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    首頁 產品 通用取代專用,軟件取代硬件方案-貝加萊解決方案之妙用

    通用取代專用,軟件取代硬件方案-貝加萊解決方案之妙用

    來源:

    為何會產生專用系統?

    必須承認,術業有專攻,專用的系統主要通過其工藝價值而存在,如印刷的套色、棉紡中的自調勻整、配料與稱重系統、糾偏、燃氣輪機的點火控制、工程機械中防傾翻,乃至CNC和機器人系統,都屬于專用系統。

    機器通常采用嵌入式系統,如PLC,采用硬件電路處理邏輯為主的任務,而隨著機器的速度不斷提升,需要機器能夠處理高速采樣及回路調節(如溫度、速度、壓力閉環類),并通過物理或數據方式對工藝進行建模,以增強機器材料工藝適配性。物理建模的函數復雜性,數據建模對于數據存儲,顯示的需求,使得傳統的PLC無法勝任,因此,基于專用的高速硬件(DSP/FPGA)或PC運行復雜工藝的專用系統應運而生。

    專用系統的核心仍然在“知識”的積累,以軟件形式存在的工藝Know-How,但由于處于較為細分市場,因此硬件成本批量小而因此往往成本較高,也迫不得已選擇封閉的架構來保護工藝Konow-How。

    PLC早已不是那個PLC

    不過,對于傳統PLC干不了的復雜算法與高速任務而產生專用系統這個問題,并非所有PLC干不了。例如,貝加萊,早在90年代2000系列PLC,其控制器即采用MC68K及后Intel X86架構的處理器,其芯片組包含了用于浮點運算的協處理器,并支持定性分時多任務的操作系統,這個架構使得PLC支持復雜函數計算和高級語言編程能力。并有Power Panel集成PLC和HMI一體的控制器、Windows+RTOS的工業PC控制器,而自2004年推出的X20系列目前發展到更強Core i,Appollo Lake級處理器,如圖1所示。

    圖1-貝加萊控制系統架發展

    緊隨IT技術的發展,這使得貝加萊的PLC能夠通過一個通用的控制器架構來解決傳統需要專用系統或PLC+PC才能架構的任務。

    案例:通用系統代替專用系統

    貝加萊的PLC融合了傳統PLC的穩定可靠及實時任務處理,以及PC的算法與算力,進而獲得替代專用系統的潛質,通過幾個案例,我們即可看到其如何實現“通用替代專用”。

    案例1:集成套色系統代替專用套色

    套色問題是凹版印刷的關鍵問題,在紙張張力不同、印刷速度、加速度等變化下,紙張經過壓印力、烘干造成了變形,帶來顏色套準的精度難題。傳統的PLC的確無法解決這個問題,才有了價格昂貴的第三方套色系統,其單色價格高達數千美元。早在2003年,貝加萊即用PLC來替代專用的套色系統。其2005系列PLC采用了Intel Pentium III 500MHz處理器,運行支持多線程的RTOS,可以通過C編程來實現套色算法的集成。

    圖2-凹版印刷機組結構

    在印刷過程中,由于壓印力使得整個卷筒紙/薄膜被隔斷為不同的張力區間,并且,在印刷后每色經過烘干,以及環境溫度變化等,都會引發顏色的套色偏差。而套色控制是一種多變量耦合解耦算法,針對多個變量的輸入(溫度、紙張張力、速度/加速度等)并進行耦合其關聯關系,并解耦為獨立的版輥相位調整,進而實現顏色的套準。

    圖3-印刷套色過程

    當然,對于印刷機而言,除了套色,色標本身的檢測、收放卷的張力控制也是核心問題,通過這樣的系統創新,使得印刷機可以無需專用套色系統即可實現高速、高精度的套色控制。這一套色控制算法在PLC上運行,省了專用套色,為每臺機器節省數十萬的成本。

    案例2:集吹瓶和壁厚控制為一體的吹瓶機解決方案

    另一個典型例子就是壁厚控制問題,在吹瓶機控制中,需要針對瓶胚壁厚控制中需要用到三階貝塞爾曲線或B樣條曲線的算法控制,而這就需要控制器具有高級算法設計能力,[ZC1] 能夠處理這些復雜算法能力的控制器,并且,需要大的存儲能力來保存各種配方。

    貝加萊的控制器本身具有高級語言支持能力,也具有大的存儲(可以多達數個GB的存儲能力),因此,對于壁厚,采用通用控制器來實現。而原來市場所需要的專用控制器本身一套就是這個系統的數倍價格,也因此,目前這些專用控制器在市場上也逐漸消失。

    圖4-中空吹塑成型

    圖5-壁厚控制技術

    通過貝加萊的通用控制器而實現的壁厚控制算法,較之市場上的壁厚節省約10%的材料消耗,以家用飲水機5加侖塑料桶為例,在單機生產8小時/天,每周僅工作5天情況下,按照其速度,每年可以節省約9.8噸的塑料顆粒。

    案例3:單一的CNC系統缺乏競爭力

    在玻璃纖維、碳纖維的經編中,包括雙軸向/多軸向經編機的生產中,其鋪緯過程包含了多個角度的纖維鋪設,而這里包含了+20゜/-20゜,-45゜/45゜,-90゜/90゜多種角度的電機運動協同,如圖6所示為45度鋪緯,這些運動控制的會牽扯到CNC插補運算,而傳統的PLC則無法實現這個任務,因此,有些系統廠商即配置一套CNC系統來與PLC配合,而這個CNC系統僅發揮了其功能的非常小部分,因此,顯得不值。而貝加萊則采用了通用的PLC來實現了CNC+PLC運動控制的集成,通過配置CNC插補軟件庫來實現這些插補運算,并與定位同步控制在同一硬件和軟件架構中完成,因此,無需額外的CNC系統。

    圖6-多軸向經編機的45度鋪緯示意圖

    類似這樣的應用對于貝加萊而言非常多,包括采用通用PLC實現自調勻整算法、稱重算法、燙金跳步算法等。貝加萊控制器強大的運算能力、儲存能力、開放性,使得PLC具有專有系統的能力。在一些場合實現了通用系統集成了專有系統功能。從而省去省去“專用系統“,提高客戶產品的競爭力。

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