【中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng) 企業(yè)動(dòng)態(tài)】 研華協(xié)助CNC柔性產(chǎn)線以單一控制平臺(tái)同時(shí)執(zhí)行MES與CODESYS實(shí)時(shí)控制軟件，跨界整合IT與OT。透過(guò)CPU分核優(yōu)化技術(shù)，同時(shí)保證運(yùn)動(dòng)控制與信息系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，減少加工失誤率，讓生產(chǎn)效率提升到三倍之多，落實(shí)邊緣計(jì)算，搶占柔性制造與CNC智能化商機(jī)。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

隨著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期縮短，市場(chǎng)預(yù)測(cè)與生產(chǎn)規(guī)劃更顯重要。對(duì)此，CNC加工廠也需要強(qiáng)大的企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)(ERP)等信息技術(shù)(IT)輔助以調(diào)配最適生產(chǎn)計(jì)劃、管控整體營(yíng)運(yùn)，以往負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)也不再只是操作技術(shù)(OT)層的配角。向來(lái)各自獨(dú)立、鮮少直接溝通的兩個(gè)系統(tǒng)儼然成為實(shí)現(xiàn)CNC智能化與智慧工廠的關(guān)鍵，MES也成為銜接CNC產(chǎn)線IT層與OT層間的樞紐。

盡管MES開(kāi)發(fā)商可透過(guò)為CNC產(chǎn)線加裝工業(yè)計(jì)算機(jī)再搭配PLC作為銜接異質(zhì)系統(tǒng)的橋梁，但傳統(tǒng)做法只能傳遞簡(jiǎn)單訊號(hào)，仍仰賴人工操作，無(wú)法防呆、效率低且人工成本高。對(duì)于二維條形碼等復(fù)雜數(shù)據(jù)，也有整合接口不足與解碼效能不佳等問(wèn)題。再加上，MES開(kāi)發(fā)人員雖然熟稔IT技術(shù)，對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的了解卻很有限。因此，該如何有效地串聯(lián)IT層與OT層，成了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商面臨的一大挑戰(zhàn)。

研華以基于X86的開(kāi)放式分核控制平臺(tái)APAX-5580同時(shí)搭載CODESYS實(shí)時(shí)內(nèi)核與Windows操作系統(tǒng)，讓IT與OT系統(tǒng)高度整合又能同時(shí)保證穩(wěn)定高效能。結(jié)合同系列的本地與遠(yuǎn)程I/O，讓CNC產(chǎn)線能夠靈活布建，通訊接口與未來(lái)擴(kuò)展性也更加自由。本項(xiàng)目?jī)H利用單一控制平臺(tái)即滿足系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商的所有需求，讓其能順利整合MES與電火花工具機(jī)，實(shí)現(xiàn)CNC柔性產(chǎn)線遠(yuǎn)程控制與統(tǒng)一管理的目標(biāo)。

系統(tǒng)需求

天津歌德麥得科技有限公司是一家為CNC加工與模具產(chǎn)業(yè)提供信息化管理軟件與自動(dòng)化工廠解決方案的系統(tǒng)整合廠商。順應(yīng)工業(yè)4.0趨勢(shì)，該公司計(jì)劃將一套管理電火花工具機(jī)所需電極工具的電極窗口管理系統(tǒng)納入MES內(nèi)，并將信息與上層信息系統(tǒng)串接，期望能透過(guò)IT層與OT層之整合來(lái)提升CNC加工廠的生產(chǎn)效率。

該電極窗口管理系統(tǒng)由CNC與電極工具庫(kù)組成，六層電極工具庫(kù)共有24種工具，每件工具下方貼有二維條形碼。生產(chǎn)時(shí)透過(guò)MES通知目前所需的電極工具編號(hào)，即能讓CNC以正確的工具執(zhí)行加工作業(yè)。一開(kāi)始天津歌德麥得科技選擇為每個(gè)單元(CNC與電極工具庫(kù))加裝日系PLC與伺服驅(qū)動(dòng)控制器，并于上位安裝一臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)。沒(méi)想到此做法不僅在處理大量二維條形碼時(shí)效率低，也難以全面采集所需訊號(hào)，花費(fèi)的成本偏高外，硬件供貨商也無(wú)法提供實(shí)時(shí)的技術(shù)支持。因而促使該公司開(kāi)始尋找另一套能滿足其需求的高性能控制核心系統(tǒng)。

新的控制核心解決方案除了將被設(shè)定成MES客戶端外，還要能夠根據(jù)MES的指令自動(dòng)選取電極工具。由于每個(gè)單元彼此間相距遙遠(yuǎn)(十幾米到幾十米不等)，新方案必須提供遠(yuǎn)程控制功能，并讓中控室可以統(tǒng)一管理。軟件方面需具備方便IT工程師編程的高級(jí)語(yǔ)言以加速完成程序設(shè)計(jì)，控制層面則需要大量數(shù)字輸入與輸出I/O以便接收與觸發(fā)設(shè)備訊號(hào)，以及可將電極工具庫(kù)內(nèi)的二維條形碼掃描結(jié)果傳輸給MES的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能;最后是以EtherCAT通訊協(xié)議連接脈沖轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)，并透過(guò)運(yùn)動(dòng)控制完成電極工具庫(kù)之旋轉(zhuǎn)與定位。

