基于 PC 的控制技术在门窗加工机械中的应用
型材加工技术
Schirmer Maschinen GmbH，德国
倍福在门窗加工机械领域的开拓始于对双头型材斜切锯进行自动化改造。经过几十年的发展，通过自动化集成实现全自动化生产设备已经成为市场基本需求，而倍福基于 PC 的自动化系统能够满足不断增长的机械制造需求。尽管成品门窗是一个简单的产品，但门窗生产涉及到的加工过程却相当复杂，需要的加工步骤也很多。这个行业领域的其中一个特点是，几乎不会有大规模的批量生产。换句话说，自门窗加工开始兴起之时，批量大小为 1 的生产已经是标准要求。此外，门窗加工机械必须能够加工各种型材和不同的基材（木材、塑料、铝或混合材料），每一种材料都需要用到特殊的加工操作和工具。灵活的自动化技术是高效实现这些工艺步骤的关键。
自上世纪 80 年代初期以来，倍福一直坚持开发和提供创新的门窗加工设备控制解决方案。由于门窗加工行业本身的特殊性，最初使用的基于微处理器技术的控制器在上世纪 90 年代初就被倍福基于 PC 的控制技术所取代。倍福凭借其在该行业领域多年积累的丰富经验，可以全面控制门窗加工过程中用到的所有设备：基于 PC 的控制技术可以控制和监测单台设备及完整的门窗加工生产线，包括型材切割和切割工艺优化、棒材加工（钻孔、铣削和插入加强结构、加装锁件等）、焊接、修边、压线和框角连接、插入密封条、安装五金配件、安装门窗组件和粘接窗格玻璃等。倍福基于 PC 的控制技术可为所有门窗加工步骤提供一个集成式软硬件平台。
门窗与幕墙加工自动化解决方案可以满足将不同材料加工成复杂的成品以及定制化生产流程这两方面的高要求。工业 4.0 方案可以发掘优化潜力：在整合横向和纵向通讯的基础上，通过网络化、智能化的生产，提高灵活性、生产效率、可持续性以及企业竞争力。倍福基于 PC 的控制器配备开放的硬件和软件接口，以及从传感器到云端的持续通讯，可为实现网络化的“智慧工厂 ”提供所需的一切。
倍福针对门窗加工机械的技术亮点
基于 PC 的控制技术助力实现全面综合的门窗加工机械控制系统
倍福基于 PC 和 EtherCAT 的控制系统让设备和系统制造商能够在提升性能与降低成本之间取得平衡。用于控制所有加工步骤的集成式软硬件平台包括倍福的高性能工业 PC、EtherCAT 高速通讯系统、分布式 I/O、丰富多样的驱动产品系列以及 TwinCAT 自动化软件。倍福的 PC 控制技术具有模块化的优点，可以满足各种性能等级需求，因此既适用于控制单台设备，也适用于实现整个工厂的自动化。
由于搭载高性能处理器，PLC、运动控制、CNC、机器人技术、HMI、机器视觉、安全功能、测量技术、云通讯与数据分析等所有设备和系统功能都可以在同一个平台上通过软件实现。开放的硬件和软件接口为系统设计和搭建提供了高度灵活性，让设备制造商能够集成各种设备，包括第三方制造商提供的设备。一方面，这样可以确保所有系统组件能够高效互动，从而大幅提高生产效率。由于所有功能都以软件模块的形式统一实现，因此无需使用额外的控制器，从而大大降低了硬件成本，减少开发工作量。对通用现场总线系统和软件协议的支持可以确保一致的横向和纵向通讯：从单台机器设备的联网到 IT 层和云端。
数十年来，倍福一直与木工机械行业中的设备制造商及终端客户保持良好的合作关系，积累了丰富的专业知识，可以提供各种高性能设备控制解决方案，是能够助您提升在木工机械行业中的竞争优势的可靠合作伙伴。通过基于 PC 的控制技术，我们可为您的工厂和机械工程提供完整的自动化解决方案 — 无论是新的系统，还是设备翻新改造。
倍福的应用工程部门可为客户提供全面的应用支持：
- 应用项目规划和文档编制
- 使用 ECAD 软件进行电气工程设计
- 编写 PLC 应用程序
- 可视化
- 根据客户规范和标准装配开关柜，包括
- 配置和定位控制柜中的元器件
- EMC 电磁兼容设计
- 空调通风
- 设备贴标
- 物流
- 装配和现场调试
- 完整的工艺文件编制
- 实施特殊应用
- 与控制系统和 MES 系统整合
- 集成到企业 IT 架构中
EtherCAT 可优化门窗加工机械中的过程通讯
