??開放式的并基于 PC 的自動化系統、經過改善的連接性能、高速 I/O 端子模塊、TwinCAT 自動化軟件以及高效的驅動技術為工業 4.0 運動打下了堅實的技術基礎。德國倍福自動化有限公司總裁 Hans Beckhoff 先生在接受《開放式自動化》（openautomation）雜志采訪時就公司戰略和最新發展談了談自己的看法。

2014 年對于 Beckhoff 來說是一個具有重要意義的周年紀念：“25年前，我們使用我們基于光纖的 Lightbus — 第一個現場總線— 實現了第一批應用。” Hans Beckhoff 先生回憶道。這一高速通訊解決方案至今仍在使用。公司的產品、系統和解決方案覆蓋的工業應用領域十分廣泛。這為整個機械工程行業以及在樓宇和能源自動化、測量技術、過程工程、過程技術，甚至娛樂工程應用都提供了一個理想的控制平臺。“在銷售額方面，我們同樣看到了我們幾乎在所有細分市場中都取得了積極的增長。”Hans總裁高興地說道。“引領趨勢，求新求變，銳意發展，是我們在全球自動化領域的不懈追求。此過程中收獲的成果，使我們為各行業的客戶提供全新的優化的解決方案成為可能。”

自動化平臺已為工業 4.0做好準備

它是如何與工業 4.0 相契合的呢？“自動化是一個高科技產業，它使得長期投資的商品更加智能化。”物理學專業畢業的Beckhoff 先生解釋說道。“這樣可以實現一個穩定的發展，伴隨著較小規模，有時又較大規模的技術革命。”他認為當前革命中批量大小為1 的生產的自動化并不是件新鮮事物：“早在 1986 年，我們就為一臺機器裝配了基于PC 的控制器，它可以單件小批量生產窗戶。”

現在，隨著自動化技術產業涵蓋了“物聯網”，互聯網技術的融合也將影響多個領域，這經常被稱為第四次工業革命或工業4.0。“術語‘革命’一詞通常被用來意指一蹴而就。”Beckhoff先生繼續說道。“但是，從第一次工業革命到第三次工業革命的進展分析表明，相關的技術變革需要數十年的時間。”HansBeckhoff 認為，工業 4.0 也是一次具有革命性意義的發展— 而一次技術的飛躍將需要一段時間才能實現全行業采用。“到2040 年，當人們再次回顧 2010 年到2030 年這段時間時，就會發現這一發展更像是一次快速進步的革命。”Hans 總裁補充道。“憑借基于PC 的開放式自動化解決方案系列，我們已為工業 4.0 做好了充分的準備。基于PC 的控制技術始終推動著 IT 和自動化技術（AT）的融合，因此它自然也大大促進了擴展互聯網連接。”最重要的是，計算機支持與云之間符合標準的通訊。“例如，Beckhoff公司使用微軟的 Azure — 開放、靈活的云平臺— 來實現這一類型的通訊。” Beckhoff 先生補充說道。

“也可以通過我們基于PC 的自動化平臺直接連接 SAP 或 ERP 和MES 系統。”Hans Beckhoff 繼續說道。“去年，我們的技術研究成果突顯了谷歌眼鏡對機器的監控和操作是一項令人振奮的技術進步。這種“可穿戴式HMI”清楚地表明，PC 控制技術可以立即與新的連接技術相匹配；如果可以提供正確的基礎技術，則這些好處立即能夠在融合解決方案內體現。因此，與我們客戶展開的廣泛討論有力證明，即便從我們現在已經實現的各種應用而言，我們的工業4.0 征途已竟其半。”

“尖端集群‘it’sOWL’（北威州智能技術系統‘OWL’）也取得了成功發展。” Hans Beckhoff 說道。東威斯特伐利亞-利佩地區總共有174 家專注于智能技術系統領域的公司、大學、卓越科研中心以及經濟組織于 2011 年走到了一起，現在被視為鋪平工業4.0 道路的開拓者。“現乃工業 4.0 上半場已畢之際。每個項目都非常成功，因此，德國政府同意進一步提高補貼。HansBeckhoff 堅信，尖端集群舉措將為整個東威斯特伐利亞地區帶來了投資熱潮。“這也引起了國際社會的廣泛關注。我們致力于大張旗鼓地鼓勵并推進伙伴間合作，此舉讓眾多中小企業及大專院校找到了理念一致、志趣相投的全新的高端合作伙伴，而在此之前，這些都是他們所難以企及的。”

