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                  2021 OEM
                  控制系統

                  貝加萊 — 走在科技的前沿,貝加萊創新技術解析

                    2021年05月14日  

                    在2020-2021年,作為自動化領域的技術領導者,貝加萊持續創新的產品與技術,也代表著自動化行業整體的快速發展。技術必然服務于產業需求,每一項貝加萊的產品與技術背后都是來自全球范圍的頂級的機械制造商、制造業的終端用戶的需求。

                    機器與產線自動化越來越多的從控制向計算發展,這就要求更高的控制器能力,這包括很多方面:

                    ●更為嚴苛的控制任務,微秒級的任務實現高精度控制,及時反饋并在線調整
                    ●更為復雜的計算需求,包括智能算法、圖像圖形、AR/VR等處理
                    ●通信能力,實時通信及與上位系統、數字化設計軟件的交互

                  全新控制器-增強處理能力與通信

                    傳統上,貝加萊控制器即支持智能算法設計、通信、運動控制等的集成,而為了增強智能制造、IIoT所面臨的更為復雜的任務需求,增強了多個方面的能力:

                    采用了Intel Apollo Lake新一代處理器,加強了數據計算與圖形處理能力;這樣,控制器就可以處理像視覺、復雜的浮點運算、圖像任務更容易一些。
                    支持OPC UA Pub/Sub機制,相對于傳統的Client/Server機制所需的反復握手機制來說,Pub/Sub更能節省帶寬資源,實現1對多的信息交互,可以實現高效的M2M信息傳輸。
                    OPC UA over TSN的總線控制器模塊:TSN提供了針對IIoT的應用數據傳輸能力,將大帶寬與低延時、低抖動的周期性數據在同一網絡傳輸,針對邊緣計算應用而言,提升了響應能力。

                  圖1-X20系列控制器新增超強控制器產品

                    圖1就是最新款采用Intel Atom Apollo Lake的X20系列PLC,并已集成TSN接口,是目前市面上較早發布的該通信標準的控制器。該款控制器可以實現更高的圖像處理與浮點計算任務,并可獲得大容量存儲能力。X20還有緊湊型CPU,也提供了更高的存儲容量。

                  圖2-采用Hypervisor的工業PC

                    Hypervisor技術-通過在多核Intel架構處理器上集成RTOS(實時操作系統)與GPOS(通用目的操作系統),將Windows/Linux的計算、圖像處理等能力與RTOS的實時任務得以融合,并能夠無縫構建一個邊緣智能架構。

                    這能為機器學習、邊緣計算、HMI顯示任務中,非常高效流暢的任務處理。

                    傳統上,機器視覺是一個獨立行業,往往與控制廠商分屬兩個不同的領域,盡管也有基于總線的連接,但是,畢竟在集成性、同步性上還是出現一些“縫隙”。

                    貝加萊,是做自動化的廠商,當越來越多的用戶提出視覺更多的要求,以及面臨的一些挑戰,貝加萊決定以自己自動化廠商的優勢來做視覺,這主要表現在如圖3所示的幾個方面顯著的不同:

                  圖3-集成機器視覺

                    ●網絡集成,在POWERLINK網絡下,視覺與運動控制可以達到100μS的同步性;
                    ●工具集成,Automation Studo下,PLC的邏輯、Motion,視覺可以在一個程序架構下無縫耦合;
                    ●系統集成,這個視覺光源、相機、鏡頭都是一體的。

                  圖4-帶有多種濾波器的鏡頭與相機集成

                    圖4所示貝加萊機器視覺增加可選的偏振光片、擴散濾光片,在鏡頭上增加了為高精度測量所需的背光準直膜技術,并提供了多種光源的對比照明、UV光可以捕捉視力范圍外的信息,凡此種種,都為更為完美的機器視覺場景而設計。

                    貝加萊一直走在工業通信的前沿,最早的控制器即集成CAN通信,并于2001年推出POWERLINK實時以太網。在工業物聯網IIoT、智能制造的發展中,通信網絡與規范是基礎的設施建設,為滿足異構系統的語義互操作,以及在多種需求的數據傳輸中的問題,貝加萊作為OPC UA over TSN的先鋒力量,與全球產業共同推進OPC UA與TSN標準的成熟,并集成于自身產品。

                  OPC UA Pub/Sub機制

                    OPC UA Pub/Sub機制為了解決M2M傳輸效率,通過訂閱/發布機制,它相較于C/S機制更高的分發效率,目前在貝加萊的Automation Studio中,已經可以對Pub/Sub機制進行配置并投入應用,如圖5架構中,由TSN交換機通過精準時鐘網絡為多方提供數據流的調度。