由于 EtherCAT 工业以太网系统性能卓越，拓扑结构灵活，是实现门窗加工机械超高速过程通讯的理想解决方案。实时现场总线将 I/O、安全技术和驱动总线系统集成为一体，用于实现整个工艺流程之间的通讯。倍福可以提供专门针对 EtherCAT 的集成式产品系列，包括控制器和安全伺服驱动。EtherCAT 实现的快速响应时间可以提高控制精度，以及更精确地同步 I/O 和驱动器，从而改善加工质量，提高设备产能。EtherCAT 在控制拓扑结构方面有很高的灵活性，让用户能够针对具体的应用配置最合适的通讯结构。无需使用特殊分布式时钟等特殊系统功能即可实现高精度数据采集和数据输出。
实现一致的模块化、可扩展及分布式的安全应用
倍福的 TwinSAFE 是一个通用型安全解决方案，可以将安全功能集成到标准的控制平台中：从 PLC 到 I/O 到驱动技术。急停、安全门监控、双手操作、安全地垫分析和静音、安全定位和安全限速等所有安全功能可以在集成式 TwinCAT 开发平台上编程和配置。安全技术通过 TwinSAFE I/O 模块无缝集成到整个 I/O 系统中，安全信号可以根据需要与标准信号混合在一起传输。
借助 TwinSAFE SC 技术，可以利用标准信号实现任何网络或现场总线中的安全任务。我们可提供相应的 EtherCAT 端子模块，通过 EtherCAT 采集和传输安全信号。典型的安全功能可以根据具体的安全需求在标准安全功能块基础上在 TwinSAFE 逻辑端子模块 EL6900、EL6910 或紧凑型安全控制器 EK1960 上编程和配置。所有安全控制器都可用于达到安全等级 SIL 3 级的应用场合（符合 IEC 61508 标准或性能等级为 ISO 13849-1）。
MX-System 助力实现无控制柜自动化解决方案
MX-System 在设备和系统工程领域首次实现了无控制柜自动化解决方案。由模块化组件构成的底板和功能模块打造出完整的系统，它拥有控制柜具备的所有功能：供电、熔断器保护和配电、辅助电压的生成和监测、带输入输出的控制系统、电机和执行机构的控制以及现场设备连接层。MX-System 通过可自由选择的工业 PC、耦合器、I/O、运动控制、继电器和系统模块集成所有设备功能，这些模块可以根据具体应用进行配置和组合。
模块整体遵循设计一致性原则，符合各项国际标准，极大地减少了规划、装配、设备安装及维护工作。由于 MX-System 实现同样的需求所需的组件比传统控制柜的制造要少得多，因此在结构上比之前的解决方案更加紧凑， 不仅能够减少系统占地面积，同时还能提升系统利用率和灵活性。在控制系统生命周期的每个阶段，MX-System 相对传统控制柜都具有显著优势。
MX-System 可为门窗加工机械行业带来的主要优势包括：
- 高度灵活的模块化系统
- 模块化设计原则可以简化和加快系统规划
- 显著减少组件数量，更便于采购和备件库存管理
- 减少电气元件占用的空间
- 系统采用简单的模块插接组装方式，显著缩短了组装和安装时间
- 设备侧采用可插拔接线方式：预装电缆可防止接线出错
- 易进行故障定位：模块、电缆或非生产资料
倍福针对门窗加工机械的产品亮点
高动态、模块化、可精确扩展：倍福驱动技术
门窗加工要求高精度：必须能够高精度实现 CNC、铣削、钻削、锯削、切削以及上螺丝和锁紧定位等过程，以确保打造出高品质门窗。任何偏差都会对质量产生影响，有可能还需要代价昂贵的返工或出现残次品，从而对产量和物流链造成负面影响。
倍福驱动系统可以与 TwinCAT 运动控制软件结合，满足门窗加工机械的高要求。 AX8000 和 AX5000 系列中集成的高速控制技术支持高速、高动态性定位操作。伺服端子模块价格低廉、结构紧凑，非常适合用于实现小型控制任务。
倍福在德国马尔克泰登费尔德的电机工厂可以生产各种直线和旋转伺服电机伺服，它们都可完美匹配倍福的驱动器产品。 AM8000 系列电机采用了单电缆技术（OCT），即动力和反馈系统整合在一根标准电缆中。对于简单定位驱动器的应用，倍福可以提供全系列的驱动器以及步进电机、直流电机和紧凑型伺服电机。
使用 TwinCAT 控制所有设备功能
