开放式的并基于 PC 的自动化系统、经过改善的连接性能、高速 I/O 端子模块、TwinCAT 自动化软件以及高效的驱动技术为工业 4.0 运动打下了坚实的技术基础。德国倍福自动化有限公司总裁 Hans Beckhoff 先生在接受《开放式自动化》（openautomation）杂志采访时就公司战略和最新发展谈了谈自己的看法。
2014 年对于 Beckhoff 来说是一个具有重要意义的周年纪念：“25年前，我们使用我们基于光纤的 Lightbus — 第一个现场总线— 实现了第一批应用。” Hans Beckhoff 先生回忆道。这一高速通讯解决方案至今仍在使用。公司的产品、系统和解决方案覆盖的工业应用领域十分广泛。这为整个机械工程行业以及在楼宇和能源自动化、测量技术、过程工程、过程技术，甚至娱乐工程应用都提供了一个理想的控制平台。“在销售额方面，我们同样看到了我们几乎在所有细分市场中都取得了积极的增长。”Hans总裁高兴地说道。“引领趋势，求新求变，锐意发展，是我们在全球自动化领域的不懈追求。此过程中收获的成果，使我们为各行业的客户提供全新的优化的解决方案成为可能。”
自动化平台已为工业 4.0做好准备
它是如何与工业 4.0 相契合的呢？“自动化是一个高科技产业，它使得长期投资的商品更加智能化。”物理学专业毕业的Beckhoff 先生解释说道。“这样可以实现一个稳定的发展，伴随着较小规模，有时又较大规模的技术革命。”他认为当前革命中批量大小为1 的生产的自动化并不是件新鲜事物：“早在 1986 年，我们就为一台机器装配了基于PC 的控制器，它可以单件小批量生产窗户。”
现在，随着自动化技术产业涵盖了“物联网”，互联网技术的融合也将影响多个领域，这经常被称为第四次工业革命或工业4.0。“术语‘革命’一词通常被用来意指一蹴而就。”Beckhoff先生继续说道。“但是，从第一次工业革命到第三次工业革命的进展分析表明，相关的技术变革需要数十年的时间。”HansBeckhoff 认为，工业 4.0 也是一次具有革命性意义的发展— 而一次技术的飞跃将需要一段时间才能实现全行业采用。“到2040 年，当人们再次回顾 2010 年到2030 年这段时间时，就会发现这一发展更像是一次快速进步的革命。”Hans 总裁补充道。“凭借基于PC 的开放式自动化解决方案系列，我们已为工业 4.0 做好了充分的准备。基于PC 的控制技术始终推动着 IT 和自动化技术（AT）的融合，因此它自然也大大促进了扩展互联网连接。”最重要的是，计算机支持与云之间符合标准的通讯。“例如，Beckhoff公司使用微软的 Azure — 开放、灵活的云平台— 来实现这一类型的通讯。” Beckhoff 先生补充说道。
“也可以通过我们基于PC 的自动化平台直接连接 SAP 或 ERP 和MES 系统。”Hans Beckhoff 继续说道。“去年，我们的技术研究成果突显了谷歌眼镜对机器的监控和操作是一项令人振奋的技术进步。这种“可穿戴式HMI”清楚地表明，PC 控制技术可以立即与新的连接技术相匹配；如果可以提供正确的基础技术，则这些好处立即能够在融合解决方案内体现。因此，与我们客户展开的广泛讨论有力证明，即便从我们现在已经实现的各种应用而言，我们的工业4.0 征途已竟其半。”
“尖端集群‘it’sOWL’（北威州智能技术系统‘OWL’）也取得了成功发展。” Hans Beckhoff 说道。东威斯特伐利亚-利佩地区总共有174 家专注于智能技术系统领域的公司、大学、卓越科研中心以及经济组织于 2011 年走到了一起，现在被视为铺平工业4.0 道路的开拓者。“现乃工业 4.0 上半场已毕之际。每个项目都非常成功，因此，德国政府同意进一步提高补贴。HansBeckhoff 坚信，尖端集群举措将为整个东威斯特伐利亚地区带来了投资热潮。“这也引起了国际社会的广泛关注。我们致力于大张旗鼓地鼓励并推进伙伴间合作，此举让众多中小企业及大专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，这些都是他们所难以企及的。”
高效的模块化工程
