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2021 OEM
控制系统

贝加莱 — 走在科技的前沿,贝加莱创新技术解析

  2021年05月14日  

  在2020-2021年,作为自动化领域的技术领导者,贝加莱持续创新的产品与技术,也代表着自动化行业整体的快速发展。技术必然服务于产业需求,每一项贝加莱的产品与技术背后都是来自全球范围的顶级的机械制造商、制造业的终端用户的需求。

  机器与产线自动化越来越多的从控制向计算发展,这就要求更高的控制器能力,这包括很多方面:

  ●更为严苛的控制任务,微秒级的任务实现高精度控制,及时反馈并在线调整
  ●更为复杂的计算需求,包括智能算法、图像图形、AR/VR等处理
  ●通信能力,实时通信及与上位系统、数字化设计软件的交互

全新控制器-增强处理能力与通信

  传统上,贝加莱控制器即支持智能算法设计、通信、运动控制等的集成,而为了增强智能制造、IIoT所面临的更为复杂的任务需求,增强了多个方面的能力:

  采用了Intel Apollo Lake新一代处理器,加强了数据计算与图形处理能力;这样,控制器就可以处理像视觉、复杂的浮点运算、图像任务更容易一些。
  支持OPC UA Pub/Sub机制,相对于传统的Client/Server机制所需的反复握手机制来说,Pub/Sub更能节省带宽资源,实现1对多的信息交互,可以实现高效的M2M信息传输。
  OPC UA over TSN的总线控制器模块:TSN提供了针对IIoT的应用数据传输能力,将大带宽与低延时、低抖动的周期性数据在同一网络传输,针对边缘计算应用而言,提升了响应能力。

图1-X20系列控制器新增超强控制器产品

  图1就是最新款采用Intel Atom Apollo Lake的X20系列PLC,并已集成TSN接口,是目前市面上较早发布的该通信标准的控制器。该款控制器可以实现更高的图像处理与浮点计算任务,并可获得大容量存储能力。X20还有紧凑型CPU,也提供了更高的存储容量。

图2-采用Hypervisor的工业PC

  Hypervisor技术-通过在多核Intel架构处理器上集成RTOS(实时操作系统)与GPOS(通用目的操作系统),将Windows/Linux的计算、图像处理等能力与RTOS的实时任务得以融合,并能够无缝构建一个边缘智能架构。

  这能为机器学习、边缘计算、HMI显示任务中,非常高效流畅的任务处理。

  传统上,机器视觉是一个独立行业,往往与控制厂商分属两个不同的领域,尽管也有基于总线的连接,但是,毕竟在集成性、同步性上还是出现一些“缝隙”。

  贝加莱,是做自动化的厂商,当越来越多的用户提出视觉更多的要求,以及面临的一些挑战,贝加莱决定以自己自动化厂商的优势来做视觉,这主要表现在如图3所示的几个方面显著的不同:

图3-集成机器视觉

  ●网络集成,在POWERLINK网络下,视觉与运动控制可以达到100μS的同步性;
  ●工具集成,Automation Studo下,PLC的逻辑、Motion,视觉可以在一个程序架构下无缝耦合;
  ●系统集成,这个视觉光源、相机、镜头都是一体的。

图4-带有多种滤波器的镜头与相机集成

  图4所示贝加莱机器视觉增加可选的偏振光片、扩散滤光片,在镜头上增加了为高精度测量所需的背光准直膜技术,并提供了多种光源的对比照明、UV光可以捕捉视力范围外的信息,凡此种种,都为更为完美的机器视觉场景而设计。

  贝加莱一直走在工业通信的前沿,最早的控制器即集成CAN通信,并于2001年推出POWERLINK实时以太网。在工业物联网IIoT、智能制造的发展中,通信网络与规范是基础的设施建设,为满足异构系统的语义互操作,以及在多种需求的数据传输中的问题,贝加莱作为OPC UA over TSN的先锋力量,与全球产业共同推进OPC UA与TSN标准的成熟,并集成于自身产品。

OPC UA Pub/Sub机制

  OPC UA Pub/Sub机制为了解决M2M传输效率,通过订阅/发布机制,它相较于C/S机制更高的分发效率,目前在贝加莱的Automation Studio中,已经可以对Pub/Sub机制进行配置并投入应用,如图5架构中,由TSN交换机通过精准时钟网络为多方提供数据流的调度。

