高速高精度：基于 PC 的控制技术助力实现冲孔和冲裁

基于 PC 的控制技术助力提高金属加工生产效率

随着产品多样性需求的日趋增加、批量大小的不断变化以及全球性激烈竞争带来的成本压力持续增大，金属加工系统必须具有最佳的生产效率、灵活性以及精度。而倍福基于 PC 的控制技术在这一方面可以为金属加工领域的企业提供决定性竞争优势：具有高可扩展性和灵活性的高性能、高精度解决方案。采用倍福自动化套件，用户可以针对金属板材加工中最多样化的应用和要求（从冲压到切割和焊接，从冲孔和冲裁到折弯）定制配置控制解决方案：配备工业主板的高性能 PC、各种多点触控面板、高速 I/O 组件、EtherCAT 超高速 开放式现场总线系统、多样化高动态伺服驱动技术及 TwinCAT 开发和控制软件结合在一 起，构成一个适用于顺序控制、可视化、运动控制、机器人技术、安全及测量技术以 及状态监测的集成式平台。倍福将传统的自动化功能从硬件中抽取出来，并将这些功能转化为软件模块，在工业 PC 上运行。无论从硬件角度还是从工程角度来看，这样做都可以显著减少通讯工作量，缩短响应时间，降低系统成本。

此外，符合行业标准的开放式控制架构在硬件和软件方面具有广泛的接口，灵活度高，让设备制造商能够集成包括第三方设备在内的各种不同设备，从而简单且经济高效地满足客户要求。对通用现场总线系统和软件协议的支持可以确保横向和纵向通讯的整合：从单台机器设备的联网到 IT 层和云端。TwinCAT Analytics 数据分析软件工具还可以提高设备的生产效率：全面的状态监测功能能够实现预测性维护，并大幅缩短代价高昂的停机时间。

EtherCAT 高速现场总线：针对金属加工行业的全球标准

EtherCAT 技术由倍福于 2003 年推出，并作为自动化技术的开放式标准提供。EtherCAT 具有性能出色、网络拓扑结构灵活、诊断功能多样和系统配置简单等特点，是金属板材加工设备的理想选择，也是应用范围最广泛的标准之一。倍福可以提供大量基于 EtherCAT 的 I/O 和驱动模块。此外，市场上还有大量支持 EtherCAT 技术的第三方传感器和执行器，保证了较高的投资安全性。

倍福高速、高精度的 XFC 极速控制技术基于 EtherCAT 通讯网络和专门优化过的 XFC I/O 模块，可以高精度地接收信号和/或触发动作。XFC 技术可以实现小于 100 μs 的 I/O 响应时间，系统以每秒 10,000 次的速率扫描机器的状态，这样，可以以非常高的精度和重复精度控制整个工艺过程。这样可以提高金属板材加工设备的生产效率，减少资源的消耗和浪费。

倍福专为高性能设备和高度复杂的应用推出了 EtherCAT G。EtherCAT G 基于成功的 EtherCAT 技术运行原理，同时将数据速率提升到 1 Gbit/s 和 10 Gbit/s。因此，可以将 EtherCAT 当前使用的 100 Mbit/s 的传输速率提高 10 倍或 100 倍。这两个性能上的提升都可被视为倍福 EtherCAT 技术的系统兼容性补充，为人们所熟知的“on-the-fly”功能原理保持不变。

大幅提升生产效率：XFC 助力提升工件品质

冲孔是一个高度动态过程，每分钟超过 2000 次的冲孔速度是很常见的事。在这种高速度下，需要一个高性能控制平台和极快的通讯速度，以便在微米级范围内对机构进行调整。特别是对于高速冲压机，可以补偿高离心力产生的动态效应。TwinCAT 自动化软件和 EtherCAT 高速通讯系统是实现这一目标的基本功能模块。在较低毫秒级甚至亚毫秒级范围内的周期时间允许“优先”快速反应和响应时间。然而，这些时间不能完全被消除。XFC 技术的分布式时钟（DC）功能可以帮助实现这一点：XFC 技术可以将设备的系统响应时间精确到纳秒。所有来自现场的信号和控制器内的计算都以此时间为基准。因此，由于有统一的时基，可以同时分析多个传感器。