特别是就柔性制造理念而言，重要的是对开发工作的自动完成以及对软件模块复用性的支持。这种一致的软件模块化可以使用TwinCAT 3 实现：“软件模块的组合简化了软件的设计工作，同时也让程序员从繁琐的工作中解脱出来。”HansBeckhoff 强调道。此外，还需要一个高效、功能齐全的工具箱。这可以在TwinCAT 3 中通过面向对象的 IEC61131-3 标准语言、C和 C++ 编译器编写，而且还可以集成到 MATLAB?/Simulink?中。这使得在编程语言上的选择非常自由。您可以在需要的时候选择最适合这项任务的工具。TwinCAT 3 的另一大特色是将Visual Studio? 集成到编程环境中。
“除此之外，还可以使用TwinCAT Automation Interface 完整地远程控制工程系统以及自动生成代码和配置。”HansBeckhoff 解释道。“因此，可以减少手动创建控制项目以及相应产生的误差。TwinCATAutomation Interface 是一种开放式接口，除了标准的微软 .NET 编程语言之外，它也支持高级脚本语言，如Windows Powershell 或 IronPython。”“对于视觉管理，我们使用的是诸如微软的Team Foundation Server（TFS）。”HansBeckhoff 继续说道。它可以有效地规划、创建和管理项目；此外，模块可以通过这个Windows 平台重复用于协同软件项目。Hans 总裁深信，世界上最发达的软件工程平台内的编程将继续给用户带来更大的好处。“在软件开发方面，我们使用的是一个有前途、应用广泛且功能强大的平台。”他强调说道。
“几十年来，微软和英特尔都为IT 提供了最强大的平台。因此，我们知道这些平台非常适合我们的 PC 控制技术。”HansBeckhoff 阐述道。“英特尔处理器是Beckhoff 基于 PC 的自动化系统的主要推动力。例如，新一代Bay Trail 处理器被广泛用在 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。每个设备系列还为用户提供了单核、双或四核型号的选项。”Beckhoff 先生指出，BayTrail 是“一款最适合的处理器，尤其是在自动化领域，因为它设计时就考虑到让缓存内存直接分配给CPU 内核，从而在多核应用中具有出色的表现。”
科技自动化：“世界上最强大的机器控制器”
现代化的柔性生产设施以及单台高性能机器中的集中控制解决方案需要日益强大的控制系统。因此，Beckhoff将推出 C6670 — 公司有史以来建造的功能最强大的一款PC，也就是俗称的“大铁块”（早在大型机时代，“大铁块”就是一个用来形容最强大型机的口语表述）。C66xx系列高端型号的控制柜式 PC 有具有 12、24甚至 36 个内核的型号可提供，价格在 6000 欧到15,000 欧之间。RAM 最小为128 GB，可扩展到 2 TB。“摩尔定律仍然适用，因为36 核处理器今年已经对外发布。”Beckhoff 先生补充说道。“到2020 年，机器的工业 PC 成本很可能和今天的控制器差不多，但其功能会提高 8 到16 倍，且内存大小也是现在难以想象的。”通过“大铁块”项目，Beckhoff将继续奉行“科技自动化”理念，即机器的所有控制功能都通过软件实现，从运动控制到视觉再到工程算法，全部都在一个非常强大的多核处理器中计算。“TwinCAT3 让我们能够将各个控制任务分配给各个内核，从而高效利用所有内核资源，展示了 C6670 这一世界上最强大的机器控制器之一。”Beckhoff先生骄傲地说道。“在 2014 年德国纽伦堡工业自动化展会SPS IPC Drives 上，我们展示了一个高性能应用，它由一台具有 24 个内核的“大铁块”PC 控制 — 为应用带来诸多好处。”这是2014 年德国纽伦堡展会所有展品中最大的一个亮点。
除了高处理器性能之外，基于 PC 和EtherCAT 的控制技术还针对极速通讯进行了优化。“我们在2008 年推出的 XFC 极速控制技术缩短了标准机器的控制周期，提高了效率并保护了资源。”HansBeckhoff 强调说道。“该项技术适用于广泛的应用范围，从注塑机到印刷机，从机床到装配机器。”如果同一台机器上可以生产更多的工件，效益将明显地迅速提升：“公司将能够在同一台机器体积中实现更高的性能，同时提高产量，降低能耗。总体而言，工厂内需要的机器更少，因此可以大大缩短摊销年限。”他在简要阐述XFC 优势时如此说道。
