Giải pháp Beckhoff điều khiển máy tính cho máy gia công gỗ

GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ TRÊN NỀN TẢNG MÁY TÍNH
CHO NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN GỖ

Công nghệ điều khiển cho máy gia công gỗ Độ chính xác cao, gia tăng tốc độ xử lý, linh hoạt trong quá trình sản xuất và tích hợp tự động hóa nhà máy là những thách thức liên tục mà các nhà máy chế biến gỗ đang phải đối mặt. Hơn bao giờ hết, một nền tảng điều khiển cách tân là cơ sở để đáp ứng những yêu cầu này. Từ nhiều năm qua Beckhoff đã là một đối tác của ngành công nghiệp chế biến gỗ. Nền tảng điều khiển của Beckhoff được tối ưu hóa cho những yêu cầu trên và sử dụng các thành phần mạnh mẽ hứa hẹn một tiêu chuẩn cho máy tính và công nghệ thông tin. Vậy các nhu cầu về công nghệ tự động hóa trong tương lai là gì? Chúng ta hãy cùng nhìn lại quá khứ, năm 1986, khi lần đầu tiên công nghệ điều khiển dựa trên nền tảng máy tính được giới thiệu, khi đó còn có các ý kiến cho rằng các máy tính là không bao giờ cần thiết cho một máy sản xuất. Sau cùng thì nhận định này đã được xem xét một cách nghiêm túc: giao diện người dùng cần phải thân thiện, tinh tế, có chức năng chuẩn đoán lỗi sâu rộng, tích hợp việc thu thập dữ liệu máy và dữ liệu sản xuất trên máy tính điều khiển cùng với theo dõi và tạo dữ liệu cho các mã hàng. Trên tất cả, máy tính tích hợp hoàn toàn tất cả các chức năng mà trước đây không thể làm được hoặc chỉ có thể với sự trợ giúp của phần cứng đặc biệt. Và trong tương lai, có phải là thời đại của các bộ xử lý đa lõi? Khi mà nhu cầu toàn cầu hóa các

nhà sản xuất trong ngành công nghiệp chế biến gỗ, họ thảo thuận cách làm việc có trách nhiệm với môi trường và họ tận dụng tối ưu các nguồn lực sẵn có. Các máy trong tương lai sẽ thông minh hơn, có thể tự giám sát và cung cấp các khái niệm về bộ điều khiển chuyển động thông minh, hiệu suất, bên cạnh đó nó còn mở ra khả năng hoàn toàn mới về chất lượng, ví dụ như kiểm tra quang học để đánh giá bề mặt, và trên hết nó trở nên đơn giản hơn và rõ ràng hơn. Các bộ điều khiển hiệu suất cao và các đối tác là cần thiết hơn bao giờ hết cho tất cả các chức năng này. Điều khiển dựa trên máy tính Chuỗi sản phẩm của Beckhoff bao gồm các 4 thành phần chính: máy tính công nghiệp (Industrial PC), I/O và các modul truyền thông, công nghệ điều khiển chuyển động và phần mềm tự động hóa. Chuỗi các sản phẩm có thể được sử dụng như các thành phần riêng biệt hoặc được tích hợp tới một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh và đương nhiên chúng tương thích và có sẵn có tất cả các ngành công nghiệp. Phần mềm PLC TwinCAT và giải pháp điều khiển chuyển động là trung tâm của công nghệ điều khiển của Beckhoff với khả năng mở rộng và mô-đun hóa. Hệ thống điều khiển này cung cấp giải pháp thích hợp cho bất kỳ tác vụ nào trong ngành chế biến gỗ liên quan đến tính toán hiệt suất, độ phức tạp và chi phí. Beckhoff cũng cung cấp bộ điều khiển trong tất cả danh mục hiệu suất, từ các ứng đơn giản cho tới phức tạp, hiệu suất cao. EtherCAT – Bus truyền thông dựa trên Ethernet Trong những năm gần đây, nhu cầu về các hệ thống truyền thông cho các cơ sở sản xuất đã gia tăng một cách đáng kể. Trong khi ở quá khứ, một loạt các loại bus khác nhau được sử dụng, các bus truyền thông này sẽ được thay thế bằng một hệ thống duy nhất, mạnh mẽ hơn: EtherCAT