XFC 技术的超采样功能也可用于改进工艺。尽管设定的 PLC 周期时间已经很短，但只要涉及到从设备上采集或输出更高分辨率的信号，就可以使用这项技术。技术诀窍：在一个 EtherCAT 循环中，一次冲程最多可传输 100 个等距离时间的信号值；信号的时间分辨率也按照这个系数适当增加。而相应显著降低的离散损耗可以提高驱动器的定位精度或工件的检测精度。

单电缆技术可大幅降低电缆和安装成本，并节省控制柜内的空间

倍福可以为完整的生产线系统和模块化设备方案提供针对现场级的卓越的单电缆解决方案 — EtherCAT P。EtherCAT P 将高速通讯以及系统和外设电压集成在一根标准电缆中。此外，EtherCAT P 能够通过设备直接供电。EtherCAT P 保留了 EtherCAT 技术的所有优点，包括网络拓扑结构的自由选择、高速度、高带宽利用率、动态处理报文、高精度同步和范围宽泛的诊断功能，等等。这使得 EtherCAT P 成为金属板材加工中传感器、执行器和测量技术的理想总线系统。在单电缆自动化系统中，本地端子盒和各个机器模块都通过一根电缆实现控制数据传输及供电。因此，无需再使用过去所用的大型控制柜，从而可以显著减少设备体积。

通过 EtherCAT P 可以更轻松、更灵活地实施模块化设备和系统设计，同时大幅减少安装和调试工作量。材料成本显著降低，设备安装工作量和安装时间也显著缩短，因此安装时的出错可能性也大大降低。由于无需使用单独的电源，传感器和执行器的体积变得更小，拖缆、控制柜以及设备自身所需的空间也相应减小。换句话说，EtherCAT P 能够同时提高性能和降低连接成本。单电缆自动化显著简化了机械设计方面的系统布线工作，因为组件、端子盒及设备模块只需一根电缆即可连接。

MX-System 助力实现无控制柜自动化解决方案

MX-System 在设备和系统工程领域首次实现了无控制柜自动化解决方案。由模块化组件构成的底板和功能模块打造出完整的系统，它拥有控制柜具备的所有功能：供电、熔断器保护和配电、辅助电压的生成和监测、带输入输出的控制系统、电机和执行机构的控制以及现场设备连接层。MX-System 通过可自由选择的工业 PC、耦合器、I/O、运动控制、继电器和系统模块集成所有设备功能，这些模块可以根据具体应用进行配置和组合。

模块整体遵循设计一致性原则，符合各项国际标准，极大地减少了规划、装配、设备安装及维护工作。由于 MX-System 实现同样的需求所需的组件比传统控制柜的制造要少得多，因此在结构上比之前的解决方案更加紧凑， 不仅能够减少系统占地面积，同时还能提升系统利用率和灵活性。在控制系统生命周期的每个阶段，MX-System 相对传统控制柜都具有显著优势。

MX-System 可为金属加工行业带来的主要优势包括：

• 减小厂房占地面积
• 降低复杂性，提升可靠性
• 可通过诊断 APP 轻松进行诊断和维护
• 防护等级高达 IP67，可与水刀切割系统配套使用
• 可整合到金属加工设备的机械设计中
• 模块可由非专业人员更换

TwinSAFE：开放且可扩展的安全技术

倍福通过 TwinSAFE 通用安全解决方案将安全功能集成到标准控制平台中：从 PLC 到 I/O 再到驱动技术。所有安全功能，如急停、安全门监控、双手操作、安全地垫分析和静音、安全定位和安全限速等功能可以在集成式 TwinCAT 工程平台上编程和配置。通过 TwinSAFE I/O 模块，安全技术可以无缝集成到整个 I/O 系统中，安全信号可以根据需要与标准信号混合。

