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機械工程行業用戶一直在努力尋找優化機械、提升設備可用性和減少生產波動的方法。將高性能測量功能集成到控制系統中可以幫助他們啟動新的開發方案，攻克曾經被認為不可逾越的性能難關。全新的ELM314x 經濟型EtherCAT 測量模塊系列可以開辟更寬廣的機械設計創新之路。

在設備開發過程中，程序員和工程師們經常會遇到這樣那樣性能提升方面的技術屏障，然后會導致一系列問題 — 例如物理機械方面的，電氣方面的，等等，這些問題甚至會延伸到某個系列的所有設備上，并且普遍存在于大多數設備供應商中。問題的關鍵往往在于，設備設計者是怎么看待這些問題的。特別是當面臨如何提升對設備過程控制的認知和如何提升對控制回路的控制之類的問題時，倍福的 EtherCAT測量模塊就可以提供一個很適合的解決方案：將高性能的測量技術集成在控制系統中。

集成式測量技術以各種方式讓設備制造商和用戶在測試或生產設備的整個生命周期中受益。例如：

– 在首次調試、設備故障排除和工藝過程微調期間

– 在運行期間，監測操作順序和生產質量，測量振動，監測功率，檢查結果并預測維護需求

– 在維護時，以驗證所執行的任務是否已達到預期結果

在所有這些情形下，測量技術可以通過精心規劃的措施更好地了解設備內部運行情況，從而帶來附加價值。但若要取得更好的效果，必須在設備的概念設計初始階段就規劃測量應用。畢竟，如果沒有安裝傳感器，以直接或間接地進行測量，那么測量是無法完成的。只有完全熟悉既定流程的用戶才能明智地決定在設備內的哪些位置進行測量有意義。也就是說，新穎的測量類型也可能會產生令人驚嘆的新發現，從而能夠進一步優化流程。

經濟型模塊開辟了更廣泛的應用領域

采樣率為 1 ksps 的經濟型 EtherCAT ELM 測量模塊系列是倍福發布的第二類集成式測量產品。之前推出的 ELM3x0x 基本系列測量模塊采樣率為每通道 10 至 50 ksps，精度為 100 ppm，旨在支持高動態測量 — 測試臺架中經常出現的高速運動順序、負載反轉或類型變換。使用同類的端子模塊也可以很深入地了解高速生產設備的生產過程。但是，許多生產過程并不需要如此快的采樣率。因此我們開發了采樣率為每通道 1 ksps 的 ELM314x 系列經濟型測量模塊。它完全符合機械設備的運動順序，同時具備相同的功能，并能夠以與 TwinCAT 軟件完全相同的方式工作。此外，它還具有兼容性優勢。例如，如果某臺設備在將來升級換代，性能變得更強，那么可以輕松更換成速度更快的EtherCAT 測量模塊，并且測量可以像以前一樣繼續進行。新的 ELM314x 經濟型系列目前包括 2、4、6 和 8 通道型號。這些模塊可在寬溫度范圍內以較低的每通道成本實現 100 ppm 精度的高精度測量，并可處理范圍從 ±1.25 至 ±10 V、0 至 10 V、±20 mA 以及 0/4 至20 mA 的模擬量信號。

具有診斷能力的測量模塊

是否具有監測和診斷分析測量性能的能力對任何用戶來說都是至關重要的。這類性能不僅適用于不間斷連續運行的機器，也適用于需要在周末運行的測試臺架，甚至包括短期測試任務。線纜斷裂、短路、過和斷電只是測試任務中可能會發生的一些問題，在最好情況下，這些問題可能只會導致測量過程中斷；而在最壞情況下，所記錄的測量結果會被悄悄篡改。因此，深度集成在生產設備中且無人值守的測量系統必須能夠從一開始就預測到這些故障，并在無法再次獲得完美測量結果的情況下可靠地報告這些故障。

倍福的 EtherCAT 測量模塊就是專門為此而設計的，自診斷功能占設備固件和硬件的很大一部分。對于用戶而言，這意味著他們可以依靠模塊來檢測和報告常見故障，并且能夠只將可靠的測量讀數返回給控制系統。

充分利用 EtherCAT 的優勢

高速、高精度的測量模塊受益于成熟的 EtherCAT 功能，是工業測量系統的理想選擇：

– 對于約 100 個模擬量通道（每個模擬量通道的采樣速率為 10 ksps）來說，100 Mbit/s 的傳輸速率已經足夠

– 分布式時鐘系統，可以長距離地在大量通道和端子模塊上同步捕獲數據，精度高達 ±100 ns

– 通過 CoE 對 EtherCAT 從站進行了一致的參數設置，而且用戶已經熟悉如何使用 PDO 進行數據傳輸

現如今，倍福基于 PC 的控制技術和 EtherCAT 技術已被廣泛接受和使用，我們不僅僅可以提供測量端子模塊等硬件，也可以提供 TwinCAT軟件功能支持，同時還能提供大量用于整個測量鏈的 EtherCAT 基礎組件。EtherCAT 基礎組件包括：光傳輸設備，如用于 EMC 負載較高的環境的耦合器和光纖介質轉換器；用于并行 EtherCAT 數據流的 CU2508系列端口倍增器，要求傳輸速率超過百兆；以及帶 ID 撥碼開關的耦合器，以支持靈活的拓撲結構，通常還包括容錯的冗余 EtherCAT 線纜。