EtherCAT dựa trên nền tảng Ethernet và là hệ truyền thông xương sống của máy. Thời gian chu kỳ bus chính là thời gian của tất cả các thiết bị, cho dù nhiệm vụ được giao cho PLC hay một máy CNC. Ví dụ: thời gian này là một phần nghìn giây. Điều này có nghĩa là những giới hạn về hiệu suất, sự đồng bộ và giới hạn cấu trúc liên kết của một hệ thống bus thông thường là điều của quá khứ. Các nỗ lực thiết kế làm giảm, các thành phần điều khiển phức tạp được thay thế bằng các đầu xuất nhập đơn giản, hệ thống có thể được mở rộng theo yêu cầu gần như không hạn chế nhằm gia tăng hiệu suất. Một lợi thế nữa mà thực tế cho thấy rằng, trong hầu hết các trường hợp, Ethernet đã được sử dụng tại các máy tính chủ hoặc dưới mạng các máy trạm. Điểm mấu chốt là: không cần lo ngại về việc triển khai tự động hóa cho loại máy nào, mà chỉ cần duy nhất một nền tảng  bao gồm một máy tính công nghiệp, EtherCAT như hệ thống bus tốc độ cao, I/O và các bộ điều khiển chuyển động – tất cả mọi thứ được liên kết với nhau chỉ bằng phép ánh xạ trong phần mềm điều khiển chạy trên máy tính

Khái niệm “New Automation Technology” của Beckhoff đại diện cho các giải pháp điều khiển tự động mở và phổ biến, các giải pháp được sử dụng trên toàn thế giới trong hàng loạt các ứng dụng khác nhau, từ CNC điều khiển các máy công cụ cho tới tự động hóa nhà thông minh. Sản phẩm sáng tạo và đầy đủ các dịch vụ Bắt đầu nền tảng của công ty từ những năm 1980, phát triển liên tục của các sản phẩm sáng tạo và các giải pháp công nghệ điều khiển sử dụng máy tính đã trở thành cơ sở cho các thành công tiếp theo của Beckhof. Có rất nhiều tiêu chuẩn công nghệ tự động đã được khái niệm hóa trong những giai đoạn đầu và giới thiệu thành công ra thị trường. 1982: P1000 – Bo mạch điều khiển chuyển động đầu tiên. 1986: PC điều khiển – bộ điều khiển máy dựa trên máy tính đầu tiên. 1988: S1000 – phần mềm PLC/NC trên máy tính (DOS) 1989: Cáp quang – bus tốc độ cao sử dụng đặc tính quang 1990: Tất cả trong 1 bo máy tính 1995: Bus Terminal – công nghệ đường truyền bên trong các khối Terminal 1996: TwinCAT – gói phần mềm real-time trên Windows với chức năng PLC và điều khiển chuyển động 1998: Bảng điều khiển – Bảng điều khiển từ xa IPC 1999: Fieldbus Box – hệ thống I/O IP67 2002: CX1000 – mô-đun máy tính nhúng gắn trên DIN ray 2003: EtherCAT – hệ thống fieldbus Ethernet thời gian thực 2005: TwinSAFE – giải pháp an toàn nhỏ gọn 2005: AX5000 – driver servo EtherCAT 2007: bo công nghiệp – made in Germany 2008: XFC – công nghệ eXtreme Fast Control 2009: khối terminal HD – 16 kênh chỉ với mô-đun kích thước 12mm 2010: TwinCAT 3 – eXtended Automation Technology (XAT) Triết lý điều khiển dựa trên máy tính và sự phát minh ra hệ thống cáp quang, bus terminal và phần mềm tự động hóa TwinCAT đánh dấu một cột mốc trong công nghệ tự động và được chấp nhận như một giải pháp thay thế hiệu suất cao để kiểm soát công nghệ truyền thống. EtherCAT, giải pháp Ethernet thời gian thực, công nghệ hiệu suất cao là có sẵn cho một thế hệ mới các khái niệm điều khiển cạnh hàng đầu.

XFC – the eXtreme Fast Control bộ điều khiển chính xác cao

• XFC (eXtreme Fast Control) – công nghệ điều khiển dựa trên các thành phần tiêu chuẩn của Beckhoff: IPC, TwinCAT, EtherCAT và EtherCAT I/O
• EtherCAT cung cấp bộ ghép nối cấp độ I/O:
  • Thời gian chu kỳ ngắn
  • Xử lý các tính năng phức tạp trên máy tính thay thế các phần cứng cơ bản
• EtherCAT gồm bus I/O, bus an toàn và bus driver, tất cả trong một
• XFC có nghĩa là:
  • Phản ứng nhanh nhất có thể, nhỏ hơn 100us
  • Đồng bộ chính xác cao nhờ các clock phân phối, kết quả là loại bỏ bộ điều khiển và độ trễ của bus
  • Lấy mẫu để xử lý các tần số cao của tín hiệu đo
• XFC trong máy gia công gỗ với:
  • Đồng bộ các bộ driver cực chính xác
  • Điều khiển CAM cực nhanh
  • Điều khiển tuyến tính, độ chính xác cao cho máy xử lý liên tục
  • Chốt phân phối ( đồng bộ chính xác đối với tín hiệu đầu vào và đầu ra)

