概述:在一个示范项目中，Schuler公司率先在其新一代Profiline冲压机中使用了EtherCAT。在此项目中，基于以太网的现场总线系统被用于实现系统外设和基于PC的控制系统之间的通讯。
总部位于德国Plüderha usen的Schuler Hydrap是Schuler集团专门从事Profiline液压冲压机的一个分公司，其用户主要集中在德国国内的电器制造商和汽车工业的制造商。一年半之前，当开发160至1600吨的新一代冲压机提到议事日程上时，Schuler决定重新考虑他们的控制技术。
以前，Schuler Hydrap使用传统的PLC(如SimaticS7)及多种特殊硬件，通过Profibus来控制液压系统。但是，由于液压控制是冲压机的核心部件之一，制造商不愿意将它公之于众。据Schuler公司控制与驱动技术开发部集团代表Clement Peters先生说，Schuler非常希望能摆脱这些特殊的解决方案。“如果液压控制模块的制造商用黑匣子的方式提供他们的know-how，对我们没有任何好处。”
随着高性能的基于PC的控制技术的发展，Schuler想直接将液压控制集成到软PLC中，换句话说，其目的是以PLC软件的形式提供控制技术和诀窍，以便将来可以对该控制器直接施加影响。作此决定的另一个出发点是想采用一个统一的基于IEC的控制理念，该控制理念应可满足Schuler集团所有的控制需求，并且有可能使自己不必依赖于某个硬件平台。Peters先生说:“一个具备绝对寻址而无本地数据管理的系统不可能适应这一要求。”
经过全面的市场考察后，Schuler最终选定了来自Beckhoff的TwinCAT自动化软件作为他们用于Profiline设备系列的首选系统。这样，PLC、液压和驱动任务可以在一个平台上实现。另外，该解决方案允许所有的设备和工具参数通过Schuler的“内部基本监视系统”在用于控制的PC机上同时实现可视化操作。Ralf Sohr先生，Schuler Hydrap电气系统的首席设计师，对新的控制解决方案回顾时说:“将液压控制技术集成到软PLC中本身已使我们提高了处理能力，同时也提高了产品质量”。
但是，该过程接口–即总线系统–仍然是一个棘手的问题。Clement Peters解释其原因时说:“在控制方面，可通过TwinCAT软件中相应的NC任务映射高品质的运动控制，例如，我们使用的循环时间为1到2个毫秒。能把集成平台(即TwinCAT)用于液压系统的基本先决条件是有一个能满足液压控制技术需求的总线系统，这意味该系统完成快速记录、处理和输出模拟信号以及运动路径寄存所需要的时间必须大大小于1毫秒。”
使用以前的技术，即传统的PLC加专用液压控制器模块以及Probibus作为其总线系统，Schuler不可能使他们的冲压机的循环周期达到小于5毫秒。Ralf Sohr先生说，这是由于其通讯系统所耗费的时间相对较长所致。这种情况在采用PC技术后大为改观，因为PC处理器有足够的能力达到所需要的循环周期。不过Ralf Sohr先生说，该解决方案并不是完美无缺的:“只要Profibus仍被用作通讯介质，TwinCAT系统仅仅占用了整个循环时间的大约10%，在剩下的90%时间里，控制器不得不等待Profibus的通讯操作。因此该系统的吞吐量仍然十分有限，这对今后的开发和功能扩展尤其不利。现在我们采用EtherCAT，才有了一个能开通TwinCAT全部能力的通讯系统，因此进入了一个新的境界。”
费用大大减少，速度大幅提高
2003年汉诺威博览会之后形势有了基本的改观，此时Beckhoff已经推出了他们基于以太网的EtherCAT理念。由于有了这种新的总线系统的选择，Schuler决定将EtherCAT集成到Profiline压机的控制方案中，并把它作为一个示范项目。Ralf Sohr评论道:“EtherCAT的速度和它的低消耗为提高速度创造了很好的条件。这意味着该系统允许我们对目前Schuler集团的所有机型都实现快速驱动和液压控制。另一个关键因素是，由于EtherCAT的卓越性能，我们还有足够的潜力解决将来复杂的控制任务而不会有速度问题。”
