智慧工廠模型架構(gòu)

智慧工廠模型架構(gòu)詳解

Beckhoff 為靈活的智能生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)從 1 到 n 不同批量大小的生產(chǎn)。Beckhoff基于 PC 的控制技術(shù)可以應(yīng)用于符合工業(yè) 4.0 概念的智能生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)基本生產(chǎn)流程。

兩個(gè)物理上獨(dú)立的生產(chǎn)系統(tǒng)，即所謂的智慧工廠，彼此通過Internet 進(jìn)行通信。一個(gè)系統(tǒng)（一個(gè)拾放 XTS）的主要工作是智能分揀和運(yùn)輸產(chǎn)品。第二個(gè)系統(tǒng) — 加工中心 — 通過兩個(gè)智能加工站仿真客戶特定的生產(chǎn)過程、一個(gè)跨進(jìn)程的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)以及一個(gè)高度靈活的搬運(yùn)和輸送系統(tǒng)。在生產(chǎn)過程開始階段，一臺(tái)拾放機(jī)器人會(huì)從倉庫取出待處理的工件并將其放到線性XTS（eXtended Transport System）的動(dòng)子上。一個(gè)位置傳感器可確保工件被成功輸送。然后，XTS 迅速且高精確度地將工件移動(dòng)到 RFID 閱讀器和加工站中，在這里根據(jù)客戶的要求進(jìn)行加工。靈活的輸送系統(tǒng)、高動(dòng)態(tài)性機(jī)器人技術(shù)和尖端識(shí)別系統(tǒng)之間進(jìn)行互動(dòng)，根據(jù)客戶要求實(shí)現(xiàn)從1 到 n 不同規(guī)模的批量生產(chǎn)。

生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的主要目的是最大限度地提高資源利用效率、工藝可靠性和可用性。它從所有相關(guān)的系統(tǒng)（從單個(gè)傳感器到

云）收集數(shù)據(jù)，在不同的系統(tǒng)層級(jí)中對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并利用這些數(shù)據(jù)對整個(gè)工藝過程進(jìn)行優(yōu)化。這樣一來，智慧工廠能夠?qū)崿F(xiàn)，例如，分析包括在云中的各個(gè)模塊的總能耗數(shù)據(jù)，以便檢測和降低能耗峰值。同時(shí)，每個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)測其自身的能耗及其狀態(tài)，以檢測磨損、污損或功率驟降等情況，并積極采取措施以防止能耗增加及意外的系統(tǒng)停機(jī)或加工誤差。

自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的高度靈活及主動(dòng)的智能控制的基礎(chǔ)是科技自動(dòng)化理念。科技自動(dòng)化是指將不同應(yīng)用領(lǐng)域的工程知識(shí)和科學(xué)

研究成果整合到自動(dòng)化技術(shù)中。例如，集成運(yùn)動(dòng)學(xué)變換功能用來控制機(jī)器人，集成傳感器功能用來采集并在控制器中直接分析過程數(shù)據(jù)。

然而，對于智慧工廠的高效率和預(yù)期運(yùn)行，人類將關(guān)于生產(chǎn)工藝和當(dāng)前系統(tǒng)行為與計(jì)劃和實(shí)際的關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)字相結(jié)合，得出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論，并采取相應(yīng)的行動(dòng)的能力仍然是不可或缺的。例如，支持機(jī)器操作人員、維修人員、生產(chǎn)調(diào)度和管理以及生產(chǎn)過程之間的互動(dòng)的各種人機(jī)界面。它們提供需求信息，從而減少了采集具體信息及與其他人合作所需的工作量。對于遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)和系統(tǒng)間以及系統(tǒng)與操作人員之間的通信等活動(dòng)，也可能會(huì)用到云服務(wù)。這些是通往所謂的社會(huì)自動(dòng)化之路上的第一個(gè)解決方案，即它們將信息和通信技術(shù)領(lǐng)域的最新開發(fā)成果集成到自動(dòng)化技術(shù)中，從而將它們運(yùn)用到車間。