                  圖5-OPC UA TSN架構

                  TSN-讓通信融合

                    無論是在IEEE/IEC60802工作組,還是OPC基金會的FLC倡議中,貝加萊都是積極的TSN技術推進者,自2015年成立“整形器”工作組,到今天,貝加萊已經有可用的X20CP3687X控制器、TSN總線控制器、TSN的交換機產品,并可以通過第三方工具配置,在Automation Studio 4.9中,OPC UA Pub/Sub機制可以被配置,在之后的4.10版中,TSN也將可以被統一配置。

                  OPC UA over TSN-全新工業通信生態系統

                    之所以推進OPC UA over TSN,在于貝加萊洞察智能制造與工業物聯網的技術先機,積極參與并推進其快速發展,這包括幾個方面:

                  1、開放生態

                    傳統上,工業通信的標準通常會由廠商發起并主導,而對于OPC  UA其信息建模能力受到了工業領域各個廠商的支持,OPC UA基金會屬于中立組織。對于TSN,同樣由IEEE的標準工作組,繼承了已有在音視頻橋、汽車領域的網絡發展,并由來自不同的IT與自動化廠商共同發起并推動。

                    因此,OPC UA 與TSN的開放性生態更符合未來以集成為核心特征的智能制造和工業物聯網的需求,貝加萊將OPC UA over TSN融合并基于此開發通信產品與技術應用。

                  2、邊緣智能的必然需求

                    從技術上來說,要降低在整體的集成,如果沒有統一的互操作規范,那么,這個系統配置、診斷、交互所需的工程量也將是巨大的,相對于現場總線早期解決接線、查線的工程量,今天,軟件的工程量也是驚人的,因此,OPC UA扮演了一個降低工程量的作用,通過統一的語義規范和信息建模,OPC UA將了集成的成本。而TSN則將繼續發揮總線的“效率與精度”的優勢,如果邊緣智能能夠實現在異構數據、多業務流的高效調度,邊緣智能的優化結果可以快速的響應給控制系統,同樣能夠獲得效率的提升,尤其對于數字孿生系統、邊緣調度與策略類應用場景。

                  圖6-OPC UA over TSN架構連接工廠

                    貝加萊一直走在工業通信的前沿,最早的控制器即集成CAN通信,并于2001年推出POWERLINK實時以太網。在工業物聯網IIoT、智能制造的發展中,通信網絡與規范是基礎的設施建設,為滿足異構系統的語義互操作,以及在多種需求的數據傳輸中的問題,貝加萊作為OPC UA over TSN的先鋒力量,與全球產業共同推進OPC UA與TSN標準的成熟,并集成于自身產品。

                    工業物聯網實現從數據到信息、信息到工業知識、以及知識用于推理判斷與決策的過程,對貝加萊而言,工業智能不僅意味著提供如前所述OPC UA over TSN規范與標準支持,也包括更多:

                  行業信息模型集成

                    在信息集成中,除了語義規范,也包括信息建模,例如:為了讓包裝設備實現更好的協同、交互、統一操作,OMAC/PackML被納入了OPC UA規范的行業信息模型,也被貝加萊在mapp中予以封裝為可快速復用的應用模塊。在塑料工業,OPC UA垂直信息模型EUROMAP77/79/83/88。其它也包括在VDMA的機器人與自動化系統之間的規約,以及Umati信息模型集成。

                  圖7-貝加萊支持多種OPC UA伴隨協議

                  mapp賦能機器數據能力

                    當人們在討論如何利用IT架構改變傳統自動化架構,進而實現IIoT應用場景的時候,貝加萊已經為機器賦能,這些來自現場用戶的需求,在原有的系統上不增加任何額外的硬件成本,使得機器具有了邊緣任務處理,這些集成在PLC的模塊賦予機器數據能力。

                    mappOEE:讓機器為系統提供OEE計算所需的參數;
                    mappEnergy:將設備的能源消耗信息提供給上位系統;
                    mappAlarm:提供報警給上位管理系統;
                    mappTweet:提供移動信息發送,郵件與短信服務;
                    mappAudit:審計追蹤,用于制藥、食品行業的質量追溯,電子簽名認證系統;
                    mappSQL:利用標準SQL語句獲得對數據庫的處理和操作能力。
                    ……

                    也即,貝加萊不僅為IIoT提供了基礎的采集的I/O系統、以及將這些數據連接的OPC  UA over TSN能力,以及具體的數據內容-針對行業的信息模型,以及在邊緣側的計算能力。

                  圖8-IIoT關鍵在于實現數據的動態交互

                    IIoT并非僅僅在于連接,更為重要的是在于應用,對于貝加萊而言,傳統已經積累的工業APP確保了快速的控制任務開發。采用Hypervisor的工業PC將分布式計算與實時控制任務無縫集成,進而使得IT的計算任務與控制任務可以在同一個架構下得以實現。

