導(dǎo)語

貝加萊一直以解決方案為用戶帶來額外的價(jià)值，在很多應(yīng)用場景里，借助于其領(lǐng)先的控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，以及高級語言編程的支持下，采用通用的控制器替代了傳統(tǒng)的專用系統(tǒng)。解決方案價(jià)值正在于發(fā)揮架構(gòu)之精妙，塑造機(jī)器整體“巧”實(shí)力。

為何會產(chǎn)生專用系統(tǒng)？

必須承認(rèn)，術(shù)業(yè)有專攻，專用的系統(tǒng)主要通過其工藝價(jià)值而存在，如印刷的套色、棉紡中的自調(diào)勻整、配料與稱重系統(tǒng)、糾偏、燃?xì)廨啓C(jī)的點(diǎn)火控制、工程機(jī)械中防傾翻，乃至CNC和機(jī)器人系統(tǒng)，都屬于專用系統(tǒng)。

機(jī)器通常采用嵌入式系統(tǒng)，如PLC，采用硬件電路處理邏輯為主的任務(wù)，而隨著機(jī)器的速度不斷提升，需要機(jī)器能夠處理高速采樣及回路調(diào)節(jié)（如溫度、速度、壓力閉環(huán)類），并通過物理或數(shù)據(jù)方式對工藝進(jìn)行建模，以增強(qiáng)機(jī)器材料工藝適配性。物理建模的函數(shù)復(fù)雜性，數(shù)據(jù)建模對于數(shù)據(jù)存儲，顯示的需求，使得傳統(tǒng)的PLC無法勝任，因此，基于專用的高速硬件（DSP/FPGA）或PC運(yùn)行復(fù)雜工藝的專用系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

專用系統(tǒng)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(xì)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(gòu)來保護(hù)工藝Konow-How。

PLC早已不是那個(gè)PLC

不過，對于傳統(tǒng)PLC干不了的復(fù)雜算法與高速任務(wù)而產(chǎn)生專用系統(tǒng)這個(gè)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(gòu)的處理器，其芯片組包含了用于浮點(diǎn)運(yùn)算的協(xié)處理器，并支持定性分時(shí)多任務(wù)的操作系統(tǒng)，這個(gè)架構(gòu)使得PLC支持復(fù)雜函數(shù)計(jì)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(yè)PC控制器，而自2004年推出的X20系列目前發(fā)展到更強(qiáng)Core i，Appollo Lake級處理器，如圖1所示。

圖1-貝加萊控制系統(tǒng)架發(fā)展

緊隨IT技術(shù)的發(fā)展，這使得貝加萊的PLC能夠通過一個(gè)通用的控制器架構(gòu)來解決傳統(tǒng)需要專用系統(tǒng)或PLC+PC才能架構(gòu)的任務(wù)。

案例：通用系統(tǒng)代替專用系統(tǒng)

貝加萊的PLC融合了傳統(tǒng)PLC的穩(wěn)定可靠及實(shí)時(shí)任務(wù)處理，以及PC的算法與算力，進(jìn)而獲得替代專用系統(tǒng)的潛質(zhì)，通過幾個(gè)案例，我們即可看到其如何實(shí)現(xiàn)“通用替代專用”。

案例1：集成套色系統(tǒng)代替專用套色

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

圖2-凹版印刷機(jī)組結(jié)構(gòu)

在印刷過程中，由于壓印力使得整個(gè)卷筒紙/薄膜被隔斷為不同的張力區(qū)間，并且，在印刷后每色經(jīng)過烘干，以及環(huán)境溫度變化等，都會引發(fā)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(gè)變量的輸入（溫度、紙張張力、速度/加速度等）并進(jìn)行耦合其關(guān)聯(lián)關(guān)系，并解耦為獨(dú)立的版輥相位調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)顏色的套準(zhǔn)。

圖3-印刷套色過程

當(dāng)然，對于印刷機(jī)而言，除了套色，色標(biāo)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(tǒng)創(chuàng)新，使得印刷機(jī)可以無需專用套色系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的套色控制。這一套色控制算法在PLC上運(yùn)行，省了專用套色，為每臺機(jī)器節(jié)省數(shù)十萬的成本。

案例2：集吹瓶和壁厚控制為一體的吹瓶機(jī)解決方案

另一個(gè)典型例子就是壁厚控制問題，在吹瓶機(jī)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(shè)計(jì)能力，[ZC1] 能夠處理這些復(fù)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(dá)數(shù)個(gè)GB的存儲能力），因此，對于壁厚，采用通用控制器來實(shí)現(xiàn)。而原來市場所需要的專用控制器本身一套就是這個(gè)系統(tǒng)的數(shù)倍價(jià)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(shù)

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

案例3：單一的CNC系統(tǒng)缺乏競爭力

在玻璃纖維、碳纖維的經(jīng)編中，包括雙軸向/多軸向經(jīng)編機(jī)的生產(chǎn)中，其鋪緯過程包含了多個(gè)角度的纖維鋪設(shè)，而這里包含了+20゜/-20゜，-45゜/45゜,-90゜/90゜多種角度的電機(jī)運(yùn)動協(xié)同，如圖6所示為45度鋪緯，這些運(yùn)動控制的會牽扯到CNC插補(bǔ)運(yùn)算，而傳統(tǒng)的PLC則無法實(shí)現(xiàn)這個(gè)任務(wù)，因此，有些系統(tǒng)廠商即配置一套CNC系統(tǒng)來與PLC配合，而這個(gè)CNC系統(tǒng)僅發(fā)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(shí)現(xiàn)了CNC+PLC運(yùn)動控制的集成，通過配置CNC插補(bǔ)軟件庫來實(shí)現(xiàn)這些插補(bǔ)運(yùn)算，并與定位同步控制在同一硬件和軟件架構(gòu)中完成，因此，無需額外的CNC系統(tǒng)。

圖6-多軸向經(jīng)編機(jī)的45度鋪緯示意圖

類似這樣的應(yīng)用對于貝加萊而言非常多，包括采用通用PLC實(shí)現(xiàn)自調(diào)勻整算法、稱重算法、燙金跳步算法等。貝加萊控制器強(qiáng)大的運(yùn)算能力、儲存能力、開放性，使得PLC具有專有系統(tǒng)的能力。在一些場合實(shí)現(xiàn)了通用系統(tǒng)集成了專有系統(tǒng)功能。從而省去省去“專用系統(tǒng)“，提高客戶產(chǎn)品的競爭力。

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一家總部位于奧地利并在全球擁有分公司的創(chuàng)新型自動化企業(yè)。2017年7月，貝加萊成為ABB集團(tuán)的機(jī)械自動化事業(yè)部。作為工業(yè)自動化領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，貝加萊將前沿技術(shù)與領(lǐng)先工程相結(jié)合，為幾乎每個(gè)行業(yè)的客戶提供面向機(jī)器與工廠自動化、運(yùn)動控制、HMI和集成安全技術(shù)的完整解決方案。借助于OPC UA、POWERlink、openSAFETY等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，以及強(qiáng)大的Automation Studio軟件開發(fā)平臺，貝加萊不斷重新定義自動化工程的未來。受簡化流程和超出客戶預(yù)期的承諾驅(qū)動，貝加萊始終保持創(chuàng)新精神并處于工業(yè)自動化領(lǐng)域的前沿。