工程工作站舉例說明了控制技術(shù)、電氣工程及閉環(huán)設(shè)計(jì)領(lǐng)域利用率較高的開發(fā)工具與來自 IT 領(lǐng)域的軟件工程工具相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一致的分布式和智能聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試。設(shè)計(jì)模式，如面向?qū)ο蟆⒛K化和明確定義的接口使得自由配置和靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)成為可能。綜合及多學(xué)科的設(shè)計(jì)工藝、設(shè)計(jì)階段進(jìn)行的實(shí)時(shí)仿真以及自動(dòng)代碼生成減少了出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，并縮短了工程和調(diào)試時(shí)間。

1.基于PC 的控制提供了核心技術(shù)

拾放 XTS 和加工站通過 C6930 工業(yè)PC 集中控制。Runtime 環(huán)境由 TwinCAT 3 提供。工業(yè) PC 與上位控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。拾放XTS 和加工系統(tǒng)相互之間的通信通過云實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的中央控制在工程、數(shù)據(jù)管理和診斷方面具有優(yōu)勢。所有數(shù)據(jù)都可用于集中分析和優(yōu)化，無需額外的通信過程。

對于大型的裝配線，需要時(shí)，可以將多個(gè)中央控制組件和加工系統(tǒng)整合到同一個(gè)系統(tǒng)中。這是分布式控制方案的優(yōu)勢所在。例如，使用這樣的解決方案可以很方便地更換單個(gè)模塊，因?yàn)橹醒肟刂平M件必須只能根據(jù)新的工作站調(diào)整。此外，車間內(nèi)的系統(tǒng)或設(shè)備不會(huì)單機(jī)運(yùn)行，而通常是聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行—這一趨勢將對工業(yè) 4.0 概念有著顯著的促進(jìn)作用。因此，每臺(tái)機(jī)器都在本地控制，但要集成到整個(gè)系統(tǒng)或工業(yè) 4.0 方案中。在這個(gè)方案里，一個(gè)非常重要的推動(dòng)因素是軟件方面的實(shí)施，Beckhoff支持通過 TwinCAT 完成的模塊化編程。歸根結(jié)底，10 個(gè)軟件模塊是在同一個(gè) CPU 上集中運(yùn)行還是在 10 個(gè)不同的控制器上運(yùn)行是無關(guān)緊要的。模塊之間如何進(jìn)行數(shù)據(jù)交換— 在本地 PC 上還是通過具有相同確定性和高速度的 EAP—也不重要。PC 控制技術(shù)可以根據(jù)現(xiàn)有的應(yīng)用需求很輕松地實(shí)施任一版本。

橫向和縱向通信

拾放 XTS 和加工系統(tǒng)相互之間的通信通過云實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)組件相互之間也會(huì)進(jìn)行通信。可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求使用不同的通信技術(shù)。

2.聯(lián)網(wǎng)的智慧工廠

在一個(gè)“物聯(lián)網(wǎng)”方案中，無論是拾放 XTS 系統(tǒng)還是加工系統(tǒng)，它們都是互聯(lián)網(wǎng)用戶。它們通過互聯(lián)網(wǎng)和使用云服務(wù)公開相互通信 — 在這一應(yīng)用中，用于分析它們的能耗。采用Intel?處理器和帶以太網(wǎng)接口 Beckhoff 工業(yè) PC、Windows操作系統(tǒng)和支持自動(dòng)化設(shè)備規(guī)范（ADS）和 OPC 統(tǒng)一架構(gòu) （OPCUA）的TwinCAT 3 自動(dòng)化軟件能夠?qū)崿F(xiàn)拾放 XTS 和加工系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)考慮到常用的互聯(lián)網(wǎng)安全措施。

3.傳感器與云計(jì)算機(jī)之間一直保持通信

有關(guān)作業(yè)狀態(tài)、拾放 XTS 及加工系統(tǒng)的能耗和狀態(tài)等信息都存儲(chǔ)并在云里進(jìn)行分析，然后通過現(xiàn)代化的人機(jī)界面提供給用戶。PC 控制使用 ADS、EAP 和 OPC UA 實(shí)現(xiàn)傳感器與云之間的通信。

●ADS 是 TwinCAT 軟件系統(tǒng)中一個(gè)基于消息的具有路由功能的傳輸層。它允許用于 TwinCAT 系統(tǒng)內(nèi)的非循環(huán)通信以及與其它工具配套使用，如可視化系統(tǒng)。