图5-OPC UA TSN架构

TSN-让通信融合

  无论是在IEEE/IEC60802工作组,还是OPC基金会的FLC倡议中,贝加莱都是积极的TSN技术推进者,自2015年成立“整形器”工作组,到今天,贝加莱已经有可用的X20CP3687X控制器、TSN总线控制器、TSN的交换机产品,并可以通过第三方工具配置,在Automation Studio 4.9中,OPC UA Pub/Sub机制可以被配置,在之后的4.10版中,TSN也将可以被统一配置。

OPC UA over TSN-全新工业通信生态系统

  之所以推进OPC UA over TSN,在于贝加莱洞察智能制造与工业物联网的技术先机,积极参与并推进其快速发展,这包括几个方面:

1、开放生态

  传统上,工业通信的标准通常会由厂商发起并主导,而对于OPC  UA其信息建模能力受到了工业领域各个厂商的支持,OPC UA基金会属于中立组织。对于TSN,同样由IEEE的标准工作组,继承了已有在音视频桥、汽车领域的网络发展,并由来自不同的IT与自动化厂商共同发起并推动。

  因此,OPC UA 与TSN的开放性生态更符合未来以集成为核心特征的智能制造和工业物联网的需求,贝加莱将OPC UA over TSN融合并基于此开发通信产品与技术应用。

2、边缘智能的必然需求

  从技术上来说,要降低在整体的集成,如果没有统一的互操作规范,那么,这个系统配置、诊断、交互所需的工程量也将是巨大的,相对于现场总线早期解决接线、查线的工程量,今天,软件的工程量也是惊人的,因此,OPC UA扮演了一个降低工程量的作用,通过统一的语义规范和信息建模,OPC UA将了集成的成本。而TSN则将继续发挥总线的“效率与精度”的优势,如果边缘智能能够实现在异构数据、多业务流的高效调度,边缘智能的优化结果可以快速的响应给控制系统,同样能够获得效率的提升,尤其对于数字孪生系统、边缘调度与策略类应用场景。

图6-OPC UA over TSN架构连接工厂

  贝加莱一直走在工业通信的前沿,最早的控制器即集成CAN通信,并于2001年推出POWERLINK实时以太网。在工业物联网IIoT、智能制造的发展中,通信网络与规范是基础的设施建设,为满足异构系统的语义互操作,以及在多种需求的数据传输中的问题,贝加莱作为OPC UA over TSN的先锋力量,与全球产业共同推进OPC UA与TSN标准的成熟,并集成于自身产品。

  工业物联网实现从数据到信息、信息到工业知识、以及知识用于推理判断与决策的过程,对贝加莱而言,工业智能不仅意味着提供如前所述OPC UA over TSN规范与标准支持,也包括更多:

行业信息模型集成

  在信息集成中,除了语义规范,也包括信息建模,例如:为了让包装设备实现更好的协同、交互、统一操作,OMAC/PackML被纳入了OPC UA规范的行业信息模型,也被贝加莱在mapp中予以封装为可快速复用的应用模块。在塑料工业,OPC UA垂直信息模型EUROMAP77/79/83/88。其它也包括在VDMA的机器人与自动化系统之间的规约,以及Umati信息模型集成。

图7-贝加莱支持多种OPC UA伴随协议

mapp赋能机器数据能力

  当人们在讨论如何利用IT架构改变传统自动化架构,进而实现IIoT应用场景的时候,贝加莱已经为机器赋能,这些来自现场用户的需求,在原有的系统上不增加任何额外的硬件成本,使得机器具有了边缘任务处理,这些集成在PLC的模块赋予机器数据能力。

  mappOEE:让机器为系统提供OEE计算所需的参数;
  mappEnergy:将设备的能源消耗信息提供给上位系统;
  mappAlarm:提供报警给上位管理系统;
  mappTweet:提供移动信息发送,邮件与短信服务;
  mappAudit:审计追踪,用于制药、食品行业的质量追溯,电子签名认证系统;
  mappSQL:利用标准SQL语句获得对数据库的处理和操作能力。
  ……

  也即,贝加莱不仅为IIoT提供了基础的采集的I/O系统、以及将这些数据连接的OPC  UA over TSN能力,以及具体的数据内容-针对行业的信息模型,以及在边缘侧的计算能力。

图8-IIoT关键在于实现数据的动态交互

  IIoT并非仅仅在于连接,更为重要的是在于应用,对于贝加莱而言,传统已经积累的工业APP确保了快速的控制任务开发。采用Hypervisor的工业PC将分布式计算与实时控制任务无缝集成,进而使得IT的计算任务与控制任务可以在同一个架构下得以实现。