                    自2018年SuperTrak和2019年ACOPOStrak的發布,貝加萊的柔性輸送系統已經在鋰電池、電子連接器、包裝后道、醫療器械、食品飲料等領域得到了廣泛的應用。

                  圖9-ACOPOStrak滿足靈活的生產需求

                    柔性電驅輸送系統對于個性化生產能力,非常適合于這些領域的多樣性產品生產,可以平衡標準化的低成本與個性化生產需求的交付能力之間的矛盾。

                  圖10-靈活的產線布局

                    在2021年1月28日,貝加萊發布了最新的ACOPOS 6D技術,它采用了更為先進的平面磁浮技術,使得其可以提供更為大的靈活性,以及更高的精度,并更靈活的生產組織模式,貝加萊將整個運動控制從傳統的1D(旋轉電機)延伸到2D(SuperTrak/ACOPOStrak),再到ACOPOS 6D的6D(X,Y,Z,X軸旋轉、Y軸旋轉、Z軸旋轉),使得運動控制延伸到更為靈活的空間。

                    ACOPOS 6D將磁懸浮技術的新高度,其提供更高的非接觸潔凈環境適應能力,以及更高的精度、更為靈活的生產組織和場景適應力,它針對3C、醫療器械組裝、鋰電池組裝以及制藥、日化等領域,對潔凈環境、靈活性、精度、效率都有很高要求的場景。

                  單電纜技術

                    對于現場用戶來說,如何降低接線、不僅關乎成本,還關乎工程時間、監測現場狀態,基于單電纜技術的ACOPOS P3與伺服電機可以同一根電纜中傳輸編碼器、動力電纜于一體。

                  圖11-單電纜ACOPOS P3伺服驅動系統

                  圖12-支持高達10萬轉的主軸驅動

                    最新的ACOPOS P3非常適用于極高速旋轉的軸,例如CNC銑床的主軸。它具有卓越的控制質量和極快的循環時間,現在可用于要求較高的金屬、石材、玻璃或木材加工等高速的機床應用,從而使這些機器的操作變得更精確、可靠。

                  圖13-ACOPOS P3支持穿墻安裝

                    同時,ACOPOS P3也提供了穿墻式安裝,在一些需要電柜封閉的場景中,提供更為穩定的生產能力。

                    過穿墻式冷卻,散熱片最多可將60%的散熱量排出控制柜。因而無需使用昂貴的控制柜冷卻,控制柜更緊湊。散熱片具有IP64防護等級,符合EN 60529和UL 50 Type 12標準。安裝在散熱片中的風扇具有IP54防護等級。

                    在傳統基于嵌入式的HMI/SCADA設計中,人們更強調功能的實現,而今天,用戶不僅要求功能,而且要更好的滿足簡單、美觀的操作設計。

                    基于Web技術的HMI設計滿足各種直觀控件設計,而且,可以提供豐富的交互功能,如一對多的信息多層次(操作員、維護工程師、開發工程師、工廠經理)的數據訪問,并可支持在多種終端上的訪問(iOS、Windows/Linux、Andriod),這使得HMI變得更為靈活、便利。

                    T80系列終端、C80系列控制器、Panel PC 1200均可以實現Web-Based HMI設計,mappVIEW可以被快速的開發。

                    mappVIEW不僅提供精美的HMI設計如動畫、視頻與音頻,它還能夠提供產線集成中的多個人機交互,它是由OPC UA提供了隔離層設計,使得OPC UA的SoA-面向服務架構得到發揮,多個終端訪問數據源均可,并且可定義各自所需的數據權限,如圖14所示。

                    mappVIEW設計的畫面可以被各種支持Javascript、HTML5的終端訪問,通過手機操作人員也可以訪問機器了,包括獲得報警信息。

                    移動自動化領域,貝加萊的X90系列以提供高抗震性、高防護等級(IP69K)、寬工作范圍(-40-85攝氏度)、放鹽霧腐蝕等基礎能力,并配置符合工程機械領域的接口規約、通信連接CAN及SAE J1939等能力,并且滿足機器、ISO針對農業、施工領域的安全通信規約。

                    在最新的X90系列中,全新的PC架構,將控制與計算任務結合,采用Intel Core i7處理器,能夠在本地實現復雜的計算、HMI呈現能力,并可做數據存儲,本地分析等基于Windows的任務。

                  圖15-X90的全新PC及HMI設計

                    全新的HMI-T50系列產品,專門為這樣的嚴苛場景應用而設計,在陽光直射下提供良好顯示,在高振動環境工作,表面IP65背面IP67防護等級,可以在-20~70攝氏度范圍工作,這非常適合于工程、建筑、農業這些在野外作業場景的設備,如圖15所示。

                  標簽:貝加萊  我要反饋
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