●具有實(shí)時(shí)能力的 EAP 可以通過采用發(fā)布者-訂閱者機(jī)制的方式在 EtherCAT 主站之間傳輸過程數(shù)據(jù)，傳輸速率在微秒范圍內(nèi)。

●OPC UA 是一種標(biāo)準(zhǔn)化的、非專有的以太網(wǎng)和基于 Web 的通信協(xié)議，可以無縫集成到 MES 和 ERP 方案中。當(dāng)前的趨勢之一是在云中實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)的能力。

4.與管理級(jí)系統(tǒng)通信：MES/ ERP 系統(tǒng)接口

通過 EAP、ADS 和 OPC UA，生產(chǎn)系統(tǒng)的過程自動(dòng)化直接與上位管理系統(tǒng)— 如制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）系統(tǒng) — 通信。這個(gè)層面上的時(shí)序要求沒那么嚴(yán)格，通常從幾秒到幾毫秒。另一方面，這種通信可能要遵守生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性和組織化程度等方面的其它要求，如安全性、身份驗(yàn)證、報(bào)警、趨勢、歷史數(shù)據(jù)、基于服務(wù)的通信其其它。

5.現(xiàn)場級(jí)與控制級(jí)之間的高性能通信

對于現(xiàn)場級(jí)和控制級(jí)之間以及每個(gè)級(jí)別中的 EtherCAT 通信，工業(yè) PC 配備了標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口。工業(yè) PC（C6920）、EtherCAT耦合器和用于控制拾放機(jī)器人的伺服軸通過以太網(wǎng)電纜連接。TwinCAT 自動(dòng)化軟件為通信提供相應(yīng)的軟件模塊。

由于 EtherCAT 的的高性能確保了在實(shí)時(shí)條件下一致的數(shù)據(jù)流，通信系統(tǒng)支持生產(chǎn)流，且不會(huì)由于系統(tǒng)相關(guān)的等待時(shí)間來妨礙它。EtherCAT 以高速度、高確定性的方式收集數(shù)據(jù) — 不管是不太復(fù)雜的設(shè)備，例如位置傳感器，還是復(fù)雜的裝置，如拾放機(jī)器人和 XTS。由于沒有基礎(chǔ)總線，所有設(shè)備彼此間直接通過EtherCAT 組件進(jìn)行通信，并且可以實(shí)現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間小于 100 微秒。有了這樣的性能水平，除了控制整個(gè)系統(tǒng)之外，一臺(tái)基于 PC 的控制器還能夠控制單個(gè)系統(tǒng)，甚至是拾放機(jī)器人和高動(dòng)態(tài) XTS輸送機(jī)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。為此，XTS 利用了 EtherCAT 的高速度和帶寬以計(jì)算 PC 中的電機(jī)模型并生成運(yùn)動(dòng)的磁場。

客戶特定生產(chǎn)批量

客戶特定的生產(chǎn)基于以下原則：訂單手動(dòng)輸入或隨機(jī)生成（當(dāng)在自動(dòng)模式下時(shí)）。由于缺少資源，無法處理的訂單推遲執(zhí)行。加工系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用命令，并根據(jù)它們的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度。優(yōu)先手動(dòng)輸入訂單。

當(dāng)訂單已經(jīng)派發(fā)出去后，拾放機(jī)器人拾取相應(yīng)的工件并放到下一個(gè)可用的 XTS 動(dòng)子上。動(dòng)子輸送工件，經(jīng)由 RFID 閱讀器，到加工站，最后運(yùn)送到倉庫等待裝運(yùn)。在成功處理后，拾放機(jī)器人會(huì)將工件拾起將其輸送到交貨倉庫，在此之前，有時(shí)會(huì)輸送到一個(gè)稱重站。位置傳感器確保工件從拾放機(jī)器人安全輸送到動(dòng)子上，并從動(dòng)子再輸送到拾放機(jī)器人。

6.RFID 閱讀器

每一個(gè)工件都帶一個(gè)含有單個(gè)處理數(shù)據(jù)的 RFID 標(biāo)簽。系統(tǒng)用動(dòng)子和加工站的訂單數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，并啟動(dòng)必要的處理步驟。RFID閱讀器通過 EL6001 EtherCAT 串行總線端子模塊連接。另外，RFID 閱讀器內(nèi)置有智能系統(tǒng)，可以通過 OPC UA接口直接與控制器（通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行 M2M 通信）通信。