高效的模塊化工程

特別是就柔性制造理念而言，重要的是對開發工作的自動完成以及對軟件模塊復用性的支持。這種一致的軟件模塊化可以使用TwinCAT 3 實現：“軟件模塊的組合簡化了軟件的設計工作，同時也讓程序員從繁瑣的工作中解脫出來。”HansBeckhoff 強調道。此外，還需要一個高效、功能齊全的工具箱。這可以在TwinCAT 3 中通過面向對象的 IEC61131-3 標準語言、C和 C++ 編譯器編寫，而且還可以集成到 MATLAB?/Simulink?中。這使得在編程語言上的選擇非常自由。您可以在需要的時候選擇最適合這項任務的工具。TwinCAT 3 的另一大特色是將Visual Studio? 集成到編程環境中。

“除此之外，還可以使用TwinCAT Automation Interface 完整地遠程控制工程系統以及自動生成代碼和配置。”HansBeckhoff 解釋道。“因此，可以減少手動創建控制項目以及相應產生的誤差。TwinCATAutomation Interface 是一種開放式接口，除了標準的微軟 .NET 編程語言之外，它也支持高級腳本語言，如Windows Powershell 或 IronPython。”“對于視覺管理，我們使用的是諸如微軟的Team Foundation Server（TFS）。”HansBeckhoff 繼續說道。它可以有效地規劃、創建和管理項目；此外，模塊可以通過這個Windows 平臺重復用于協同軟件項目。Hans 總裁深信，世界上最發達的軟件工程平臺內的編程將繼續給用戶帶來更大的好處。“在軟件開發方面，我們使用的是一個有前途、應用廣泛且功能強大的平臺。”他強調說道。 

“幾十年來，微軟和英特爾都為IT 提供了最強大的平臺。因此，我們知道這些平臺非常適合我們的 PC 控制技術。”HansBeckhoff 闡述道。“英特爾處理器是Beckhoff 基于 PC 的自動化系統的主要推動力。例如，新一代Bay Trail 處理器被廣泛用在 CX51xx 系列嵌入式控制器、CP27xx和 CP37xx 系列面板型PC 以及 C6915 控制柜式PC 中。每個設備系列還為用戶提供了單核、雙或四核型號的選項。”Beckhoff 先生指出，BayTrail 是“一款最適合的處理器，尤其是在自動化領域，因為它設計時就考慮到讓緩存內存直接分配給CPU 內核，從而在多核應用中具有出色的表現。”

科技自動化：“世界上最強大的機器控制器”

現代化的柔性生產設施以及單臺高性能機器中的集中控制解決方案需要日益強大的控制系統。因此，Beckhoff將推出 C6670 — 公司有史以來建造的功能最強大的一款PC，也就是俗稱的“大鐵塊”（早在大型機時代，“大鐵塊”就是一個用來形容最強大型機的口語表述）。C66xx系列高端型號的控制柜式 PC 有具有 12、24甚至 36 個內核的型號可提供，價格在 6000 歐到15,000 歐之間。RAM 最小為128 GB，可擴展到 2 TB。“摩爾定律仍然適用，因為36 核處理器今年已經對外發布。”Beckhoff 先生補充說道。“到2020 年，機器的工業 PC 成本很可能和今天的控制器差不多，但其功能會提高 8 到16 倍，且內存大小也是現在難以想象的。”通過“大鐵塊”項目，Beckhoff將繼續奉行“科技自動化”理念，即機器的所有控制功能都通過軟件實現，從運動控制到視覺再到工程算法，全部都在一個非常強大的多核處理器中計算。“TwinCAT3 讓我們能夠將各個控制任務分配給各個內核，從而高效利用所有內核資源，展示了 C6670 這一世界上最強大的機器控制器之一。”Beckhoff先生驕傲地說道。“在 2014 年德國紐倫堡工業自動化展會SPS IPC Drives 上，我們展示了一個高性能應用，它由一臺具有 24 個內核的“大鐵塊”PC 控制 — 為應用帶來諸多好處。”這是2014 年德國紐倫堡展會所有展品中最大的一個亮點。

除了高處理器性能之外，基于 PC 和EtherCAT 的控制技術還針對極速通訊進行了優化。“我們在2008 年推出的 XFC 極速控制技術縮短了標準機器的控制周期，提高了效率并保護了資源。”HansBeckhoff 強調說道。“該項技術適用于廣泛的應用范圍，從注塑機到印刷機，從機床到裝配機器。”如果同一臺機器上可以生產更多的工件，效益將明顯地迅速提升：“公司將能夠在同一臺機器體積中實現更高的性能，同時提高產量，降低能耗。總體而言，工廠內需要的機器更少，因此可以大大縮短攤銷年限。”他在簡要闡述XFC 優勢時如此說道。

