1、超高速、高精度數(shù)據(jù)通訊用于最先進(jìn)的印刷應(yīng)用

印刷業(yè)正面臨著全球范圍內(nèi)的技術(shù)巨變挑戰(zhàn)。全球所有工業(yè)印刷機(jī)運(yùn)營(yíng)商正在尋求一個(gè)進(jìn)入數(shù)碼噴墨印刷領(lǐng)域的契機(jī)。瑞士Wifag-PolytypeTechnologies公司成功開發(fā)了Calmar—用于各種商用噴墨打印頭的工業(yè)級(jí)控制電子設(shè)備。Beckhoff的EtherCAT和XFC極速控制技術(shù)為開放式高速控制平臺(tái)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如圖1所示。

傳統(tǒng)的大批量印刷方法，如凹印和卷筒紙膠印在經(jīng)濟(jì)性上面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)；單張紙膠印現(xiàn)在還能對(duì)未來發(fā)展保持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度。另一方面，數(shù)碼印刷前景看好，而其中噴墨印刷具有最大潛力。來自瑞士弗萊堡Wifag-PolytypeTechnologies公司數(shù)碼技術(shù)中心（DCC）的數(shù)碼印刷產(chǎn)品經(jīng)理FlorianFassler確認(rèn)了這一點(diǎn)。他說道：“作為全球三家最知名的制造商之一，原Wifag機(jī)械工廠主要研制生產(chǎn)報(bào)紙印刷機(jī)。由于當(dāng)時(shí)很少有企業(yè)購(gòu)買報(bào)紙印刷機(jī)，公司決定不再進(jìn)一步開發(fā)針對(duì)這一領(lǐng)域的新機(jī)型。事實(shí)上，數(shù)碼噴墨印刷將成為Wifag-PolytypeHolding公司各部門的未來。”

據(jù)FlorianFassler判斷，數(shù)碼印刷面臨的主要挑戰(zhàn)一方面是如何提高靈活性，另一方面是如何提升印刷生產(chǎn)效率。只有在這兩者之間找到平衡，印刷機(jī)才能夠以盈利的方式朝著當(dāng)前印刷材料個(gè)體化和個(gè)性化的趨勢(shì)發(fā)展。數(shù)碼噴墨印刷是一種矩陣印刷方法，生成一個(gè)由點(diǎn)矩陣組成的印刷圖像。這些矩陣印刷機(jī)在辦公室和家庭中并不陌生，它們被廣泛用作照片打印機(jī)。但這些設(shè)備的印刷速度比較慢，不適合用于工業(yè)印刷。

2、超高速技術(shù)用于敏感的印刷頭

噴墨印刷機(jī)的核心部分是印刷頭，使用印刷頭可以通過有針對(duì)性的墨滴噴射或偏斜生成印刷圖像。“印刷頭是一種商用系統(tǒng)，與我們的印刷機(jī)組和專用的Calmar電子設(shè)備連接。”FlorianFassler解釋道。印刷頭的接口相當(dāng)原始。例如，沒有印刷頭會(huì)帶USB接口。Calmar項(xiàng)目組的特殊成就是實(shí)現(xiàn)了可用于所有印刷機(jī)械的工業(yè)級(jí)控制電子設(shè)備。

“市場(chǎng)上可以購(gòu)買到的系統(tǒng)由非常復(fù)雜的電子系統(tǒng)構(gòu)成。”FlorianFassler說道。“這些系統(tǒng)都是難以適應(yīng)的，且調(diào)整也不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過程。最重要的是，它們并不一定適合產(chǎn)業(yè)整合。”于是，Calmar項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)計(jì)劃開發(fā)一個(gè)強(qiáng)大的可與現(xiàn)場(chǎng)總線集成的電子控制系統(tǒng)。這與開發(fā)一個(gè)使用簡(jiǎn)單、靈活的產(chǎn)品平臺(tái)的目標(biāo)不謀而合。

在評(píng)估階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定集成Beckhoff的EtherCAT和XFC極速控制技術(shù)。FlorianFassler解釋道：“我們選擇Beckhoff及其EtherCAT的原因是因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)具有良好的開放性。當(dāng)我們?nèi)昵伴_始我們的開發(fā)活動(dòng)時(shí)，沒有一個(gè)系統(tǒng)能夠像EtherCAT這樣具有高度確定性、高速以及開放性。該技術(shù)方案可以實(shí)施到一個(gè)FPGA中，EtherCAT通訊系統(tǒng)的集成和執(zhí)行都很簡(jiǎn)單。”如圖2所示。