7.拾放機(jī)器人

拾放機(jī)器人負(fù)責(zé)搬運(yùn)和復(fù)位工件。它借助電磁鐵抓住工件，并將它們放到所需的位置上。要做到這一點(diǎn)，它的軸通過Beckhoff 的 AX5000 系列驅(qū)動(dòng)器和 AM8000 系列電機(jī)以高動(dòng)態(tài)的方式定位。

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)行為基于 Delta 運(yùn)動(dòng)。其中，Beckhoff 的 TwinCAT運(yùn)動(dòng)學(xué)變換功能庫包含了一個(gè)用于控制 Delta 運(yùn)動(dòng)的功能塊。它在 TwinCAT 系統(tǒng)中的配置和參數(shù)化，然后與 PLC 一起在C6930 工業(yè) PC 上進(jìn)行加工中心的運(yùn)動(dòng)控制。機(jī)器人控制無需使用單獨(dú)的 CPU “飛鋸”和“凸輪盤”運(yùn)動(dòng)功能同步拾放機(jī)器人與 XTS 系統(tǒng)，從而能夠合適地拾放工件。機(jī)器人能夠處理速度高達(dá)每秒 7 米的輸送機(jī)，并可實(shí)現(xiàn)最高 9 g 的加速度。盡管速度和加速度都很高，集成的動(dòng)態(tài)伺服控制確保所有動(dòng)作都能夠以較高的精度執(zhí)行。

8.高動(dòng)態(tài) XTS 磁懸浮輸送系統(tǒng)

XTS 磁懸浮輸送系統(tǒng)可以輸送、定位和和緩存工件。它由一個(gè)電機(jī)模塊、一根導(dǎo)軌、多個(gè)動(dòng)子和控制軟件組成。電機(jī)與功率元器件和位置測量系統(tǒng)一起全部集成在控制器中。一個(gè)或多個(gè)“動(dòng)子”（無電纜，可自由移動(dòng)的負(fù)載模塊）以最高每秒 4米的速度非常快速和動(dòng)態(tài)地沿著處理系統(tǒng)移動(dòng)。每個(gè)動(dòng)子都可以單獨(dú)進(jìn)行行程操控。要做到這一點(diǎn)，可以通過動(dòng)態(tài)控制導(dǎo)軌上電機(jī)模塊的各個(gè)線圈的方式生成一個(gè)用于移動(dòng)動(dòng)子的單獨(dú)、運(yùn)動(dòng)的三相交流等效磁場。為了讓控制器知道每個(gè)動(dòng)子的位置，集成的位置測量系統(tǒng)提供有關(guān)其絕對位置的信息。

通過在 TwinCAT 中將動(dòng)子映射為標(biāo)準(zhǔn)伺服軸輕松實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)。因此，程序員可以使用成熟的運(yùn)動(dòng)控制解決方案（PTP，NC，CNC）。通過“飛鋸”和“凸輪盤”功能塊，動(dòng)子可以與拾放機(jī)器人以行進(jìn)中輸送工件的方式同步。TwinCAT還為典型的 XTS 應(yīng)用提供了預(yù)配置和測試的軟件功能模塊程序，只需設(shè)置參數(shù)即可。例如，與相鄰的動(dòng)子的距離是一個(gè)可以在運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行修改的參數(shù)。為了控制加工中心的XTS，它也具備防撞、離心力限制、動(dòng)態(tài)緩沖管理和自動(dòng)組建等功能。