典型的安全功能可以根据具体的安全需求在标准安全功能块基础上在例如 TwinSAFE 逻辑端子模块 EL6910 或紧凑型安全控制器 EK1960 上编程和配置。所有倍福安全控制器都可用于达到安全等级 SIL 3 级的应用场合（符合 IEC 61508 标准或性能等级为 ISO 13849-1）。安全控制器支持复杂的安全模拟分析，例如，对于工艺参数的安全限值，如压力、温度和变频驱动器的速度。借助 TwinSAFE SC 技术，可以利用标准信号实现任何网络或现场总线中的安全任务。我们可为此提供相应的 EtherCAT 端子模块，通过 EtherCAT 采集和安全传输这些信号。

大型联网设备对所有参与方都提出了很大的挑战，特别是在安全技术方面。许多联网设备都设有自己的安全区，分散在大面积生产区域的各个地方，使后续的扩展和翻新改造任务异常艰巨。通过 TwinSAFE，用户可根据具体需要部署完全或部分分布式安全解决方案。在必要时，用户可以很轻松地为每台设备或每个装置配备自己的安全逻辑。

TwinCAT：涵盖所有功能的统一控制平台

TwinCAT 自动化软件由用于实时执行 PLC、HMI、NC、CNC 和机器人应用程序的 Runtime 系统构成，同时为编程、诊断和配置提供理想的开发环境。所有主要的 IEC 61131-3 编程语言都可用于实时应用程序。面向对象的 IEC61131-3 标准语言扩展能够能够很好地实现编程代码的模块化，将设备功能集成到软件中，从而改善结构，简化维护工作，提高软件的复用性和可扩展性。C/C++ 和 MATLAB^®/Simulink^® 模块可以通过现有的接口集成到 IEC 环境中，或在 TwinCAT 实时环境中独立运行。此外，开放的接口以及基于 Windows 操作系统使用新的技术标准开辟了更多的可能性，如集成到现有的可视化、控制和数据库系统中。TwinCAT 完全支持双核和多核控制技术。

针对行业特定应用的各种软件功能块和功能库可以帮助实现机床功能的高效开发和实施。

• TwinCAT Automation Interface 编程接口支持用户自动生成高级机床配置
• 大量针对运动控制应用的 TwinCAT 软件库和针对机器人运动学的增补软件的算法都经过优化，已经非常成熟，可以显著节省开发时间
• TwinCAT 液压定位软件库提供阀门和泵控制的轴或伺服泵所需的所有软件功能， 它使用标准化的 PLCopen 接口，可以减少开发工作量
• 完全集成到 TwinCAT 系统架构中的 TwinCAT Scope 软件示波器可以加速和改进调试和维修过程，从而有助于提高设备质量
• TwinCAT Vision 软件可以在统一的控制平台上直接处理图像，让用户能够在熟悉的环境中进行配置和编程，从而显著简化开发工作
• 基于软件的安全解决方案简化了复杂系统的布线工作；变量可以在软件中映射
• 基于浏览器的集成式 TwinCAT HMI 可视化解决方案可以方便地开发和维护可视化对象和用户界面。
• TwinCAT 与机器学习算法连接的接口允许在传统控制环境中使用 AI 方法，实现生产与工艺流程优化。

倍福驱动技术适用于所有应用

倍福驱动产品可以与 TwinCAT 自动化软件提供的运动控制解决方案结合使用，构成一套先进而又完整的驱动系统。它具有模块化性和高可扩展性，可以为所有应用领域以及满足每个性能要求提供最合适的解决方案：从结构超紧凑的伺服端子模块到用于中高性能的 AX8000 和 AX5000 系列 EtherCAT 伺服驱动器。AX 系列中集成的先进控制技术支持高速、高动态性定位操作。各种直线和旋转伺服电机都是完全根据伺服驱动器量身打造，可以满足高动态和精确的多轴定位要求。

AM8000 系列伺服电机的最大特点是采用了单电缆技术：它将动力和反馈系统组合在一根标准电机电缆中，以降低硬件和调试成本，从而能够设计出体积更小巧、功能更强大的机床。通过可选的多反馈卡可以连接更多的编码器信号（EnDAT 2.2）。EtherCAT 伺服端子模块价格经济、结构紧凑，非常适合用于实现小型控制任务。I/O 系统中可以提供最大 8 A 的解决方案，并能够连接防护等级为 IP 20 或 IP 67 的步进电机、伺服电机、直流电机和交流电机。

