浙江大豐實(shí)業(yè)股份有限公司是國內領(lǐng)先的文體旅產(chǎn)業(yè)整體集成方案解決商。在杭州某國家級展覽館建設期間，大豐承攬了智能屏扇系統的開(kāi)發(fā)工作。從遠處看，青瓷屏扇就是一副中國古典山水畫(huà)。在多達 251 樘、每樘均重達數噸的青瓷屏扇的同步運動(dòng)中，倍?；?PC 和 EtherCAT 的控制技術(shù)確保了系統的穩定安全。

該展覽館的核心功能為保藏、展示、研究和交流，是一座集圖書(shū)館、博物館、美術(shù)館、檔案館等多種場(chǎng)館功能于一體的綜合性場(chǎng)館。其建筑隨山就勢，疏密有致。其中最奪人眼球的還是館內的藝術(shù)青瓷屏扇門(mén)，它巧妙地將展覽空間與外界相連，既能隨時(shí)優(yōu)雅地打開(kāi)，又能輕輕合上。每扇門(mén)既可以呈折扇式，也可以排成一面平鋪的屏風(fēng)，如同宋代的畫(huà)屏。經(jīng)過(guò)獨具匠心的策劃設計，整個(gè)藝術(shù)青瓷屏扇門(mén)宛若一幅“千里江山圖”，徐徐鋪展出一幅寬逾五十米的壯麗青綠山水長(cháng)卷，引人入勝。館內共精心布置了 251 樘青瓷屏扇，使用了約 7 萬(wàn)片純手工燒制的青瓷片。青瓷是該地區標志性的陶瓷藝術(shù)形式，以其獨特的青綠色釉面著(zhù)稱(chēng)，色澤溫潤如玉，是宋代（公元 960 年至 1279 年）這一文化最鼎盛時(shí)期極為流行的藝術(shù)品。這幅畫(huà)同樣也是這一時(shí)期的作品。倍?；?PC 的控制系統確保了如此高大沉重的青瓷屏扇的平穩開(kāi)合，在歷史文化與尖端的自動(dòng)化技術(shù)之間架起了一座視覺(jué)橋梁。

控制要求安全、平穩、精準

早在 2020 年，該展覽館就已經(jīng)進(jìn)入建設階段。但由于單樘青瓷屏扇最大規格為 2.1 米 x 10.4 米，厚度為 22 厘米，重達 4 噸，對控制技術(shù)的要求非常嚴苛，因此讓青瓷屏扇動(dòng)起來(lái)的方案推進(jìn)一度陷入了僵局。機械不僅要安全托起這些青瓷屏扇，還要保證它們在軌道上轉動(dòng)、平移過(guò)程中，不會(huì )因慣性震碎。

“裝備制造行業(yè)平時(shí)和鋼材打交道比較多，沒(méi)看過(guò)哪個(gè)項目要對付青瓷的！”大豐總工程師嚴華鋒感嘆。此外，瓷片排布的空間密度決定了機械誤差必須小。按照要求，當屏扇轉動(dòng)至同一平面時(shí)，它們相互之間的距離必須嚴格控制在 1 厘米以?xún)?。如果距離太寬，屏扇就會(huì )出現間隙，“千里江山圖”也會(huì )少了一份美感。

這套由大豐研發(fā)的青瓷屏扇智能機械系統集運動(dòng)控制、邏輯控制、安全監控、實(shí)時(shí)同步等技術(shù)于一身。系統嵌入了防晃動(dòng)、疊加拋物線(xiàn)式的加速算法等多種算法，能保證青瓷屏扇平穩地“行走”16 條運動(dòng)軌跡。據大豐介紹，設備的安全控制系統已達歐盟認證的最高標準 SIL3 等級?！拔覀冊谖幕b備領(lǐng)域已經(jīng)達到國際一流水平?！眹廊A鋒說(shuō)道。