9.靈活的單個(gè)產(chǎn)品輸送

XTS 可以單獨(dú)和相互獨(dú)立地控制動(dòng)子。因此，可以同時(shí)在同一個(gè) XTS 中執(zhí)行不同的行程操控。動(dòng)子將工件從一個(gè)站運(yùn)送到下一個(gè)站，并以高精度定位這些工件。動(dòng)子能夠以不同的速度向前行進(jìn)。在沒有加工站的直線段，它們行進(jìn)得更快，節(jié)省時(shí)間。它們減速通過 RFID 閱讀器，從而讓 RFID 標(biāo)簽?zāi)軌虮徽_讀出。如果工件必須重新進(jìn)行處理，它們也可以往回運(yùn)行。在處理系統(tǒng)中，空的動(dòng)子聚集在倉庫前，等待下一個(gè)命令。如果隊(duì)列中有多個(gè)動(dòng)子，一個(gè)新到達(dá)的動(dòng)子可以識(shí)別到這一點(diǎn)，并自動(dòng)根據(jù)配置的動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化制動(dòng)操控— 在到達(dá)隊(duì)列尾端之前。一旦第一個(gè)動(dòng)子接收到一個(gè)新的命令并離開隊(duì)列，以同步工件的拾放機(jī)器人，隊(duì)列中的所有動(dòng)子會(huì)根據(jù)配置的動(dòng)態(tài)參數(shù)向前行進(jìn)。動(dòng)子只有當(dāng)它到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)才會(huì)報(bào)告它已經(jīng)完成了它的行程。當(dāng)然，每個(gè)動(dòng)子可在任何時(shí)候收到一個(gè)新的行進(jìn)命令。碰撞監(jiān)測系統(tǒng)在所有運(yùn)動(dòng)期間永久沿著整個(gè)行程軌跡運(yùn)行。如果工件流有變化，它們首先分開，然后以恒定的速度向下一個(gè)加工站運(yùn)行，彼此之間保持的距離也是恒定的。

10.加工站：鉆孔加工

加工中心用不同的孔模對工件進(jìn)行孔加工。為此，有二個(gè)帶不同程序的鉆孔加工工位可供選擇。工位 1 鉆小孔，工位 2鉆大孔。每個(gè)鉆孔加工工位有一個(gè)鉆削主軸和一個(gè)進(jìn)給軸。這兩個(gè)軸通過采用了單電纜技術(shù)（OCT）的 EL7211 伺服電機(jī)端子模塊控制。許多集成監(jiān)控功能為通過 I2T 模型計(jì)算諸如過壓和欠壓、過電流、端子模塊溫度及電機(jī)負(fù)載等參數(shù)提供了最大的運(yùn)行安全。先進(jìn)的功率半導(dǎo)體最大限度地減少制動(dòng)過程中的功耗和并回收功率給中間電路。EtherCAT 端子模塊EL9576 用于穩(wěn)定電源電壓。除了電源裝置之外，低內(nèi)部電阻和較高的抗脈沖峰值性能提供了良好的緩沖特性。此外，鉆孔加工工位的功耗通過 EtherCAT 端子模塊 EL4303 記錄，且數(shù)據(jù)通過功率監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行分析。控制器中集成的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)確保了鉆孔加工設(shè)備的可用性。

智能系統(tǒng)提高工藝可靠性、可用性和資源效率

工藝可靠性、設(shè)備可用性、可持續(xù)的生產(chǎn)和高品質(zhì)的產(chǎn)品是智慧工廠網(wǎng)絡(luò)的整體目標(biāo)。在生產(chǎn)過程級(jí)，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)分析功耗和加工單元的狀態(tài)以及每個(gè)工件的質(zhì)量。這樣也能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行工藝調(diào)整。數(shù)據(jù)通過云服務(wù)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析。系統(tǒng)顯示整個(gè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的功耗峰值，并識(shí)別潛在的維護(hù)需求。