但是，EtherCAT的性能数据本身还不足以促使Schuler作出这一决定。Ralf Sohr先生说，选择EtherCAT的一个关键理由是，“我们可以把设备上的组件以相同的品质映射到已有的总线系统中。”首席设计师进一步解释说:“在实施阶段我们认识到，以太网和Profibus解决方案在价格上也存在差别。Profibus主站卡的列表价格在400到500欧元之间。而以太网卡，要么已经安装在PC中，要么只需花50到60欧元即可买到。对于从站来说，其价格比率大约为1:3，显然对以太网方案有利。”
EtherCAT虽然有技术和价格的优势，但Ralf Sohr清楚地看到改进以态网连接技术的必要性。例如，RJ45连接插头的工业适应性与根本不需要屏蔽的总线系统相比相距甚远，并且总线系统只需一个简单的工具(如螺丝刀)即可连接。在这方面制造商仍然还有很多工作要做。
下一步行动
在Schuler把EtherCAT的应用重点放在液压设备的同时，Clement Peters已经在计划将以太网通讯扩展到其它领域:“一个有潜力的应用领域是把多台压机链接起来，相互通讯。EtherCAT应该允许我们为整个系统指定一个中央主站设定点，并把它作为使各个子系统(如电变送器、传送带供料装置、卸料和堆放设备)达到同步的基础。这意味着我们可以消除系统之间的相互等待，由此可以提高工厂的生产能力。”
由于Profiline控制方案目前除EtherCAT以外仍然需要使用其它的总线系统，Schuler的目标是用以态网成功地替代这些系统。原因很清楚:不同的组件、不同的总线系统意味着需要不同的项目设计，不同的配置和调试安装。但是，按照Clement Peters的说法，把以太网作为标准控制技术的唯一通讯系统的基本前提是，“我们的核心供应商们应给我们提供与EtherCAT兼容的组件”。目前的状况是，Schuler的驱动设备供应商还没有集成EtherCAT接口。由于这个原因，驱动轴和TwinCAT之间的连接仍然由Sercos接口来实现。当冲压机的安全控制器与TwinCAT控制器偶合时，情况也是如此。因此，在这里还需要Profibus接口。这些缺点也正是Schuler为何要加入最近由Beckhoff创立的EtherCAT技术集团(ETG)的原因之一。Peters先生说:“通过ETG，我们希望它能对我们的供应商起到某种宣传推广作用，促使他们支持EtherCAT。”
图中的曲线表示冲压头(蓝色)和缓冲垫(红色)的位置，以及缓冲垫的力矩(黄色)和速度(粉色)。缓冲垫的力矩设置值(绿色)和实际值(黄色)的比较图显示了TwinCAT PC上的软件控制器的极高的控制质量，而它正是得益于EtherCAT系统的高性能。
目标:整个集团贯穿相同的方案
由组件供应商提供支持仅仅完成了事情的一半。另一个任务是，使用户(即冲压机用户)接受基于以太网的控制技术。Schuler的控制专家非常乐观:“在我们集团内部，Beckhoff的控制系统首先用于ProfiLine系列。因为我们已经将这种解决方案选定为我们的标准平台，不必做很多面向用户需求的定制工作。对于用户而言，该方案具有价格优势。”
然而，Peters先生承认，在汽车行业必须满足制造商们非常严格的规范和条例，因而采用新方案的难度较大。因此我们在汽车领域中，面向欧洲和亚洲市场时使用西门子设备，面向美国市场时则使用Rockwell设备。
不过Peters先生说，新的控制技术在汽车领域的机会也不差:“在TwinCAT中组合EtherCAT技术，我们可以向人们展示我们有能力生产具有高技术水准的系统，而且与传统的控制方案相比价格更加合理。”作为一个金属冲压行业的系统供货商，Schuler的目标很明确，这就是使集团内各个公司都采用标准的控制技术。去年已经成功的实现了在运动控制方面的应用，在主控制平台采用了通用的编程指南、统一的组件和通用的可视化方案，即所谓“Schuler的基本可视系统”。Schuler集团的设备和系统那种统一的“外观和感觉”就是这样在系统操作人员(指Schuler的用户)的心目中建立起来。
目前，Schuler公司开发的PLC和运动控制功能块在集团内得到了不断的推广。与此同时，用于液压控制技术的控制库也正在准备之中。实际上这意味着，将来Schuler公司的机械式横梁传输冲压机的缓冲垫也将基于那些在Schuler SMG或Schuler Hydrap的液压机上使用的功能块。
本文关键字：暂无联系方式PLC入门，plc技术 - PLC入门
上一篇：千兆网线制作要点