通過 XFC 技術，分布式時鐘和時間戳I/O 信號能夠實現小于 100 μs 的I/O 響應時間。“這是一個全面的方法。”Beckhoff 先生解釋說道。“另一方面，I/O信號的高速預處理只是一個特例。”通過XFC 可以實現100 ns（納秒！）的絕對精度。“通過我們的XFC 技術，我們可以輕松地滿足即使是最快速的需求。” “由于PC控制技術的性能預期將得到很大提升，所以每個行業將能夠實施其特定的‘殺手級應用’”Beckhoff先生繼續說道。“同時，快速周期時間只是等式的一個部分，因為經常需要用到復雜數學算法的實時計算能力。圖像處理的無縫集成可以是一個解決辦法。就高速、高效的機器控制器而言，客戶基本上只會受到他們在設計其應用程序時的想象力限制，或者說只有他們想不到的，沒有機器做不到的。”

線路板式總線端子模塊

I/O 系統為在輸入和輸出層靈活的數據傳輸提供了理想的解決方案，沒有它們，設備和機器的柔性自動化方案在今天將幾乎是不可能的。迄今為止，Beckhoff已經為控制柜或機器安裝提供大量模塊化 I/O 系統，包括EtherCAT 端子模塊（IP 20）、總線端子模塊（IP20）、EtherCAT 端子盒（IP67 或 IP 69K）以及現場總線端子盒（IP67）。

公司最近為 SPS IPC Drives 展會開發了一套全新的I/O 系統：“我們的 EJ 系統由具有總線端子模塊功能系列的I/O 模塊構成，可以直接插接到線路板上。”Hans Beckhoff 先生解釋說道。基本的線路板用作高度模塊化的EJ 系列 EtherCAT I/O 解決方案的接線層，這是首次在客戶項目中開發而成的。此外，該解決方案可通過輔助機電功能提供，從而可以包含任何所需的插接口。

“新型EtherCAT 插拔式模塊主要用于批量生產應用中。”Beckhoff 公司總裁如是說道。“在標準機器的大規模生產中，例如，一部分控制柜可以以印刷電路板的形式實現。我們的全新系統在批量生產中的最大優點就是以預制電纜線束代替人工接線。”它也可用于完全不同的應用中，如電力測量站。“我們正在為所有主要類型的型號推出我們的線路板式電子總線端子模塊。”Beckhoff先生宣布道。除此之外的更高要求也可以很快地滿足。“我們的新EJ 系統使得機器和 I/O 層有更多的通訊，即使沒有技術人員的干預。”

此次展會上，我們還展出了成熟的 I/O 系統中的新產品。比如，IO-Link，它通常被認為是工業4.0 征程中的“最后一米”。因此，Beckhoff現在正在為其現場總線盒系列配備 IO-Link 技術。“我們看到IO-Link 越來越受到市場關注。”Hans Beckhoff 補充說道。

通過創新技術解決由來已久的驅動方面的挑戰

通過 XTS 直線驅動技術，Beckhoff為在很多機械工程領域實現新的機器方案提供了一個驅動解決方案。“我們的XTS 是一套不可思議的機電一體化套件，突破了傳統直線驅動技術的局限性。”Beckhoff 先生指出。全世界已經有很多新的應用配備了XTS 系統，并在此次展會上展出了新的 XTS 軟件庫。此外，觀眾們還在現場觀看到了多個不同的XTS 應用。“新的亮點是，現在 XTS 的弧度最大可達到22.5 度。”他接著說道。“這意味著，XTS可以方便地實現更多幾何形狀，如卡雷拉軌道。”

超高速 AX8000 系列多軸伺服驅動器是Beckhoff 在 SPS IPC Drives 展會上展出的另一個創新產品。“我們最新的標準系列的緊湊型EtherCAT 伺服驅動器采用了高效的 FPGA 和ARM 處理器。”Hans Beckhoff 闡述道。“新的多通道電流控制技術能夠實現電流環控制的采樣和響應時間小于1 微秒，具有低至 16 微秒的速度控制循環時間 — 取決于所配置的開關頻率。”

“每臺AX8000 驅動器都集成了一個 TwinCAT Runtime 系統，它也可以使用C 語言的子模塊、IEC 61131-3 和MATLAB? 進行編程。”特殊的連接機制縮短了AX8000 的調試時間。

Hans 總裁對其位于德國 Marktheidenfeld 的生產基地的伺服電機生產能力相當滿意。“今年，我們的電機產量翻了一番。”HansBeckhoff 指出。因此，我們將會對Marktheidenfeld 生產基地進一步進行擴建。HansBeckhoff 還暗示他們在未來一年仍會取得令人振奮的進展，甚至還具有小規模技術變革的潛力。總體來說，他認為公司也正在通往工業4.0 目標的道路上大步邁進。

??