…cho dây chuyền sản xuất gỗ

Công nghệ điều khiển dựa trên máy tính trong ngành chế biến gỗ

• Nền tảng phần mềm và phần cứng mở
• Bộ điều khiển dựa trên máy tính: hiệu suất tăng cao hơn và chi phí giảm
• Hệ điều hành Windows quen thuộc
• Hỗ trợ CPU đa lõi và hệ điều hành 64bit với TwinCAT 3
• Tích hợp công cụ sao lưu và phục hồi
• Tích hợp chuẩn đoán máy tính thông qua giao diện mở
• Thực thi các chương trình khác nhau
• Giao diện truyền thông mở như Ethernet, USB,…
• Một CPU cho mọi thứ: HMI, PLC, chuyển động, robotics và công nghệ đo chính xác cao
• Giảm giao diện: một cổng Ethernet cho tất cả I/O, bao gồm cả các bộ driver
• Công nghệ an toàn tích hợp
• Khoa học tự động hóa
• Tích hợp điều khiển robot trong phần mềm
• Công nghệ đo lường tích hợp trong phần cứng và phần mềm
• Mô phỏng tích hợp

Cổng thông tin xử lý/vận tải Từ những băng tải xoay tới các giải pháp cẩu giàn: phần mềm TwinCAT và phần cứng khả năng mở rộng hỗ trợ tất cả các công nghệ điều khiển độc lập của nhà sản xuất máy bao gồm động cơ không đồng bộ 3-pha, động cơ servo và các động cơ chấp hành nhỏ hơn. Công nghệ TwinSAFE đảm bảo tuân thủ các yêu cầu an toàn như SIL3 (IEC 61508) và PLe (EN ISO 13849-1) và nhấn mạnh tích hợp IO và khái niệm drive

Xử lý góc Các máy tính công nghiệp hiệu suất cao và EtherCAT quản lý nhu cầu ngày càng tăng về sức mạnh tính toán và băng thông, ngoài ra để đảm bảo giao tiếp tích hợp giữa hệ điều khiển và cảm biến/cơ cầu chấp hành. Hiện tại, cơ sở hạ tầng thường không đồng nhất với các hình thức khác nhau của bus trường có thể được thay thế với EtherCAT. Điều này cũng được ứng dụng cho công nghệ an toàn. Các ngõ vào, ra an toàn được thêm vào hệ thống liên tục trong hệ thống có sẵn.

Máy gia công CNC trung tâm Máy tính công nghiệp và TwinCAT – một máy tính với hiệu suất cao ngày nay có thể thực hiện được các điều khiển truyền thống (bao gồm phần cứng PLC/CNC,…) trên một nền tảng mạnh mẽ. Mạng lưới với sự tích hợp của EtherCAT kết hợp và công nghệ servo AX5000 đảm bảo công nghệ điều khiển vô cùng đơn giản.

Hoàn thiện bề mặt Từ bộ điều khiển nhỏ, khả năng mở rộng cao, cho tới máy tính hiệu suất cao của hệ thống bus truyền thông khác nhau với cùng một môi trường và công cụ thiết kế dự án – đảm bảo thiết kế hệ thống linh hoạt, tiết kiệm chi phí. Các vấn đề liên quan tới sự tích hợp các thiết bị bên ngoài là trở thành chuyện trong quá khứ.

Điều khiển máy tính Nền tảng phần cứng mạnh mẽ nhất được trang bị với các thành phần hiệu năng cao dựa trên tiêu chuẩn tự động hóa và IT mở kết cầu vỏ hộp ngoài đảm bảo tối ưu hóa, thích ứng với các yêu cầu điều khiển Bộ điều khiển nhúng Bộ điều khiển nhỏ được tích hợp giao diện cùng hệ thống bus của Beckhoff Giao diện cho tất các hệ thống Ethernet và bus truyền thông chung TwinCAT Bộ điều khiển thời gian thực với đa PLC, điều khiển chuyển động, robot và môi trường lập trình Chạy dưới Windows NT/2000/XP/Vista/7, NT Embedded, Embedded Standard và Windows CE Giao diện dữ liệu thông qua tiêu chuẩn mở như OPC TwinCAT PLC là PLC IEC 61131-3 có thể lên 4 hệ thống run-time cho mỗi PC Tính xác định thời gian thực cao

 