強大的 PC 控制系統

該控制系統的核心是 CX2040 嵌入式控制器，它搭載 Intel? Core? i7 處理器，配備 4 GB 主內存和 Windows 10 操作系統。這一先進(jìn)的 PC 控制平臺，以其卓越的硬件計算性能，結合 TwinCAT 3 自動(dòng)化軟件的強大功能，為客戶(hù)提供了遵循 IEC 61131-3 標準的靈活開(kāi)發(fā)環(huán)境。結構化文本（ST）、功能塊圖（FBD）和梯形圖（LD）的混合編程，極大地便利了客戶(hù)算法程序、邏輯程序的開(kāi)發(fā)。此外，基于 PLCopen 規范的 TwinCAT 3 運動(dòng)控制庫快速實(shí)現了運動(dòng)控制功能的開(kāi)發(fā)。

搭載 Intel? Core? i7 四核處理器的 CX2040 嵌入式控制器為控制青瓷屏扇智能系統中的眾多伺服軸提供了強大的計算能力。

每樘青瓷屏按功能最多需要用 3 個(gè)軸，2 個(gè)軸控制平移，1 個(gè)軸控制旋轉。整個(gè)館內 251 樘青瓷扇使得每個(gè)控制器需要控制 100 多個(gè)軸同步。大豐使用 TwinCAT NC，通過(guò)復雜凸輪表的方式，給主軸位置指定一個(gè)相應的從動(dòng)位置，規劃了插補位置與速度，完美地達到了這些控制要求。采用 C# 高級語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的上位監控軟件，通過(guò) TwinCAT ADS 協(xié)議實(shí)現快速大數據量的數據交互。

EtherCAT 助力實(shí)現高精度伺服控制

EtherCAT 是迄今為止速度最快的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)之一，相比傳統現場(chǎng)總線(xiàn)，EtherCAT 的數據傳輸速率有了極大的提升。青瓷屏扇的運行精度因此實(shí)現了得到顯著(zhù)提升所有伺服軸使用分布式時(shí)鐘功能進(jìn)行控制，以同步系統中的所有節點(diǎn)，使得整個(gè)系統抖動(dòng)時(shí)間遠小于 1 μs?？刂泼块糖啻善列枰褂?套伺服，3 個(gè)伺服驅動(dòng)器通過(guò)一根網(wǎng)線(xiàn)接到 8 端口 EtherCAT 拓撲擴展模塊 CU1128 的其中一個(gè)端口上。此外，系統還采用了熱連接技術(shù)，因此在出現故障時(shí)，能夠輕松實(shí)現插拔與更換操作，全程無(wú)需中斷系統運行。

考慮設備運行的穩定性與可靠性，青瓷屏扇系統 采用了 TwinCAT 3 EtherCAT Redundancy（TF6220）冗余環(huán)網(wǎng)技術(shù)。EtherCAT 電纜冗余功能將設備整個(gè)形成一個(gè)大的閉環(huán)，環(huán)路中的任一節點(diǎn)出現物理故障或連接故障都不會(huì )影響系統中其他設備的正常工作，避免了瞬時(shí)電磁干擾對整個(gè)系統的沖擊，極大的降低了宕機的風(fēng)險。

搭載 Intel? Core? i7 四核處理器的 CX2040 嵌入式控制器為控制青瓷屏扇智能系統中的眾多伺服軸提供了強大的計算能力。

科技文化深入融合趨勢

青瓷屏扇可配合使用場(chǎng)景以任意角度自由開(kāi)合，在層疊變化中塑造深邃優(yōu)雅的視覺(jué)感受，同時(shí)它也是該展覽館的點(diǎn)睛之處，并具有極高的安全防護水平，保障每一位參觀(guān)者的安全。作為青瓷屏扇智能機械系統研發(fā)負責人，嚴華鋒認為此項目成功的關(guān)鍵在于科技與文化的深度融合：“外界一般認為舞臺機械是制造業(yè)。實(shí)際上，數字技術(shù)和文化創(chuàng )新賦能傳統制造業(yè)的趨勢已經(jīng)非常明顯！這次體現國家級智造水平的展覽館參建經(jīng)歷，必將是‘大豐’履歷上濃墨重彩的一筆?！?/p>