  自2018年SuperTrak和2019年ACOPOStrak的发布,贝加莱的柔性输送系统已经在锂电池、电子连接器、包装后道、医疗器械、食品饮料等领域得到了广泛的应用。

图9-ACOPOStrak满足灵活的生产需求

  柔性电驱输送系统对于个性化生产能力,非常适合于这些领域的多样性产品生产,可以平衡标准化的低成本与个性化生产需求的交付能力之间的矛盾。

图10-灵活的产线布局

  在2021年1月28日,贝加莱发布了最新的ACOPOS 6D技术,它采用了更为先进的平面磁浮技术,使得其可以提供更为大的灵活性,以及更高的精度,并更灵活的生产组织模式,贝加莱将整个运动控制从传统的1D(旋转电机)延伸到2D(SuperTrak/ACOPOStrak),再到ACOPOS 6D的6D(X,Y,Z,X轴旋转、Y轴旋转、Z轴旋转),使得运动控制延伸到更为灵活的空间。

  ACOPOS 6D将磁悬浮技术的新高度,其提供更高的非接触洁净环境适应能力,以及更高的精度、更为灵活的生产组织和场景适应力,它针对3C、医疗器械组装、锂电池组装以及制药、日化等领域,对洁净环境、灵活性、精度、效率都有很高要求的场景。

单电缆技术

  对于现场用户来说,如何降低接线、不仅关乎成本,还关乎工程时间、监测现场状态,基于单电缆技术的ACOPOS P3与伺服电机可以同一根电缆中传输编码器、动力电缆于一体。

图11-单电缆ACOPOS P3伺服驱动系统

图12-支持高达10万转的主轴驱动

  最新的ACOPOS P3非常适用于极高速旋转的轴,例如CNC铣床的主轴。它具有卓越的控制质量和极快的循环时间,现在可用于要求较高的金属、石材、玻璃或木材加工等高速的机床应用,从而使这些机器的操作变得更精确、可靠。

图13-ACOPOS P3支持穿墙安装

  同时,ACOPOS P3也提供了穿墙式安装,在一些需要电柜封闭的场景中,提供更为稳定的生产能力。

  过穿墙式冷却,散热片最多可将60%的散热量排出控制柜。因而无需使用昂贵的控制柜冷却,控制柜更紧凑。散热片具有IP64防护等级,符合EN 60529和UL 50 Type 12标准。安装在散热片中的风扇具有IP54防护等级。

  在传统基于嵌入式的HMI/SCADA设计中,人们更强调功能的实现,而今天,用户不仅要求功能,而且要更好的满足简单、美观的操作设计。

  基于Web技术的HMI设计满足各种直观控件设计,而且,可以提供丰富的交互功能,如一对多的信息多层次(操作员、维护工程师、开发工程师、工厂经理)的数据访问,并可支持在多种终端上的访问(iOS、Windows/Linux、Andriod),这使得HMI变得更为灵活、便利。

  T80系列终端、C80系列控制器、Panel PC 1200均可以实现Web-Based HMI设计,mappVIEW可以被快速的开发。

  mappVIEW不仅提供精美的HMI设计如动画、视频与音频,它还能够提供产线集成中的多个人机交互,它是由OPC UA提供了隔离层设计,使得OPC UA的SoA-面向服务架构得到发挥,多个终端访问数据源均可,并且可定义各自所需的数据权限,如图14所示。

  mappVIEW设计的画面可以被各种支持Javascript、HTML5的终端访问,通过手机操作人员也可以访问机器了,包括获得报警信息。

  移动自动化领域,贝加莱的X90系列以提供高抗震性、高防护等级(IP69K)、宽工作范围(-40-85摄氏度)、放盐雾腐蚀等基础能力,并配置符合工程机械领域的接口规约、通信连接CAN及SAE J1939等能力,并且满足机器、ISO针对农业、施工领域的安全通信规约。

  在最新的X90系列中,全新的PC架构,将控制与计算任务结合,采用Intel Core i7处理器,能够在本地实现复杂的计算、HMI呈现能力,并可做数据存储,本地分析等基于Windows的任务。

图15-X90的全新PC及HMI设计

  全新的HMI-T50系列产品,专门为这样的严苛场景应用而设计,在阳光直射下提供良好显示,在高振动环境工作,表面IP65背面IP67防护等级,可以在-20~70摄氏度范围工作,这非常适合于工程、建筑、农业这些在野外作业场景的设备,如图15所示。

标签:贝加莱  我要反馈
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