3、從接口到自動(dòng)化模塊

將EtherCAT和XFC集成到Calmar電子設(shè)備中的一個(gè)重要原因是總線和控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度非常快。EtherCAT是一種具有短周期時(shí)間和高數(shù)據(jù)速率特點(diǎn)的高確定性操作總線。Beckhoff的XFC技術(shù)通過用于同步系統(tǒng)時(shí)間且最大偏差時(shí)間小于100納秒的分布式時(shí)鐘以及用于過程數(shù)據(jù)的高精度時(shí)間戳功能補(bǔ)充了這一功能。FlorianFassler說道：“對(duì)于印刷頭的同步，必須同時(shí)啟動(dòng)所有相關(guān)的控制器。這意味著，每個(gè)控制器中的所有任務(wù)具有相同的時(shí)基并按照控制序列同時(shí)啟動(dòng)。分布式時(shí)鐘系統(tǒng)確保所有設(shè)備能夠在一個(gè)周期內(nèi)接收時(shí)間戳。2ms的周期時(shí)間通過系統(tǒng)同時(shí)產(chǎn)生。”

對(duì)于Calmar電子系統(tǒng)的集成，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在EtherCATIP核ET1810或ET1811基礎(chǔ)上創(chuàng)建了其自己的EtherCAT接口。這使得EtherCAT通訊和應(yīng)用特定的功能都需要在一個(gè)FPGA上實(shí)施—都使用一個(gè)簡(jiǎn)單、便利的方式，F(xiàn)lorianFassler這樣說道：“所獲得的工具可以輕松實(shí)現(xiàn)EtherCAT接口：這一切都有據(jù)可查。”其結(jié)果是非常成功的，Wifag-Polytype的Calmar電子系統(tǒng)現(xiàn)在擁有了一個(gè)靈活且堅(jiān)固耐用的自動(dòng)化模塊。FlorianFassler繼續(xù)道：“我們現(xiàn)在可以方便地給印刷系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)配置程序，無論它是否有兩張、40張或甚至更多張Calmar卡?，F(xiàn)在，噴墨印刷機(jī)的設(shè)計(jì)和自動(dòng)化改造變得更加簡(jiǎn)單。此外，它還為我們提供了更多擴(kuò)展診斷選項(xiàng)。最后，我們還擁有了一個(gè)非常適合工業(yè)應(yīng)用的自動(dòng)化模塊。”如圖3所示。

4、確保內(nèi)部安全的同時(shí)保持對(duì)外部接口的開放性。

Calmar控制解決方案用作Wifag-PolytypeTechnologies公司數(shù)碼印刷機(jī)的自動(dòng)化模塊，也可作為OEM業(yè)務(wù)模型框架內(nèi)的一款單獨(dú)設(shè)備銷售。公司自己的專業(yè)知識(shí)也作為一項(xiàng)服務(wù)提供給OEM客戶。FlorianFassler解釋道：“PLC架構(gòu)和源代碼對(duì)OEM客戶開放；Calmar專用的軟件庫(kù)以及控制室應(yīng)用程序可以根據(jù)要求調(diào)整和擴(kuò)展。連接外部世界的接口也是開放的，不管是連接到ERP、MES還是其它數(shù)據(jù)庫(kù)。”

Wifag-PolytypeTechnologies公司在Calmar項(xiàng)目組內(nèi)的活動(dòng)具有一致性：由硬件和軟件專家組成的團(tuán)隊(duì)都要與.NET技術(shù)打交道?？梢暬到y(tǒng)基于集成有TwinCAT3的微軟VisualStudio®。“可能有部分人會(huì)認(rèn)為VisualStudio®是一項(xiàng)新事物或者標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化的一項(xiàng)特殊應(yīng)用，但對(duì)我們來說，它只是日常業(yè)務(wù)的一部分。我們的機(jī)器通過TwinCAT與使用.NET/VisualStudio®開發(fā)的控制室應(yīng)用程序通訊。控制室應(yīng)用程序負(fù)責(zé)處理可視化。”FlorianFassler闡述道。