TAR Automation 公司專(zhuān)注于高品質(zhì)自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)，通過(guò)集成創(chuàng )新的控制解決方案為制造企業(yè)提供支持。除了設計和實(shí)施新的系統以及對生產(chǎn)機器進(jìn)行自動(dòng)化改造之外，TAR 公司還開(kāi)發(fā)運動(dòng)控制和狀態(tài)監測領(lǐng)域的系統解決方案。該公司總部位于德國丁斯拉肯，最近正在以倍福的集成式自動(dòng)化解決方案為依托開(kāi)發(fā)一套高效的生產(chǎn)設備狀態(tài)監測系統（CMS）。

TAR 9964 狀態(tài)監測系統基于裝有 TwinCAT 3 軟件的 CX5140 嵌入式控制器、TwinCAT 狀態(tài)監測軟件庫和 EtherCAT 端子模塊構成的控制平臺

“在我們公司成立初期，我們幾乎使用的都是傳統的 PLC 和 SCADA 產(chǎn)品?，F在，我們越來(lái)越多地采用倍?；?PC 的自動(dòng)化解決方案?！盩AR Automation 公司總經(jīng)理 Alfred Rachner 解釋道?！岸喙δ艿?TwinCAT 3 自動(dòng)化平臺為我們的工程師創(chuàng )建軟件組件提供了一個(gè)高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境。它采用的是模塊化結構，但盡管如此還是集成式的?？删_滿(mǎn)足各種性能需求的嵌入式控制器系列為實(shí)現手頭上的任何任務(wù)提供了理想的硬件平臺?！?/p>

高度精確和可定制化：無(wú)縫集成狀態(tài)監測系統

“基于 PC 的控制解決方案讓我們能夠將許多新功能集成到自動(dòng)化技術(shù)中，而這在過(guò)去只能使用專(zhuān)用的‘黑盒子設備’實(shí)現。生產(chǎn)設備的狀態(tài)監測系統就是一個(gè)很好的例子?！盇lfred Rachner 說(shuō)道。傳統的 CMS 通常作為獨立的子系統安裝在整個(gè)系統內，它由專(zhuān)為數據采樣和分析用的專(zhuān)用硬件構成，有一定數量的通道和定義的功能。這使得這類(lèi)獨立解決方案非常不靈活：用戶(hù)無(wú)法響應不斷變化的需求，狀態(tài)監測功能變得難以整合，而且非常昂貴。

提升靈活性并降低成本的需求都推動(dòng)了 TAR 工程團隊在裝有 TwinCAT 3 軟件的 CX5140 嵌入式控制器、TwinCAT 狀態(tài)監測軟件庫和 EtherCAT 端子模塊構成的控制平臺基礎上開(kāi)發(fā) TAR 9964 狀態(tài)監測系統。狀態(tài)監測端子模塊 EL3632 用于連接 IEPE 加速度傳感器。集成式配置具有很多優(yōu)點(diǎn)：

– 系統可自由編程，從而可以隨時(shí)添加新的功能

– 除了溫度測量或數字量 I/O 之外，可以使用各種 EtherCAT 端子模塊 I/O 隨時(shí)對振動(dòng)和模擬量通道進(jìn)行翻新改造

– EtherCAT，作為一個(gè)具有高精度時(shí)鐘的高帶寬實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )，用于同步，以及超采樣技術(shù)使得 100 kHz 的采樣率可以用于模擬量信號，50 kHz 的采樣率用于加速度值

– 狀態(tài)監測端子模塊 EL3632 用于連接 IEPE 傳感器（加速度，擴音器，等等），配備超采樣技術(shù)、可參數化并基于硬件的抗頻混濾波器、數字量濾波器和偏移量補償

– 基本分析算法可以集成為一個(gè) PLC 軟件庫，能夠隨時(shí)修改或擴展功能

– 集成到客戶(hù)的系統中非常簡(jiǎn)單 — 所有常用接口，包括 PROFIBUS、PROFINET、EtherNet/IP、CANopen 和 Ethernet，提供的一個(gè)功能