通过 XFC 技术，分布式时钟和时间戳I/O 信号能够实现小于 100 μs 的I/O 响应时间。“这是一个全面的方法。”Beckhoff 先生解释说道。“另一方面，I/O信号的高速预处理只是一个特例。”通过XFC 可以实现100 ns（纳秒！）的绝对精度。“通过我们的XFC 技术，我们可以轻松地满足即使是最快速的需求。” “由于PC控制技术的性能预期将得到很大提升，所以每个行业将能够实施其特定的‘杀手级应用’”Beckhoff先生继续说道。“同时，快速周期时间只是等式的一个部分，因为经常需要用到复杂数学算法的实时计算能力。图像处理的无缝集成可以是一个解决办法。就高速、高效的机器控制器而言，客户基本上只会受到他们在设计其应用程序时的想象力限制，或者说只有他们想不到的，没有机器做不到的。”
线路板式总线端子模块
I/O 系统为在输入和输出层灵活的数据传输提供了理想的解决方案，没有它们，设备和机器的柔性自动化方案在今天将几乎是不可能的。迄今为止，Beckhoff已经为控制柜或机器安装提供大量模块化 I/O 系统，包括EtherCAT 端子模块（IP 20）、总线端子模块（IP20）、EtherCAT 端子盒（IP67 或 IP 69K）以及现场总线端子盒（IP67）。
公司最近为 SPS IPC Drives 展会开发了一套全新的I/O 系统：“我们的 EJ 系统由具有总线端子模块功能系列的I/O 模块构成，可以直接插接到线路板上。”Hans Beckhoff 先生解释说道。基本的线路板用作高度模块化的EJ 系列 EtherCAT I/O 解决方案的接线层，这是首次在客户项目中开发而成的。此外，该解决方案可通过辅助机电功能提供，从而可以包含任何所需的插接口。
“新型EtherCAT 插拔式模块主要用于批量生产应用中。”Beckhoff 公司总裁如是说道。“在标准机器的大规模生产中，例如，一部分控制柜可以以印刷电路板的形式实现。我们的全新系统在批量生产中的最大优点就是以预制电缆线束代替人工接线。”它也可用于完全不同的应用中，如电力测量站。“我们正在为所有主要类型的型号推出我们的线路板式电子总线端子模块。”Beckhoff先生宣布道。除此之外的更高要求也可以很快地满足。“我们的新EJ 系统使得机器和 I/O 层有更多的通讯，即使没有技术人员的干预。”
此次展会上，我们还展出了成熟的 I/O 系统中的新产品。比如，IO-Link，它通常被认为是工业4.0 征程中的“最后一米”。因此，Beckhoff现在正在为其现场总线盒系列配备 IO-Link 技术。“我们看到IO-Link 越来越受到市场关注。”Hans Beckhoff 补充说道。
通过创新技术解决由来已久的驱动方面的挑战
通过 XTS 直线驱动技术，Beckhoff为在很多机械工程领域实现新的机器方案提供了一个驱动解决方案。“我们的XTS 是一套不可思议的机电一体化套件，突破了传统直线驱动技术的局限性。”Beckhoff 先生指出。全世界已经有很多新的应用配备了XTS 系统，并在此次展会上展出了新的 XTS 软件库。此外，观众们还在现场观看到了多个不同的XTS 应用。“新的亮点是，现在 XTS 的弧度最大可达到22.5 度。”他接着说道。“这意味着，XTS可以方便地实现更多几何形状，如卡雷拉轨道。”
超高速 AX8000 系列多轴伺服驱动器是Beckhoff 在 SPS IPC Drives 展会上展出的另一个创新产品。“我们最新的标准系列的紧凑型EtherCAT 伺服驱动器采用了高效的 FPGA 和ARM 处理器。”Hans Beckhoff 阐述道。“新的多通道电流控制技术能够实现电流环控制的采样和响应时间小于1 微秒，具有低至 16 微秒的速度控制循环时间 — 取决于所配置的开关频率。”
“每台AX8000 驱动器都集成了一个 TwinCAT Runtime 系统，它也可以使用C 语言的子模块、IEC 61131-3 和MATLAB? 进行编程。”特殊的连接机制缩短了AX8000 的调试时间。
Hans 总裁对其位于德国 Marktheidenfeld 的生产基地的伺服电机生产能力相当满意。“今年，我们的电机产量翻了一番。”HansBeckhoff 指出。因此，我们将会对Marktheidenfeld 生产基地进一步进行扩建。HansBeckhoff 还暗示他们在未来一年仍会取得令人振奋的进展，甚至还具有小规模技术变革的潜力。总体来说，他认为公司也正在通往工业4.0 目标的道路上大步迈进。
(审核编辑: 智汇胡妮)
