最近，測量技術專家 measX 公司為全球領先的電動工具制造商斯蒂爾公司（STIHL）開發(fā)了一款針對不同耐久性測試環(huán)境的靈活、通用的自動化解決方案。該解決方案能夠快速實施各種高質(zhì)量的測試計劃。倍福 TwinCAT 自動化軟件與 LabVIEW™ 之間的高效交互對該解決方案的成功起到了關鍵性的作用。
總部位于德國門興格拉德巴赫的 measX GmbH & Co. KG 自 1981 年以來就一直致力于為設計和定制各種測量、測試和評估系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在各個行業(yè)領域中都得到了非常廣泛的應用。公司在試驗臺技術領域主要聚焦開發(fā)自動化試驗臺。ANDREAS STIHL AG & Co. KG (斯蒂爾) 委托測量技術專家 measX 為其一臺大型耐久性測試設施打造高效自動化解決方案，方案采用了倍福的 EtherCAT 和 I/O 總線端子模塊系統(tǒng)以及 TwinCAT PLC。耐久性測試自動化解決方案（德語為“Dauerlaufautomatisierung”或 DLA）使用 LabVIEW™ 與 TwinCAT 軟件相結合實施。目前，斯蒂爾整個公司都在使用該系統(tǒng)進行耐久性測試；該系統(tǒng)最初是為公司位于靠近斯圖加特的魏布林根總部最先進的開發(fā)中心的試驗臺開發(fā)的。
在斯蒂爾研發(fā)中心，每天都要在數(shù)以百計的測試艙中對電鋸、綠籬修剪機、切割機以及割草機器人等樣機和系列產(chǎn)品進行各種負載測試、功能測試和壽命測試，并會針對每個設備類型制定詳細的測試計劃。“DLA 應用程序旨在確保對各種不同配置的設備進行可靠、高性能的測試。一個標準化、直觀的操作方案可以簡化每個測試環(huán)節(jié)的定義、執(zhí)行和監(jiān)測。在不同的測試序列之間切換也非常簡單。”負責斯蒂爾項目的 measX 工程師 Marco Tiskens 解釋說道。
覆蓋面廣泛的測試需要高度的靈活性
測試系統(tǒng)由一臺裝有 TwinCAT 的 C6015 超緊湊型工業(yè) PC 控制，它使用 EK1100 EtherCAT 耦合器來實時收集眾多 EtherCAT 和總線端子模塊采集到的測量數(shù)據(jù)。這兩個端子模塊系統(tǒng)是通用的 I/O 系統(tǒng)，為開發(fā)試驗臺提供了所需的高靈活性，Marco Tiskens 解釋道：“無需單獨的測量系統(tǒng)，無需額外操作，數(shù)據(jù)能夠以與控制輸出同步的方式采集。此外，測量通道可以輕松用于修改測試順序�？梢愿鶕�(jù)具體需求簡單地集成額外的端子模塊或替代的端子模塊。I/O 端子模塊的穩(wěn)定性和魯棒性對于耐久性測試來說是一個特別的優(yōu)勢。而且它們提供的成本效益也頗具吸引力。”
由于測試標本和測試類型的廣泛性，試驗臺必須滿足各種不同的要求。例如，一臺設備可能需要供應燃料，而下一臺設備則可能需要供水，再下一臺設備則需要供電。EtherCAT 端子模塊 EL3314-0002 具有電隔離通道，在使用熱電偶進行高精度、無故障的溫度測量時有很大優(yōu)勢。對于大部分試運行來說，速度是另一個重要的測量變量，使用 EL5xxx 系列 EtherCAT 端子模塊可以在同一個系統(tǒng)中采集速度數(shù)據(jù)，因此可以與所有其它變量同步。此外，電能測量端子模塊提供關于功耗的重要數(shù)據(jù)，以用于測試樣本中。
需要對所有測試樣本的不同參數(shù)進行測量和控制以及調(diào)節(jié)。其中一個目標是，盡管每種情況下使用的硬件不同，但也應該能夠在不同的試驗臺，甚至在不同的地點進行相同的測試。這可以通過單獨定義測量技術和通道以及測試順序的方式實現(xiàn)，并在每次測量過程開始時，根據(jù)具體的任務需求，將它們集中起來形成一個測試程序。
斯蒂爾研發(fā)中心的耐久性試驗臺在控制柜中配備了大量 EtherCAT 和總線端子模塊，以及 C6015 超緊湊型工業(yè) PC（左下），以實現(xiàn)測量值采集所需的靈活性
無縫集成測量和控制技術
對于每個耐久性測試，都要在斯蒂爾測試數(shù)據(jù)庫中精確定義待測量的通道和所有所需的測試參數(shù)。相關的測量和順序程序通過 LabVIEW™ 框架自動生成，并以適合 DLA 中 TwinCAT 環(huán)境的通用形式呈現(xiàn)。然后對程序進行編譯，一旦編譯過程完成后，程序?qū)⒆詣舆w移到 PLC 上。無需深入了解 TwinCAT 軟件知識即可實施測試順序。在順序功能圖（SFC）編程中，每個測試類型的實際順序都要創(chuàng)建一次，然后每次都重復使用新的參數(shù)，生成完整的測試順序模板庫。
DLA 應用程序通過 TwinCAT 軟件的多個抽象層從測試數(shù)據(jù)庫中“翻譯”測試規(guī)范，確保 I/O 配置正確并自動定義變量。試驗臺專用的變量也會自動分配給 I/O 端子模塊。DLA 軟件激活控制程序，監(jiān)測測試順序中的執(zhí)行情況，并記錄所有參數(shù)和測量值。“我們在 LabVIEW™ 內(nèi)用 TwinCAT 環(huán)境遠程控制 Microsoft Visual Studio®，以便生成 PLC 源代碼，然后編譯和執(zhí)行這些源代碼。我們用軟件程序完成了用戶本須自己完成的所有事情。”Marco Tiskens 在描述這個特殊的軟件方案時說道。
Automation Interface 是關鍵