不只是狀態(tài)監測：制粒機的過(guò)程優(yōu)化

作為一個(gè)真實(shí)的例子，TAR 9964 狀態(tài)監測系統可以實(shí)現用于諸如 PCB、制冷裝置、洗衣機、各種塑料或輪胎中使用的部件等可回收材料的破碎機的監控和工藝優(yōu)化。制粒機有一個(gè)用于切刀軸的 400 kW 的驅動(dòng)器和一個(gè)用于推動(dòng)裝置和定子調整的 12 kW 的液壓裝置。切刀軸配備有加速度傳感器，傳感器數據通過(guò) EL3632 記錄。首先，TwinCAT 狀態(tài)監測軟件庫中的軟件功能塊采集和捆綁超高速任務(wù)中的數據。在一個(gè)或多個(gè)后續任務(wù)中，各種分析功能塊用于額外操作，如傅立葉分析、限值監測、求平均值和分類(lèi)。狀態(tài)監測軟件庫也確保采集和分析任務(wù)的正確時(shí)間關(guān)聯(lián)性。

集成式狀態(tài)監測系統可以給破碎系統運營(yíng)商帶來(lái)實(shí)實(shí)在在的好處：

– 軸承監測：過(guò)去，軸承通過(guò)溫度測量監控，因此當檢測到有軸承即將損壞時(shí)就已經(jīng)太晚了

– 振動(dòng)、限值和趨勢分析：在代價(jià)高昂的損壞實(shí)際發(fā)生前檢測潛在的軸承損壞

– 過(guò)量潤滑檢測：最小化潤滑浪費

– 優(yōu)化系統運行：如果工作區未正確關(guān)閉，材料就會(huì )在切刀軸上“跳舞”且不能正確破碎。由此產(chǎn)生的振動(dòng)現在可以被測量，并通過(guò)施加壓力的方式校正進(jìn)給

– 全自動(dòng) V 形皮帶張力檢測：全自動(dòng)檢測和調整松弛的 V 形皮帶

– 檢測已經(jīng)鈍掉的切刀：過(guò)去，工廠(chǎng)“通過(guò)耳朵”檢查，要求工作人員實(shí)際去聽(tīng)設備的變化，并在需要時(shí)手動(dòng)將切刀磨鋒利。狀態(tài)監測系統為檢測已經(jīng)鈍掉的切刀提供可靠的測量讀數，并自動(dòng)將切刀磨鋒利

– 集成入機器控制系統中：過(guò)去，物料進(jìn)給都是手動(dòng)控制的。以前曾想要用光學(xué)測量系統控制進(jìn)給的嘗試均宣告失敗，因為待破碎的材料的大小和形態(tài)差異較大?，F在，使用狀態(tài)監測系統的振動(dòng)分析功能能夠可靠地檢測造粒機何時(shí)是空的，并自動(dòng)提供新的材料。機器的可持續利用使得生產(chǎn)效率提高了 50%

系統集成商的新潛能

“對于 TAR 公司來(lái)說(shuō)，將狀態(tài)監測系統集成到自動(dòng)化和控制系統中也開(kāi)辟了新的機遇和銷(xiāo)售潛力?！?Alfred Rachner 指出?！癟winCAT 對我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)理想的集成式平臺：從簡(jiǎn)單的控制任務(wù)到運動(dòng)控制、CNC 應用、狀態(tài)監測和安全技術(shù) — 我們可以使用同一個(gè)系統解決任何任務(wù)。這樣就無(wú)需花費成本讓程序員進(jìn)行有關(guān)不同平臺的培訓，我們只需要在我們的部門(mén)中安裝和維護一個(gè)工程系統就夠了。同樣也可以減少在我們的客戶(hù)現場(chǎng)進(jìn)行的維護工作量?！?/p>

倍福萊茵-魯爾區銷(xiāo)售辦事處經(jīng)理 Ralf Stachelhaus 與 TAR Automation 公司總經(jīng)理 Alfred Rachner（從左至右）

 “除此之外，TwinCAT 支持諸如 PROFIBUS、PROFINET、EtherNet/IP 和 CANopen 等所有常用的現場(chǎng)總線(xiàn)接口，因此我們能夠將我們的解決方案輕松地集成到我們客戶(hù)使用的控制環(huán)境中 — 例如，當談及現有系統的現代化改造時(shí)。前方最有效的路是基于 TwinCAT 的全集成 PLC/NC/CMS 解決方案，雖然這明顯只能對新系統可行?！?/p>