模块化设计理念可以大幅提高灵活性并节省空间

倍福最新推出的 AMP8000 分布式伺服驱动系统为实现模块化设备设计开辟了新天地，AMP8000 将伺服驱动器直接集成到伺服电机中，结构非常紧凑。由于功率电子元器件可以直接移放到设备上，因此控制柜内所需的空间可以减小到只要够装一个耦合模块即可，通过一个配电模块即可使用一根电缆为多个伺服驱动器供电，这意味着可以大幅节省材料和空间，降低成本，减少装配工作。具有高防护等级的供电模块甚至可以将整个系统直接迁移到设备上。由于组件数量较少，因此 AMP8000 系统的配置非常简单，只需要一根电缆即可将电源模块、配电模块和驱动相互连接在一起，系统运行时无需使用诸如电机电抗器、保护装置或过滤器等组件。所有接口和电源模块还配备了用于倍福 I/O 产品系列的 EtherCAT P 接口。这显著简化了与其它输入、编码器或锁存单元的连接工作。

高效电能管理

冲孔或冲裁过程中的能耗因工艺不同而有所差异同，但大体上都会非常高，也是导致成本增加的一大因素。因此，能效是可持续生产的重要组成部分。倍福可以提供各种优化性能和成本的软硬件产品，用于持续监测能耗情况，对新开发项目进行详细的能耗分析：

• TF3650 TwinCAT 3 电力监测软件库是一个 PLC 库，用于分析 EtherCAT 端子模块提供的原始电流和电压数据，同时为计算电流、电压和功率 RMS 值提供合适的功能块。

• EtherCAT 端子模块 EL3443 和 EL3453 可以直接测量 EtherCAT I/O 系统中主电源的所有相关电气数据，轻松实现设备能效的综合监测。

• EL3773 和 EL3783 电力监测端子模块设计用于监测三相交流或直流电网状态。

TwinCAT CNC：从入门级到高性能

TwinCAT NC Interpolation（NC I）是用于插补轨迹运动和机器人的 CNC 系统，取代了传统的轴模块。它可以直接连接 TwinCAT PLC 和 TwinCAT Motion 功能，在不同的加工设备上处理 NC 任务。针对各种机器人运动学的强大软件库进一步完善了用于各种运动控制任务的 TwinCAT NC I。TwinCAT NC I 借助 PC 技术的处理能力实现基于 Windows 的高性能轴控制。

同时，TwinCAT CNC 提供广泛的 CNC 功能，用作在标准 PC 硬件上运行的纯软件解决方案。TwinCAT CNC 涵盖了全部的常规 CNC 轨迹控制功能，包括用于复杂运动控制和运动学要求的高端系统。最多可以控制 128 根插补轴和 20 个通道以及各种坐标和运动转换。由于支持多核处理器和 64 位操作系统，TwinCAT 3 为高精度控制高速切割机或铣床开辟新的可能性。作为标配，基于 .NET 的 CNC 用户界面涵盖了诸如在线语言切换、设置功能、全局信息系统和用户管理等基本功能。用户可以根据具体应用需求快速、灵活地设置参数，并进行扩展。可扩展的倍福 CNC 解决方案能够满足所有性能等级要求：从集成有 I/O 接口的紧凑型嵌入式控制器到采用多核处理器的工业 PC。用户可以在可选功能和可扩展的硬件平台之间进行选择，以配置一个基于性能的高效、经济的 CNC 控制系统。

TwinCAT IoT 支持与云系统通讯

倍福开发的 TwinCAT IoT 软件库确保设备控制器及云服务之间的安全通讯。它支持 OPC UA、AMQP 及 MQTT 等标准化协议，用于与如 Microsoft Azure™、Amazon Web Services 等常用公有云系统以及公司内网的私有云系统通讯。内置安全机制可防止未经授权的访问造成数据滥用，进一步保护企业的知识产权。

