸和TwinCAT 之間的連接仍然由 Sercos 接口來實現(xiàn)。當(dāng)沖壓機的安全控制器與 TwinCAT 控制器偶合時，情況也是如此。因此，在這里還需要 Profibus 接口。這些缺點也正是 Schuler 為何要加入最近由 Beckhoff 創(chuàng)立的 EtherCAT 技術(shù)集團 （ETG） 的原因之一。Peters 先生說：“通過 ETG， 我們希望它能對我們的供應(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)：整個集團貫穿相同的方案 由組件供應(yīng)商提供支持僅僅完成了事情的一半。另一個任務(wù)是，使用戶（即沖壓機用戶）接受基于以太網(wǎng)的控制技術(shù)。 Schuler 的控制專家非常樂觀：“在我們集團內(nèi)部，Beckhoff 的控制系統(tǒng)首先用于 ProfiLine 系列。 因為我們已經(jīng)將這種解決方案選定為我們的標(biāo)準(zhǔn)平臺，不必做很多面向用戶需求的定制工作。對于用戶而言，該方案具有價格優(yōu)勢。” 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。因此我們在汽車領(lǐng)域中，面向歐洲和亞洲市場時使用西門子設(shè)備，面向美國市場時則使用 Rockwell 設(shè)備。 不過 Peters 先生說，新的控制技術(shù)在汽車領(lǐng)域的機會也不差：“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)的控制方案相比價格更加合理。”作為一個金屬沖壓行業(yè)的系統(tǒng)供貨商，Schuler 的目標(biāo)很明確，這就是使集團內(nèi)各個公司都采用標(biāo)準(zhǔn)的控制技術(shù)。去年已經(jīng)成功的實現(xiàn)了在運動控制方面的應(yīng)用，在主控制平臺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。 目前，Schuler 公司開發(fā)的 PLC 和運動控制功能塊在集團內(nèi)得到了不斷的推廣。與此同時，用于液壓控制技術(shù)的控制庫也正在準(zhǔn)備之中。實際上這意味著，將來 Schuler 公司的機械式橫梁傳輸沖壓機的緩沖墊也將基于那些在 Schuler SMG 或 Schuler Hydrap 的液壓機上使用的功能塊。 Schuler AG www.schulergroup.com