測量技術與仿真

在很多領域，計算機仿真可以用來事先測試各種想法，從而節省后續的測試時間、人力和成本。尤其對于那些無法事先進行廣泛測試的復雜系統，仿真具有非常重要的意義。而且對于這樣的系統來說，仿真可能是找到正確解決方案的唯一可行的方法。它還可以幫助識別設備內傳感器的最佳位置，或者，如果可以通過其它可能間接的方式獲得它們所提供的信息，就無需使用某些特定類型的傳感器。

這樣聽起來似乎測量技術在很長一段時間內因為仿真技術的存在而變得多余。毫無疑問，仿真可以在各種反復變化的起始條件下運行，并且可以節省大量時間。但事實仍然是，必須一次又一次地針對真實條件對應用程序進行測試，必須重復比較仿真模型以及它所代表的真實設備的行為。從設備本身獲得的顯示實際時間和數量的精確測量數據也是必不可少的。如果沒有這些反饋，模型演化就會在脫離真實設備的情況下進行，任何仿真運行都會產生不切實際的結果。高品質的內置測量技術可以確保設備的信息流穩定，如果設置正確，各個測量通道可以精確提供仿真模型所需的控制數據。

高質量的測量數據在虛擬世界和現實世界相結合的完全不同的應用領域中也同樣至關重要：硬件在環測試（參見應用報告）。在這種測試中，測試和測量在設備上進行，采集到的數據被實時反饋到測試模型

中。如果測量不正確，出現動態誤差或偏差，則無法再進行測試。現在，許多生產設備上都會進行這種硬件在環測試，它要求在生產條件下以較短的循環時間進行測量。這些都是真正的高速測量任務，測量

精度在此處是至關重要的，而倍福正越來越多地為實現這一目標給測試臺配備 EtherCAT 測量模塊。

結論

展望未來，隨著機器視覺系統應用的日益廣泛以及傳感器技術的新發展，需要新的解決方案來滿足新的需求，為各種類型的設備配備測量技術的側重點可能也會隨之改變。但是，某些形式的連續測量將始終是該過程的一部分。倍福推出的 EtherCAT 測量模塊，特別是全新的ELM314x 經濟系列測量模塊可以很好地實現這一目的。光學測量變得越來越重要，倍福通過在 TwinCAT 中添加了機器視覺技術仍然保持先進精密機械重要的設備供應商的地位，助力實現面向未來的生產設備以及最終客戶工藝流程。

系統集成式測量技術具有高附加值

基于 EtherCAT 的測量技術直接集成在自動化系統中，為設備用戶帶來了顯著的優勢：

– 傳感器和執行器在同一網絡中運行；EtherCAT 作為一項全球標準，意味著即使對于非同尋常的測量挑戰，尋找合適的設備供應商也一樣很簡單

– 集中式數據處理不僅可以極方便地管理快速生成的大量數據，還可以相應地處理多個數據流。可以集中和可持續地實施滿足分析和存儲要求的解決方案

– 如果測量和控制系統不是分開而是集成的，則開發時間會更短，且復雜性也低很多

– 如果發生故障，只能在一個系統和一個網絡上調用所有數據；這樣可以簡化并加速故障排除

– 將測試工位集成到生產設備中可以減少總的設備占地面積。無需使用單獨的模塊，可以直接在生產工位上完成測量任務（例如連續稱重）

– 選擇將測量任務移到設備的核心控制系統中，一開始可能比從外部購置模塊需要花費更多的精力。但一旦完成，就可以確保設備制造商能夠深入了解和訪問關鍵的過程數據，確保他們能夠完全掌握他們的設備使用情況

– 重要的生產過程數據 — 例如軸位置、速度、電流、加速度和限位開關位置 — 都已存在于控制系統中。通過集成測量系統及其高質量數據（幾何形狀，層厚，權重等），可以合并來自兩個源的數據以進行整體分析

– 最重要的一點是：在密集型測量數據采集的基礎上更好地掌握工藝流程數據逐步成為先進的測試和生產機械的關鍵。以測量結果和數據分析形式進行的連續反饋，可以自動地提高生產的零件的質量以及產量：可以通過后期處理分析數據，并將結果逐步或手動地反饋到程序中來實現，或者（更理想的是）實時、連續地進行反饋來實現