TwinCAT 是一个优化用于机械设计的工具链，它可以简化所有控制应用、HMI、物联网通讯和分析功能的实施过程。TwinCAT 自动化软件由用于实时执行 PLC、HMI、NC、CNC 和机器人应用程序的 Runtime 系统构成，同时为编程、诊断和配置提供理想的开发环境。所有相关的 IEC 61131-3 编程语言都可提供用于实时应用程序。面向对象的 IEC61131-3 标准语言扩展能够能够完美实现编程代码的模块化，将设备功能集成到软件中，从而改善结构，简化维护工作，提高软件的复用性和可扩展性。C/C++ 和 MATLAB®/Simulink® 中的模块可以通过现有接口集成到 IEC 环境中，或在 TwinCAT 实时环境中独立运行。
倍福可为实现凸轮盘、同步和插补运动等任务提供丰富多样的软件模块。由于在主/从轴和高性能、多样化运动控制功能的组合选择方面具有高度灵活性，因此几乎可以为门窗加工行业的任何应用领域提供控制解决方案。TwinCAT CAM Design 和 TwinCAT Scope 等高性能软件工具支持系统设计和调试。大量符合 PLCopen 运动控制标准的 PLC 功能库使得编程更加方便。此外，开放的接口以及基于 Windows 操作系统使用最新技术标准开辟了更多的可能性，如集成到现有的可视化、上位控制和数据库系统中。针对行业特定应用的各种软件功能块和功能库可以方便地开发和实施具体的设备功能。TwinCAT Automation Interface 支持用户自动生成机械配置。
工业 4.0 应用：通过 TwinCAT IoT 和 Analytics 实现
倍福为简化设备与控制器及云服务之间的跨系统通讯开发了 TwinCAT IoT 软件库。它支持 OPC UA、AMQP 及 MQTT 等标准化协议，可以实现与 Microsoft Azure™、Amazon Web Services 等常用云系统以及用于与公司网络中的私有云系统通讯。内置的安全机制可以防止未经授权的访问和滥用机密数据，保护公司的知识产权。
TwinCAT Analytics 可以周期性地无缝记录和同步分析过程数据，以便用于诸如预测性维护和设备优化等应用。使用适当的分析工具，可以从采集到的数据中得出所有所需的信息，以优化设备能效或工艺流程。事后分析、零星错误诊断、质量损失的早期检测和生产瓶颈的识别有助于提高生产线的可靠性，延长生产线的正常运行时间。数据分析还为制造商提供有关其设备运行性能的大量信息，可用于未来的设计和生产过程，从而降低成本并实现理想的机械布局。
模块化设计理念可以大幅提高灵活性并节省空间
AMP8000 分布式伺服驱动系统为模块化门窗加工机械方案开辟了新途径，AMP8000 将伺服驱动器直接集成到伺服电机中，结构非常紧凑。由于功率电子元器件可以直接移放到设备上，因此控制柜内所需的空间可以减小到只要够装一个耦合模块即可，通过一个配电模块即可使用一根电缆为多个伺服驱动器供电，在下一个扩展阶段，驱动技术将完全不再需要装在控制柜内。之前，控制柜中用于连接驱动器的空间要求已经被减少到只有一根电缆，现在有了 AMP8620 电源模块后，则完全不再需要控制柜。
倍福紧凑型驱动技术：规格调整的理想解决方案
在现代门窗加工机械的建造中，人们越来越多地使用电动定位系统代替传统的手动或气动系统。这类系统可以全自动和自由配置不同类型的型材所需的生产规格，并且可以在非生产时间内快速、省时地进行规格切换，这对于批量为“1”的个性化委托生产来说是一个决定性的优势。
倍福紧凑型驱动技术非常适合用于规格调整。倍福 I/O 系统可与各种电机和减速机结合使用，实现低成本的驱动解决方案。模块化、可扩展的运动控制端子模块支持不同性能等级的伺服电机、步进电机和直流电机。倍福的 EtherCAT 步进和直流电机端子盒（IP67）可在没有控制柜的场合中使用。
AM8100 系列电机可以与 EL72xx 系列伺服端子模块或 EP72xx 系列 EtherCAT 端子盒一起，构成一个超紧凑型高动态伺服轴，适用于采用单电缆技术（OCT）和多圈绝对值编码器的高精度定位应用。
若与 IP20 步进电机端子模块或 IP67 EtherCAT 端子盒配套使用，AS2000 和 AS1000 系列步进电机可在带或不带反馈系统的情况下运行。AS2000 具有防护等级高且集成连接技术等特点。
AMI8100 系列将伺服电机与集成的高效率伺服驱动器整合于一体。AMI812x 系列系列驱控一体电机可被用作 EtherCAT 从站，能够直接放置在设备上，无需控制柜和上游 I/O 层。