當電子設備故障越來越頻繁時，總部位於黑爾策布羅克的 Vetex 公司意識到，是時候對簇絨機進行改造升級，並轉向基於 PC 的控製技術。倍福的緊湊型驅動技術幫助他們實現了全新的紗線送料方式：424 個 ASI8114 驅控一體步進電機取代了傳統的紗線送料輥，為係統輸送約 1700 根紗線 — 不僅可對每根紗線的長度進行獨立快速控製，還能對紗線張力進行實時監測。
總部位於黑爾策布羅克的地毯專製造商 Vetex 提供各式圖案、色彩與尺寸的地毯產品。其旗下 Infloor-Girloon 品牌在全球市場推廣的產品種類極為豐富，涵蓋多種質量等級的標準產品，絨頭重量從 500 克/平米到 2000 克/平米不等。“我們的其它明星產品包括定製印花圖案地毯，以及自粘式方塊地毯，這種地毯可直接鋪裝在無塵、平整的地板上，並能隨時拆除且不留殘膠。”Vetex 公司生產與產品管理部門負責人 Josef Röttgers 介紹道。
全球最常用的地毯製造工藝是簇絨法，它是一種介於縫紉與刺繡之間的技術。穿好絨頭紗（簇絨紗）的機針穿過底布，而底布則通過送料輥和牽引輥與機器運行周期同步移動。機針垂直排放在簇絨機的寬度方向，以 Vetex 設備為例，4.29 米寬的工作幅麵上精確排列著 1696 根簇絨針。“這相當於每英寸地毯寬度上分布了十根機針。”Vetex 簇絨與織造部門生產經理 Ralf Bosch 解(jie)釋(shi)道(dao)。鉤(gou)針(zhen)在(zai)穿(chuan)過(guo)底(di)布(bu)後(hou)，在(zai)底(di)布(bu)背(bei)麵(mian)形(xing)成(cheng)絨(rong)紗(sha)線(xian)圈(quan)並(bing)固(gu)定(ding)其(qi)高(gao)度(du)，如(ru)果(guo)這(zhe)些(xie)針(zhen)鉤(gou)同(tong)步(bu)配(pei)備(bei)刀(dao)片(pian)，便(bian)能(neng)將(jiang)線(xian)圈(quan)割(ge)開(kai)，使(shi)簇(cu)絨(rong)織(zhi)物(wu)成(cheng)功(gong)轉(zhuan)變(bian)為(wei)割(ge)絨(rong)地(di)毯(tan)。
對於 Infloor-Girloon 的目標市場 — 連鎖酒店、辦公場所、保險公司、專業零售商及建築行業而言，產品質量與耐用性至關重要，能夠根據色彩、質地和圖案定製設計地毯的能力也不可或缺。“生產過程必須盡可能順暢、精準，而舊有的控製係統已無法滿足這一要求。”Ralf Bosch 說道，他強調了倍福與位於雷達-維登布呂克的機械製造商 Gierecker & Brökelmann 共同實施升級改造的必要性。因此，這台簇絨機上原本故障頻發的電子設備全部更換為高性能且靈活的控製與驅動技術 — 基於 PC 的控製解決方案。
這不僅能縮短響應時間，還能提升客戶滿意度。總之，LLM 為應對現代商業領域的眾多挑戰提供了高效、創新的解決方案。
—— Josef Röttgers
01
配備 400 餘個驅控一體步進電機的紗線送料裝置
在簇絨機改造過程中，原有的驅動技術被替換為多個 AM8000 係列同步伺服電機 和 AX5000 緊湊型伺服驅動器，用於控製機針行程、簇絨織物送料、壓腳以及升降工作台等。“在此次升級改造中，精確的紗線送料與紗線張力控製是重中之重。Vetex公司 采用了一套全新方案，而唯有借助結構緊湊的 ASI8114 驅控一體步進電機，該方案才能得以順利落地實施。”倍福公司負責此次升級改造項目的項目經理兼編程工程師 Jens Hülsebusch 解釋道。總計 424 驅(qu)控(kong)一(yi)體(ti)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)，通(tong)過(guo)相(xiang)應(ying)的(de)軸(zhou)從(cong)紗(sha)架(jia)牽(qian)出(chu)四(si)根(gen)紗(sha)線(xian)，再(zai)經(jing)混(hun)紗(sha)箱(xiang)與(yu)牽(qian)引(yin)輥(gun)輸(shu)送(song)至(zhi)設(she)備(bei)。這(zhe)些(xie)紗(sha)線(xian)驅(qu)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)的(de)速(su)度(du)每(mei)秒(miao)每(mei)秒(miao)可(ke)變(bian)化(hua)多(duo)達(da)十(shi)次(ci)。
“由於這些驅控一體步進電機尺寸緊湊，法蘭尺寸僅為 42 毫米，並且具有功耗低的特點，因此可以實現高密度安裝。”倍福驅動技術高級產品經理 Christian Mische 補充道。“與其它解決方案相比，這種設計方案顯著降低了 1696 根獨立紗線送入係統的結構複雜度，同時實現了更高精度的控製。”Ralf Bosch 證實道。