TwinCAT Analytics 可以周期性地同时记录和同步分析过程数据。使用适当的分析工具，可以从存储的数据中得出所有所需的信息，优化设备的能效和工艺流程。事后分析、零星错误的诊断、质量损失的早期检测和生产瓶颈的检测有助于提高设备的可靠性和可用性。数据分析还可为制造商提供有关其设备运行性能的大量信息，可用于未来的设计和生产过程，从而降低成本并实现理想的设备布局。

TwinCAT 云端工程平台支持直接在云端实例化和使用已有的 TwinCAT 项目软件和 Runtime 产品。通过倍福网站可以轻松进行访问，注册用户可以在网站上创建 TwinCAT 云端工程平台的项目。控制软件与 TwinCAT 云端工程平台之间的连接可以通过安全传输通道实现。用户可以通过这种方式直接在云端访问 TwinCAT 架构，其优点是，可以实现多人协作同时跟进同一个项目。

控制面板和面板型 PC 成为设备的独特卖点

对于设备制造商来说，符合人体工程学的操作和极具识别度的外观对设备在市场上取得成功起着重要作用。除了设计和颜色，控制面板作为设备前端也起着非常重要的作用。因此，越来越多的机械工程客户希望有一个行业或客户专属的用户界面作为独特卖点。倍福可以为客户提供各种外观设计的标准控制面板和面板型 PC 解决方案。

在颜色和尺寸上与设备外观相匹配的面板设计凸显了其创新特点。在实现客户需求方面几乎没有任何限制：嵌入客户专属公司标志，配色方案与设备设计相匹配，以及在个性化设备设计的基础上定制完全个性化的面板。

倍福提供适合各种工艺的控制面板和面板型 PC，以满足工业领域对人体工程学操作的需求。标准面板可以根据具体应用需求定制设计，通过整合手动操作按钮和开关的方式提高设备操作舒适度。倍福凭借其在金属加工和金属成型领域对各个工艺步骤积累的深厚知识，在不花费大量开发工作和支出的情况下，基于准面板打造行业专用面板。

节省空间，安装灵活，坚固耐用

倍福的 C60xx 系列 工业 PC 系列（例如 C601x、C6025 和 C603x）可以满足金属加工行业对可靠性、性能可扩展性和低空间要求等所有需求。这款设备与其它产品一样，也是倍福自主研发生产的，包括主板、电源模块和整个外壳“坚固耐用”的设计。C60xx 系列性能强大，并且可在环境温度最高达 55 °C 的条件下工作。有空调控制柜的地方通常不会出现这样高的温度，但在这些空调区之外、靠近会产生大量热量的装置以及在在一些气候比较极端的国家，这样的高温会是一个极大的挑战。但在工业环境中，耐久性并不是唯一信条。工业 PC 借助诊断功能可为设备制造商和运营商提供有关设备运行状态的全面信息。用户可以通过简单的网络浏览器访问这些信息，然后直接在 PLC 中进行分析，并可根据需要在设备可视化系统中显示这些信息。这些数据还包括所使用的存储介质（SSD）的状态，例如，如果使用了两个存储介质，它可以在 RAID 模式下运行。如果在长时间运行后需要更换存储介质：尽管设备结构紧凑，但可确保维护方便、快捷。

工业 PC 电源电压的波动一直是一个很大挑战。这种情况可能有多方面的原因造成：最常见的原因之一是，工业企业内部的用电设备多，对电力的需求较大，因此可能会出现无法计算的峰值电流。无论原因是什么，后果都会比较严重，特别是在联动生产厂的情况下。设备中可能有成百上千个处于不同加工状态的工件，这些工件往往会分布在整个生产大厅中。如果一台工业 PC 在满负荷生产过程中因电压波动甚至电源电压完全失效而停止运行，重启设备会带来较大的时间和成本支出。而倍福的 C60xx 系列工业 PC 可以选择配备 CU81xx 系列 UPS 不间断电源。UPS 可以确保在电压大幅度下降时安全保存重要的控制和操作数据，并以可控的方式关闭工业 PC，这样可以快速重启设备，确保设备高可用性。