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2021年6月9日

基于 PC 的控制技术 — umati 接口标准的推动力

通用接口助力实现应用新场景

资料来源:ProduktionNRW,VDMA,德国

作者:Henning Rausch,倍福 CNC 应用专家

通用机床技术接口标准(umati)将有望解决大家所熟悉的很多难题,挖掘新的潜能来创造附加值。umati 是一个基于 OPC UA 的通用接口,机床和系统可以通过该接口与上位控制器进行数据交换。

在现代化生产系统的设计和运行中,将各种机床整合到控制系统中,会产生比较大的成本支出。通常,造成这种支出的主要原因是各种控制系统提供的数据范围不同,以及在工业环境中的信息结构、内容和呈现形式方面缺乏通用性的标准。

通过使用现场总线和上游工业 PC 使得不带 OPC 服务器的老旧机床具有 umati 功能。
通过使用现场总线和上游工业 PC 使得不带 OPC 服务器的老旧机床具有 umati 功能。

可能的新应用

作为自动化领域的专家,倍福认为,将 umati 作为基本方向将会带来巨大潜力,不仅可以解决控制系统连接等现有问题,还可以开发基于 PC 控制技术的新应用。倍福最近展示了很多有趣的方法;在最简单的情况下,机床控制系统和 OPC 服务器在同一台工业 PC 上运行。这种策略非常有效,因为受控过程和 OPC 服务器之间的接口仅使用软件来实现。工业 PC 不仅具有集成到 IT 环境中所需的接口,而且还能够硬实时地控制最复杂的工作流程(例如,使用 TwinCAT 自动化软件),因此能够实现上述目标。这样可以直接从 TwinCAT CNC 提供机床的配套规范。但机床控制和 OPC 服务器也可以布署在单独的设备上。无论是经过深思熟虑后确定设计,还是翻新改造,在这两种情况下,PC 技术都被证明由于其良好的开放性而极为有利。工业 PC 甚至可以与老旧的控制器进行通信,例如通过现场总线。获取到的数据可以在本地处理,并通过 OPC 服务器提供给外部环境。这意味着现有的机床也可以配备 umati 接口。倍福已经在 2019 年的 EMO 展会上展示了这个应用场景,并在德国机床制造商协会(VDW)的 umati 展示中集成了多个第三方制造商提供的控制器。

工业 PC 不仅可以用作 OPC 服务器,还可以用于实现其它各种任务,例如,用作边缘控制设备。
工业 PC 不仅可以用作 OPC 服务器,还可以用于实现其它各种任务,例如,用作边缘控制设备。

同样适用于新产品和翻新改造

工业 PC 也可以用作多台机床的 umati 总服务器。例如在一个生产单元内,与机床的连接可以通过现场总线连接或 umati 实现。从单台机床的角度来看,工业 PC 可以用作 OPC 客户端。在实际应用中,上述例子并不总是能彼此清楚地分开。通常情况下,转换点是一直变化的。但有个特点是,工业 PC 永远不必简化为纯粹的 OPC 服务器功能。平台的开放性和可扩展性可以实现量身定制的解决方案,带来高附加值。例如,一个总服务器可以同时作为一个具有 PLC 和 NC 功能的单元控制系统,而作为翻新改造部分安装的工业 PC 可以提供额外的状态监测功能,包括连接所需的传感器并实时分析传感器。范围包括:从二进制信号的简单统计分析,一直到电能测量技术和重要组件的复杂频率分析。计算得出的状态变量可以直接整合到所提供的 umati 数据中。同时,这些信息也可以用作机器学习算法的输入数据。TwinCAT 利用之前未知的因果关系在工业 PC 上实时执行这一任务。这样可以提高效率,早期检测和预防潜在的机床故障。现有的机床不仅可以融入 umati 世界;它们还将能够面向未来。如果所需的的 PC 和 I/O 防护等级达到 IP 65 或更高,就可以将它们直接安装在机床上,无需改动控制柜中现有的安装配置,即可实现简明、完善的解决方案。umati 的概念虽然还不成熟,但很明显,鉴于基于 PC 的控制技术可能的应用领域非常广泛,它将成为实现跨行业互操作性的关键因素。

Henning Rausch,倍福 CNC 应用专家
Henning Rausch,倍福 CNC 应用专家

更多信息

即使在机械工程以外的领域,OPC UA 技术的使用也越来越普遍。倍福已经参与了很多基础设施和建筑工程项目的成功实施。这类项目通常包括很多通信伙伴,他们从可扩展的标准化 OPC UA 通信模型中受益。如下例所示:瑞士联邦材料测试与开发研究所(EMPA)校园内的建筑和活动场所被用来在一个活跃、热闹的生活和工作环境中进行能源研究。研究所通过 OPC UA 通信标准实现这些方面的互连,包括各种不同的元件,它们的所有组件都涉及到能源的生产、储存、运输和转化。

基于 PC 的控制技术在机床上的应用
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