采用 48 伏fu直zhi流liu供gong電dian的de緊jin湊cou型xing驅qu動dong技ji術shu不bu僅jin節jie省sheng了le寶bao貴gui的de安an裝zhuang空kong間jian，更geng帶dai來lai多duo重zhong優you勢shi。其qi內nei置zhi的de反fan饋kui係xi統tong將jiang步bu進jin電dian機ji轉zhuan變bian為wei采cai用yong矢shi量liang控kong製zhi的de精jing密mi伺si服fu驅qu動dong器qi。與yu傳chuan統tong步bu進jin電dian機ji相xiang比bi，這zhe意yi味wei著zhe能neng耗hao與yu發fa熱re量liang大da幅fu降jiang低di，改gai造zao後hou設she備bei的de功gong耗hao從cong傳chuan統tong設she備bei的de近jin 8 千瓦降至約 4 千瓦。“對於兩班製運行且擁有多台設備的情況，這種節能效果對降低能耗和減少碳排放具有顯著的意義。”Ralf Bosch 表示。這些驅控一體步進電機由 19 個 PS3000 電源模塊供電。
基於 PC 的控製係統通過電機電流或產生的扭矩來調節紗線張力，並能夠檢測張力過高或斷線情況。“這兩者都會直接影響地毯品質。”Josef Röttgers 說道。紗線張力通過點陣圖在 CP2918 控製麵板上顯示給設備操作人員。“操作人員可通過顏色變化立即定位紗線送料卡頓位置，並在必要時及時進行幹預。”Jens Hülsebusch 說道。為確保顯示與設備運行周期同步，可視化界麵由 TwinCAT 3 PLC HMI (TF1800) 創建。
02
無風扇嵌入式控製器肩負
係統控製核心重任
TwinCAT 以 1 毫秒的周期時間精確計算實現所需紗線張力所需的電機電流或扭矩。“為確保實現如此短的控製周期，我們將數量龐大的步進電機以及其它任務分配至 C6032 超緊湊型工業 PC 的八個處理器核心和多個 EtherCAT 網段。”Jens Hülsebusch 解釋道。每個以太網接口分別將 100 個驅控一體步進電機連接至工業 PC。第五個分接點連接其餘的 EtherCAT 端子模塊、EP 端子盒以及用於控製簇絨機其它驅動單元的 AX5000 緊湊型伺服驅動器。數控部分、可視化界麵及快慢速工藝進程分別分配給另外的 CPU 核心。“在此應用中，我們充分發揮了基於 PC 的控製技術的靈活性和工業 PC 的性能優勢。”Jens Hülsebusch 總結道。
Josef Röttgers 對此予以證實：“這是 Vetex 迄今實施過的最為複雜的設備改造項目，但得益於倍福係統工程技術團隊的精心籌備與專業實力，整個過程進展得十分順利。”改造過程中麵臨著諸多挑戰，其中就包括要根據地毯設計對大量驅動器進行獨立控製，以及在控製係統中解析和處理圖案的位圖數據。“不同長度的紗線縫入底布，便形成了各種各樣的圖案。”Ralf Bosch 解釋道。為實現這一效果，TwinCAT 必須將圖形設計師設計的圖案逐像素轉換為 424 個驅控一體步進電機的位置設定值和紗線長度，並生成運動軌跡。在這方麵，基於 PC 的控製技術能夠充分發揮其優勢，因為 C6032 超緊湊型工業 PC 可以與 TwinCAT 3 配合使用，提供充足的實時內存來讀取和處理約 10 MB 的文件。控製器與設計部門或訂單規劃部門之間通過 TwinCAT 3 XML Server（TF6421) 建立連接。而複雜的運動序列則通過 TwinCAT 3 PLC/NC PTP (TC1250) 和 NC Camming (TF5050)。
基於此次極其成功的改造經驗，Vetex 正著手推進更多的現代化升級改造項目：除改造自粘方塊地毯切割係統外，Josef Röttgers 已經開始規劃明年對另一台簇絨機進行升級改造。
關於德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注於自動化新技術的德資企業，創立於 1980 年nian，總zong部bu位wei於yu德de國guo威wei爾er市shi。作zuo為wei全quan球qiu自zi動dong化hua技ji術shu的de驅qu動dong者zhe，倍bei福fu定ding義yi了le自zi動dong化hua領ling域yu的de許xu多duo標biao準zhun，是shi國guo際ji標biao準zhun的de製zhi定ding者zhe和he推tui動dong者zhe。公gong司si所suo生sheng產chan的de工gong業ye PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控製係統，可為各個工控領域提供開放式自動化係統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作夥伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福於 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶於上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用於風力發電、半導體、光伏太陽能、電子製造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網於 2014 年成為中國國家推薦性標準，並已入編工信部的《國家智能製造標準體係建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基於 PC 的控製技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能製造奠定了堅實的技術基礎。
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