系統(tǒng)概述

研華開(kāi)放式分核控制平臺(tái)APAX-5580是此系統(tǒng)中連接IT層與OT層的控制核心。，作為MES客戶端，APAX-5580可將從底層設(shè)備取得的信息傳送給位于中控室的MES，同時(shí)也能接收來(lái)自MES的指令，實(shí)時(shí)向下控制CNC與電極工具庫(kù)執(zhí)行動(dòng)作。此外，藉由以Modbus/TCP連接智能網(wǎng)關(guān)ECU-1152取得二維條形碼掃描結(jié)果，及以EtherCAT連接脈沖轉(zhuǎn)換模塊，APAX-5580能將總計(jì)144個(gè)(每層24個(gè)x6層)電極工具之二維標(biāo)識(shí)符上傳給MES，讓系統(tǒng)可以統(tǒng)一管理多臺(tái)電火花工具機(jī)之電極工具狀態(tài)。

APAX-5580主要依賴其獨(dú)特的雙核處理器分核優(yōu)化機(jī)制無(wú)縫整合IT層與OT層，利用其中一核執(zhí)行內(nèi)建的WindowsEmbeddedStandard7操作系統(tǒng)確保MES客戶端可以順利串接IT層;另一核負(fù)責(zé)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)控制、邏輯控制及總線控制以保障OT層的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。整合軟硬件于單一平臺(tái)讓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、維護(hù)更便利外，其獨(dú)特的模塊式設(shè)計(jì)讓APAX-5580具有高度擴(kuò)充性，可因應(yīng)未來(lái)需求新增或調(diào)整模塊配置，不需更換整個(gè)控制核心。另外，CODESYS所提供的ST語(yǔ)言也能讓不熟悉PLC的IT工程師以其所擅長(zhǎng)的高階編程語(yǔ)法編寫(xiě)自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)控制及邏輯控制程序，配合研華高質(zhì)量的技術(shù)支持服務(wù)，可大幅縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，加速上市速度。

負(fù)責(zé)執(zhí)行控制的APAX-5000系列I/O模塊提供本地與遠(yuǎn)程兩種擴(kuò)充接口端口，用戶可依CNC在工廠內(nèi)的實(shí)際布建情況部署模塊。線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于大型CNC產(chǎn)線，星型拓?fù)鋭t能保證當(dāng)任一單元出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，其他單元不會(huì)受到影響。此外，可提供六個(gè)RS-232隔離式串行埠的ECU-1152能接收由二維碼掃描儀所取得的電極工具數(shù)據(jù)，且由于其內(nèi)建WebAccess/TagLink軟件，因此可輕松將數(shù)據(jù)由自定義RS-232協(xié)議轉(zhuǎn)換成Modbus訊號(hào)，之后再經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳送給上層的APAX-5580。

專案導(dǎo)入

系統(tǒng)架構(gòu)圖

結(jié)論

工業(yè)4.0引領(lǐng)制造業(yè)朝向?qū)崿F(xiàn)智能工廠之路邁進(jìn)同時(shí)，CNC廠也搭上此轉(zhuǎn)變風(fēng)潮，必須將與制造相關(guān)的元素全面鏈接并深度優(yōu)化，才能逐步達(dá)成CNC智能化的目標(biāo)，因此IT層與OT層的整合是首要之務(wù)。為制造業(yè)業(yè)者提供解決方案的系統(tǒng)整合廠商若仍專注于傳統(tǒng)PLC控制，勢(shì)必讓開(kāi)發(fā)過(guò)程面臨重重考驗(yàn)，也很難如期開(kāi)發(fā)出滿足工業(yè)4.0需求的系統(tǒng)。

研華不僅有完整的產(chǎn)品線滿足各種軟硬件需求，性能優(yōu)異的產(chǎn)品也確保了系統(tǒng)的可靠性，易于整合的清晰結(jié)構(gòu)則讓系統(tǒng)整合廠商可以迅速建構(gòu)出所需的解決方案，并讓日后的系統(tǒng)維護(hù)作業(yè)較為輕松。而且對(duì)于自動(dòng)化控制系統(tǒng)了解不夠深入的IT開(kāi)發(fā)人員而言，有豐富工控經(jīng)驗(yàn)的研華可以針對(duì)OT層提供專業(yè)的規(guī)劃建議與技術(shù)支持，讓搭配出的軟硬整合方案可以執(zhí)行出使用者所需的結(jié)果。

在導(dǎo)入研華完整的控制核心解決方案后，天津歌德麥得科技這套整合IT層與OT層的系統(tǒng)能將電火花工具機(jī)的返修率降低到30%，加工時(shí)間也從24小時(shí)縮短制3小時(shí)，效率提升了三倍之多，人員成本更降低了70%。

由于此系統(tǒng)備受市場(chǎng)青睞，未來(lái)，天津歌德麥得科技已計(jì)劃用此套核心架構(gòu)為基礎(chǔ)，串聯(lián)其他產(chǎn)線系統(tǒng)，或在微調(diào)后復(fù)制到其他CNC機(jī)臺(tái)的控制系統(tǒng)中，讓柔性產(chǎn)線中的數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更具智能，加速CNC加工廠智能化的進(jìn)程，讓柔性產(chǎn)線真正落地。