PLC cao cấp Tiêu chuẩn lập trình quốc tế IEC61131-3 Việc tái sử dụng mô-đun phần mềm là hoàn toàn có thể Hầu như không giới hạn bộ nhớ Không hạn chế số khối chức năng và biến Tối thiểu chu kỳ PLC nhờ phát sinh mã tự nhiên 1000 câu lệnh <1us (Intel Core 2 Duo) Giải pháp phần mềm tốc độ cao cho camming, controller,…	TwinCAT NC Điều khiển chuyển động lên tới 255 trục trên PC Hỗ trợ dải rộng các loại trục: Trục  động cơ servo Trục động cơ bước Động cơ DC Trục thủy lực Hỗ trợ dải rộng các giao diện truyền thông: SERCOS ProfiDrive CANopen EtherCAT Lightbus Tiện lợi vận hành hay bảo trì
Chức năng điều khiển chuyển động Chuyển động điểm tới điểm PTP Gear coupling Master/Slave coupling Đồng bộ vị trí (flying saw) Siêu vị trí Nhận biết dấu Multi-master coupling Trục nội suy 3 chiều 64 trục chỉ với 12 kênh Nội suy lên tới 32 trục cho mỗi kênh Biến đổi theo thời gian thực Đếm tốc độ cao để điều khiển tốc độ tối ưu hóa CNC ảo để mô phỏng	Thư viện phần mềm Nhiều thư viện TwinCAT có sẵn Khối điều khiển chuyển động PLCopen Công nghệ điều khiển khối chức năng Thư viện giao tiếp cho giao thức khác nhau

Sử dụng EtherCAT mang lại những lợi ích:

• Hiệu suất cao nhất trên cơ sở Ethernet công nghiệp
• Thời gian cập nhật cực kỳ ngắn có thể cho quá trình xử lý (50ms)
• Điều khiển vòng có thể được đóng thông qua bus. Kiểm soát trục có thể diễn ra ở trung tâm điều khiển – bao gồm các chức năng chuyển động
• Không có hệ thống phụ cấp dưới, mỗi mô-đun I/O là thiết bị EtherCAT. Điều này làm thời gian phản hồi ngắn nhất có thể.
• Các ứng dụng xác định cấu trúc liên kết, không phải là hệ thống truyền thông: đường, sao hay cây.
• Redundancy, Hot connect và Hot swap được tích hợp trong hệ thống
• Giao tiếp dữ liệu an toàn với chế độ safety thông qua giao thức EtherCAT (IEC 61508 lên tới SIL 3 và IEC 61.784-3)
• Một cổng Ethernet tiêu chuẩn có thể được sử dụng cho các EtherCAT master, không cần phải một card giao diện tổng thể đặc biệt nào.

TwinSAFE PLC Safety thu gọn cho phép lên tới 128 thiết bị an toàn trên một PLC Safety

TwinSAFE Ethernet thời gian thực cho tự động hóa Cấu trúc liên kết phức tạp Hiệu suất tối đa Dễ dàng cấu hình Hoàn toàn tương thích Ethernet

EtherCAT Box Hệ thống EtherCAT I/O trong IP67 Hiệu suất cao trong môi trường khắc nghiệt Nhỏ gọn và mạnh mẽ Gắn trực tiếp lên máy mà không cần tủ điều khiển và hộp chứa

Tự do trong việc lựa chọn cấu trúc liên kết

Tối ưu linh hoạt đi dây: có hoặc không cần switch, cấu trúc đường hoặc cây có thể được lựa chọn và kết hợp. Các dây có thể được chuyển trực tiếp đến các cấu trúc liên kết hệ thống. Ví dụ: phân nhánh vận chuyển hậu cần, chuyển nhượng địa chỉ là tự động, không có thiết lập địa chỉ IP là bắt buộc.

TwinSAFE | công nghệ I/O và an toàn trong một hệ thống

TwinSAFE đã tích hợp giải pháp an toàn đại diện cho sự nối tiếp triết lý điều khiển dựa trên máy tính từ Beckhoff. Nhờ tính linh hoạt và mô-đun, các mô-đun TwinSAFE được gắn hoàn toàn vào hệ thống điều khiển Beckhoff, các thiết bị TwinSAFE có thể được tích hợp tới bất kỳ hệ thống bus mong muốn nào. Các bộ IO TwinSAFE với IP20 được tích hợp tới các hệ thống hiện tại hoặc sử dụng trực tiếp trên máy như mô-đun IP67. Các driver servo từ AX5000 trở thành các driver an toàn với sự lựa chọn card TwinSAFE AX5805.

Nhóm kỹ thuật TBE biên soạn