11.通過電力監(jiān)控提高能效

在 Beckhoff 工業(yè) 4.0 模型中，電力監(jiān)控將重點(diǎn)放在各個(gè)系統(tǒng)部件正在使用的電上，以測定總功耗以及功率峰值和功率浪費(fèi)量。功耗數(shù)據(jù)通過 EtherCAT 端子模塊 EL3403 采集，它也記錄任何功率峰值。基于電壓（U）和電流（I）有效值，EL3403計(jì)算有功功率（P）、功耗（W）和功率因數(shù)（cosφ），這樣可以在一個(gè)生產(chǎn)周期后對不同的操作模式或替代的主要使用時(shí)間進(jìn)行評(píng)估。EL3403 中的內(nèi)部預(yù)處理系統(tǒng)提供了過程映像中的值，無需使用控制器的大量處理能力。由于它們每 15分鐘就被寫入到端子模塊的非易失性存儲(chǔ)器中，它們甚至在斷電后都可用。而且，由于它們還通過 EtherCAT 傳輸?shù)娇刂破髦校鼈兛商峁┯糜谏衔幌到y(tǒng)，以持續(xù)監(jiān)測功率狀態(tài)。有了Beckhoff 的 TwinCAT Scope 軟件，用戶能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行編譯，并得出關(guān)于功率峰值和組件功耗增加的結(jié)論。TwinCATScope 集成在用戶應(yīng)用程序中，以圖表和表格的形式實(shí)時(shí)顯示整個(gè)系統(tǒng)和單個(gè)系統(tǒng)一段時(shí)間內(nèi)的電壓消耗量、電流、有效功率和能耗。用戶可以選擇時(shí)間單位：一分鐘、一小時(shí)或一天。

12.通過狀態(tài)監(jiān)測提高可用性

質(zhì)量不好或甚至系統(tǒng)停機(jī)可能有許多原因引起。其中比較常見的是齒輪機(jī)構(gòu)中的球軸承有缺陷。為了識(shí)別這類缺陷，加工站中的鉆削工位都配備了狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。因?yàn)橛腥毕莸那蜉S承可以通過振動(dòng)分析識(shí)別，軸承配備了振動(dòng)傳感器，其數(shù)據(jù)通過 EtherCAT 端子模塊 EL3632 記錄。然后，信號(hào)在工業(yè) PC中用 TwinCAT 狀態(tài)監(jiān)測軟件庫中的功能塊進(jìn)行分析。振動(dòng)首先用快速傅立葉變換算法轉(zhuǎn)換成頻域。接著，統(tǒng)計(jì)趨勢分析表明何時(shí)何地可能會(huì)發(fā)生故障。當(dāng)球軸承出現(xiàn)磨損跡象，它們通常會(huì)發(fā)射出調(diào)制的沖擊脈沖。在較低的頻率范圍內(nèi)，它們被正常的振動(dòng)掩蓋，這使得它們難以被檢測到。理論上的希爾伯特變換工具基礎(chǔ)上進(jìn)行的一個(gè)振幅計(jì)算能夠在很寬的頻域內(nèi)鞏固這些沖擊脈沖，識(shí)別它們，并將它們分配給旋轉(zhuǎn)或靜止的軸承部件。為了排除故障和測量信號(hào)異常值，可以使用統(tǒng)計(jì)方法和數(shù)據(jù)集群（如標(biāo)準(zhǔn)偏差和峰度）來推導(dǎo)出合適的決策準(zhǔn)則。TwinCAT Scope 以易于理解的方式處理和分析測量結(jié)果，并直接將這些測量結(jié)果集成到用戶應(yīng)用程序顯示屏上。

13.使用適當(dāng)?shù)臏y量方法實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制

加工后工件的重量是一個(gè)重要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。如果它與目標(biāo)重量偏差超過 5％ 時(shí)，工件被認(rèn)為是廢品。重量可以通過一個(gè)可選的秤來測定。它的負(fù)載傳感器通過EtherCAT 端子模塊EL3356-0010 直接連接到控制器。輸入電路以高精度測定電橋電壓 UD 和供電電壓 UREF 之間的比值，并根據(jù)端子模塊中的設(shè)置將負(fù)載值作為過程值進(jìn)行計(jì)算。通過自動(dòng)自校準(zhǔn)，動(dòng)態(tài)過濾器和高達(dá) 10 毫秒的掃描速率，端子模塊適合用于高精度的緩慢稱重過程。

交互式人機(jī)界面為用戶提供支持

工業(yè) 4.0 概念也需要新的、直觀的操作界面，使得人類能夠更加輕松地 完成他們的日常工作并能夠與智能設(shè)備進(jìn)行更有效的互動(dòng)。