只有通過 TwinCAT Automation Interface 才能在 DLA 內(nèi)配置和創(chuàng)建測量和控制程序。這種用于自動生成代碼的開放式接口支持 DLA 等復雜的應用程序，使用預定義的模板進行配置。“重復使用經(jīng)過測試的程序段，并自動編譯不同的程序段，以形成測試專用的順序軟件應用程序，這樣不僅可以節(jié)省時間，而且能夠大幅減少錯誤率。這種方法還有助于實現(xiàn)測試過程的標準化，使之更容易進行比較。”Marco Tiskens 說道。
所有試驗臺都可以通過相同的圖形用戶界面進行操作和監(jiān)測。所需的數(shù)值從 TwinCAT 中讀出或通過 ADS 設置，其范圍包括設置一個單獨的變量（例如，為了接通介質(zhì)供電或啟動測試順序）以及讀出遠遠超過 100 個測量通道。后者通過多個環(huán)形緩存區(qū)進行，這些緩存區(qū)在程序啟動時動態(tài)生成，并可臨時存儲數(shù)據(jù)長達 12 秒。
DLA 應用程序提供各種可視化和監(jiān)測功能。網(wǎng)絡中集成的 PC 可以通過 DLA 瀏覽器監(jiān)測整個試驗臺組，或操控單個系統(tǒng)。通過操作臺界面可以概覽所有配置好的試驗臺及其運行狀態(tài)。在詳細視圖中，顯示部件和顏色代碼提供了關于測量過程中各個試驗臺的當前通道和特性值的信息。此外，可以通過一個圖表顯示自測試開始以來的測量數(shù)據(jù)，這樣早期指示預計的結果。
DLA 將 TwinCAT 在測試過程中提供的數(shù)據(jù)文件保存到試驗臺的計算機中，并在可配置的時間間隔或文件達到一定大小時將其傳輸給中央文件服務器。這些數(shù)據(jù)包自動整合，并立即可用于進一步的離線評估。數(shù)據(jù)尚在準備階段時，就可以計算出重要的公式和參數(shù)，并生成包含基本評價的 PDF 報告。
DLA 應用程序的 Viewer 功能幫助用戶設置耐久性測試（在本例中為電鋸）
準備好滿足新的需求
目前，DLA 已在斯蒂爾公司位于德國、奧地利、中國、美國和巴西的測試中心中成功應用于耐久性測試中。無論采用哪種硬件，同樣的軟件都能夠在所有試驗臺上運行。Marco Tiskens 繼續(xù)說道：“高性能的倍福組件以及斯蒂爾和倍福之間的友好合作，成就了這一高效的試驗臺自動化解決方案，具有幾乎無限的可擴展性。對我們而言，這個解決方案具有堪稱典范的可靠性、高性能、靈活性和標準化程度。它能夠快速適應未來的測試樣本和測試方法，并加快了從制定測試計劃到評估結果的過程。可以迅速將測量數(shù)據(jù)和基本評價提供給測試部門。”這一點得到了斯蒂爾耐力測試團隊負責人 Alexander Klein 的證實：“measX 的 DLA 軟件工具讓斯蒂爾能夠在我們的全球網(wǎng)絡中快速、高效和可靠地進行開發(fā)，并保障設備的安全性，以確保讓我們的客戶滿意。”
無縫集成測量和控制技術
靈活的試驗臺自動化是滿足各種測試需求的關鍵。在這種情況下，我們需要與像 measX 這樣經(jīng)驗豐富的系統(tǒng)集成商建立合作關系，他們擁有豐富的專業(yè)知識可以讓我們借鑒。我們雙方的密切合作成就了面向未來的高性能試驗臺，它們可以迅速適應新的產(chǎn)品和技術。倍福全新的 TwinCAT 3 Interface for LabVIEW™（TF3710）簡化了控制層與 LabVIEW™ 應用程序的連接。該接口具有為高性能讀寫 ADS 符號和配置 I/O 端子模塊而開發(fā)的 VI。同時，倍福還為實現(xiàn)高性能試驗臺應用提供了 ELM 系列超高精度 EtherCAT 測量端子模塊。“我們的試驗臺生產(chǎn)領域的客戶對多樣化的 I/O 端子模塊贊賞有加：從簡單的 12 位電壓測量端子模塊到帶 LEMO 連接器的高精度、經(jīng)過校準的 24 位多功能端子模塊，可以從我們的產(chǎn)品系列中挑選合適的端子模塊，以確保項目可以經(jīng)濟高效地實施。倍�？蔀樗嘘P鍵的測量變量提供合適的 EtherCAT 端子模塊：從標準信號到溫度、速度、振動、扭矩和位移。此外，所有測量數(shù)據(jù)都通過 EtherCAT 完全同步，并提供全面的診斷信息，這對確保試驗臺的可靠運行至關重要。”來自倍福 I/O 產(chǎn)品管理團隊的測量、分析和控制產(chǎn)品銷售專家 Christian Lindemann 補充說道。
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）公司總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領域的許多國際標準。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和TwinCAT自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。倍福于1997年進入中國市場，致力于幫助制造企業(yè)提升競爭優(yōu)勢，加速轉(zhuǎn)型升級。倍福在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽，公司所倡導的PC控制技術具有良好的開放性，將IT技術、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術完美融合，助力實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造。憑借領先的技術優(yōu)勢和豐富的行業(yè)知識，倍福的創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應用于風力發(fā)電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、物流輸送以及樓宇自控等眾多領域。
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