工業(yè) 4.0：針對垂直和水平聯(lián)網(wǎng)的通訊標準

各種嵌入式控制器在性能和 I/O 配置方面都可以擴展，同時(shí)提供各種聯(lián)網(wǎng)選項。在實(shí)施控制架構時(shí)非常自由，因此可以為現有任務(wù)優(yōu)化解決方案?！盁o(wú)論我們是處理一個(gè)小型、獨立的解決方案，還是聯(lián)網(wǎng)分布式、智能控制器或一個(gè)高性能的中央解決方案 — 一切都是可能的?！盩AR 總經(jīng)理總結道?！霸偌由现С?OPC UA 用作垂直聯(lián)網(wǎng)的通用標準，它也可以集成到 ERP 系統中，無(wú)論是在一個(gè)領(lǐng)域內還是跨領(lǐng)域?！?/p>

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借助 TwinCAT 和 EtherCAT 實(shí)現狀態(tài)監測

EtherCAT 的使用不再需要子系統

過(guò)去，使用現場(chǎng)總線(xiàn)系統是不可能實(shí)現 100 kHz 的采樣率的。有了 EtherCAT，一切都變得不一樣了 — 通過(guò)全雙工、高速以太網(wǎng)和幾微秒的總線(xiàn)周期，其功能原理使得可用的數據速率遠遠超過(guò) 90%。直接將測量數據緩存在 EtherCAT 從站中的超采樣技術(shù)能夠將采樣率提高到遠遠超過(guò)實(shí)際的總線(xiàn)周期。EtherCAT 從站中的分布式時(shí)鐘確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的時(shí)間同步數據采樣。抖動(dòng)明顯小于 1 微秒，有時(shí)甚至小于 100 納秒。這樣可以將各種功能集成到控制系統中，這在過(guò)去只能使用分布式智能子系統實(shí)現，以滿(mǎn)足速度要求?，F在，EtherCAT 可以非?？焖俚貙y量數據傳輸給控制系統。

通過(guò) EtherCAT 實(shí)現高精度測量技術(shù)

倍福利用 EtherCAT 功能不斷開(kāi)發(fā)新的測量 I/O。端子模塊已經(jīng)可以提供用于溫度測量、負載單元分析、電流和電壓記錄、振動(dòng)監測和各種模擬量信號，如 +/-10 V 或 0…20 mA。

狀態(tài)監測系統無(wú)縫集成入控制系統中

除了 EtherCAT 和高精度測量端子模塊，基于 PC 的控制技術(shù)在性能上的不斷提升也是能夠直接（而不是通過(guò)子系統）操作狀態(tài)監測系統的關(guān)鍵因素。高性能設備中（如嵌入式控制器 CX2040）使用的是時(shí)鐘頻率為 2.1 Ghz 的 Intel? Core? i7 四核處理器。即使對于復雜的控制任務(wù)，這意味著(zhù)有有足夠的性能儲備可用于分析測量數據。

TwinCAT 3 優(yōu)化數據處理

TwinCAT 3 自動(dòng)化軟件讓用戶(hù)能夠將各個(gè)程序任務(wù)分配給單獨的 CPU 核。例如，若要使用計算密集型算法來(lái)分析測量數據，可以定義一個(gè)專(zhuān)門(mén)的分析任務(wù)并在一個(gè)單獨的處理器核中執行。此外，TwinCAT 3 為 PLC 程序員提供了一個(gè)狀態(tài)監測軟件庫來(lái)處理測量數據。它被設計為一個(gè)軟件套件，讓用戶(hù)能夠根據具體的應用和知識水平在基本數學(xué)算法或用戶(hù)專(zhuān)用的模塊中選擇。分析、統計和分類(lèi)領(lǐng)域的基本算法示例包括用于快速傅里葉變換、包絡(luò )、峰度、波峰因數、真有效值和限值監測的功能塊。用戶(hù)擁有一個(gè)全面的基本算法來(lái)開(kāi)發(fā)自己的分析例程。

用戶(hù)模塊用作另一個(gè)走向應用的步驟。例如，這些模塊包括基本算法并封裝了監測輥子軸承所需的算法。這樣，用戶(hù)可以給模塊配置各個(gè)軸承幾何數據和示教限值，而無(wú)需在內部進(jìn)行的詳細的計算知識。

狀態(tài)監測系統安裝在一個(gè)緊湊的端子盒中，已經(jīng)可以投入使用。

IMI Sensors 公司的壓電傳感器

TAR Automation 公司使用的振動(dòng)傳感器基于 ICPR 技術(shù)，具有將測量信號當作具有低源電阻的電壓值不受干擾地傳輸的顯著(zhù)優(yōu)勢。這樣可以最大限度地減少相鄰設備的電氣和電磁干擾。在幾乎任何情況下都可以方便地使用不同版本和類(lèi)型的傳感器，包括高溫應用或工業(yè)防爆危險區。