14.先進(jìn)的多點(diǎn)觸控面板帶來更多便利

加工系統(tǒng)和拾放 XTS 通過一個(gè)適合控制柜安裝的 24 英寸多點(diǎn)觸摸面板（CP2924）操作。面板的高觸摸點(diǎn)密度用于準(zhǔn)確、可靠且完全無抖動(dòng)地實(shí)現(xiàn)觸摸操作，即使是響應(yīng)時(shí)間較短的最小的控制動(dòng)作。操作人員可以檢查整個(gè)系統(tǒng)的功耗或每個(gè)鉆削工位的狀態(tài)，即使是戴著薄工作手套也能夠進(jìn)行操作。面板還可以很容易地通過用戶界面輸入新的命令。此外，操作人員可以使用該面板“飛速”瀏覽整條生產(chǎn)線，并檢查所有參數(shù)或使用放大功能來仔細(xì)查看細(xì)節(jié)，如故障信息。

15.控制和診斷 — 可穿戴設(shè)備

可穿戴設(shè)備 — 即用戶將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)穿在他們身上— 有助于使操作人員的工作變得更加簡單。頭戴式顯示器，也可叫做數(shù)據(jù)眼鏡，有了它，用戶可以通過讀取 QR 碼來檢查加工站、拾放 XTS 以及整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的當(dāng)前功耗。一旦有故障出現(xiàn)，系統(tǒng)還將立即在用戶視野中顯示故障消息。用戶甚至可以確認(rèn)該消息，并通過數(shù)據(jù)眼鏡復(fù)位機(jī)器狀態(tài)。例如，操作人員可以使用該設(shè)備“直接”監(jiān)控機(jī)器或甚至采取行動(dòng)來直接改變或更正機(jī)器狀態(tài)，而不總是需要在現(xiàn)場完成。若要做到這一點(diǎn)，眼鏡需要通過 TwinCAT 自動(dòng)化軟件集成到控制技術(shù)中，并與基于云的 Web 服務(wù)器通信，該服務(wù)器提供了有關(guān) TwinCAT 控制的機(jī)器的信息。類似這些應(yīng)用，數(shù)據(jù)眼鏡代表的是用于所謂的社會(huì)自動(dòng)化的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。未來的發(fā)展可能包括在線調(diào)用支持信息（如維護(hù)計(jì)劃）或通過視頻聊天與遠(yuǎn)程專家實(shí)時(shí)排除故障的能力。

16.控制和診斷 — 移動(dòng)設(shè)備

幾乎每一個(gè)用戶都有一個(gè)移動(dòng)設(shè)備，如在他或她隨身攜帶的智能手機(jī)或筆記本電腦。有了數(shù)據(jù)眼鏡，用戶也可以使用移動(dòng)計(jì)算設(shè)備在讀取 QR 碼或輸入網(wǎng)址后查看故障信息和有關(guān)系統(tǒng)可用性、功耗和訂單狀態(tài)的當(dāng)前信息。也可以提供歷史數(shù)據(jù)，從移動(dòng)設(shè)備訪問機(jī)器的過程也是可行的。

17.整個(gè)產(chǎn)品生命周期保持一致的工程環(huán)境

TwinCAT 3 自動(dòng)化軟件具有必要的模塊化和面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)。由于 TwinCAT 3 可以集成到 Microsoft Visual Studio?中，自動(dòng)化對象的編程也可以通過 IEC 61131-3 和 C 或C+ + 編程語言的第三版實(shí)現(xiàn)。所得到的對象（模塊）可以交換數(shù)據(jù)并相互調(diào)用，不管它們是用什么語言編寫的。通過將MATLAB?/Simulink?集成到 TwinCAT 3 中，用戶還可以仿真動(dòng)態(tài)系統(tǒng)并針對這些仿真測試控制程序。工作站演示了演示程序中加工系統(tǒng)中所包含的應(yīng)用程序。測量技術(shù)和狀態(tài)監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)一步說明了TwinCAT 狀態(tài)監(jiān)測軟件庫的使用和 TwinCAT 3 Scope 的集成，以收集、處理和顯示數(shù)據(jù)。從專有的工程工具傳輸數(shù)據(jù)的能力為一致開發(fā)工藝奠定了基礎(chǔ)。Beckhoff 的系統(tǒng)采用 TwinCAT XCAD接口從 EPLAN E-CAD 工具導(dǎo)入數(shù)據(jù)到 TwinCAT 3 自動(dòng)化平臺(tái)中。開發(fā)工作站中展示的其它特點(diǎn)是將軸集成到控制程序中并通過甘特圖分析周期時(shí)間。