總部位于德國安貝格的 Baumann GmbH 專為汽車零部件供應以及電子、制藥和醫(yī)療技術(shù)行業(yè)等各個領域開發(fā)和制造交鑰匙自動化系統(tǒng)。這些系統(tǒng)涵蓋從機器人工作站到全自動生產(chǎn)線整線設備。產(chǎn)品系列中的模塊化測試系統(tǒng)是一種面向電池電芯、模組及電池包測試臺架以及電力電子設備等測試應用場景的柔性解決方案。倍福基于 PC 的控制技術(shù)為系統(tǒng)緊湊設計與開放式架構(gòu)提供了核心基礎，尤其是 EJ 系列 EtherCAT 插拔式模塊 與 ELM 系列的 EtherCAT 測量端子模塊在系統(tǒng)中的應用。
Baumann 自 2005 年起就一直采用倍福基于 PC 和 EtherCAT 的控制技術(shù)作為其測試系統(tǒng)的核心解決方案。據(jù) Baumann 公司標準解決方案與產(chǎn)品負責人 Jörg Seybold 介紹，選擇該系統(tǒng)的決定性因素不僅在于其性能，更在于其多樣化的接口與開放架構(gòu)，這種特性既能集成各類測量設備，又能實現(xiàn)與上級系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)之間的高效通信。
01
汽車測試系統(tǒng)的特定要求
電動汽車技術(shù)不僅正在徹底革新汽車行業(yè)的生產(chǎn)工藝，更推動著相關測試技術(shù)迎來一場顛覆性變革。Jörg Seybold 解釋道：“在汽車產(chǎn)業(yè)領域，以往開發(fā)一款新產(chǎn)品往往需要歷經(jīng)數(shù)年之久，而今，隨著電池技術(shù)的持續(xù)演進，汽車產(chǎn)品的迭代速度顯著加快，甚至達到了每季度更新一次的程度。這意味著我們必須為客戶開發(fā)模塊化、可擴展且具備快速適配能力的測試系統(tǒng)。基于上述背景誕生的 MTS 系統(tǒng)成功將完整的測試系統(tǒng)集成在一個結(jié)構(gòu)緊湊的控制柜內(nèi)，意味著它能夠輕松取代需要多達五個控制柜的傳統(tǒng)系統(tǒng)。”
除具備占地面積小的優(yōu)勢外，MTS 系統(tǒng)還能幫助用戶節(jié)省大量時間：面對新的應用場景，測試系統(tǒng)無需再花費數(shù)周時間進行升級改造。憑借基于 19 英寸抽拉式工業(yè) PC 實現(xiàn)的模塊化架構(gòu)設計以及即插即用功能，該系統(tǒng)系統(tǒng)能夠快速又靈活地響應各類變化。通常情況下，相關操作可由最終用戶自行完成，無需 Baumann 公司介入。“系統(tǒng)的測量范圍極為寬廣。在電流測量方面，其量程覆蓋了從幾微安至幾百安區(qū)間。電壓測量的量程范圍同樣廣泛，不僅能夠進行 4.2 V 電芯電壓的精確測量，還可開展 1000 V 范圍內(nèi)的相關測試，例如針對完整的卡車電池儲能系統(tǒng)所進行的測試。”Jörg Seybold 解釋道。
通過 CP2924 多點觸控控制面板，急事是復雜的圖表和測試序列，也能在 24 英寸顯示屏上清晰呈現(xiàn)，同時支持按需手動執(zhí)行測試任務
在 MTS 系統(tǒng)中，這一功能通過 CCU（控制與通信單元）和 PDU（電源分配單元）這兩個基礎模塊實現(xiàn)，同時可以根據(jù)實際需求靈活選配 MDU（測量分配單元）、HVDU（高壓分配單元）以及 HCDU（大電流分配單元）組件，以確保系統(tǒng)能夠適應多樣化的應用場景。此外，Baumann 還提供一套測試框架，用戶可輕松適配其個性化測試配方和測試序列，并通過倍福適合控制柜安裝的 CP2924 多點觸控控制面板實現(xiàn)便捷操作。該框架提供圖形化診斷分析功能、與 MES 系統(tǒng)的標準化數(shù)據(jù)接口、過程監(jiān)測功能等。
02
采用緊湊型高性能 I/O 模塊的控制解決方案
整套 MTS 系統(tǒng)控制技術(shù)與 Baumann 測試框架都運行在搭載 TwinCAT 3 軟件的 C6032 超緊湊型工業(yè) PC 上。 Baumann 公司測量測試技術(shù)開發(fā)負責人 Heiko Hochmuth 解釋道：“C6032 的主要優(yōu)勢在于其所需安裝空間極小且安裝方式靈活。對于 MTS 系統(tǒng)而言，安裝精度往往需要達到毫米級要求。”其同事，現(xiàn)任軟件測試系統(tǒng)部門主管的 Martin Lehmeier 補充道：“在軟件方面，TwinCAT 3 為我們帶來了多重優(yōu)勢，不僅提供強大的調(diào)試功能和豐富的功能選項，還支持多樣化的編程方式選擇（包括高級語言）。正是基于這些能力，我們才能成功構(gòu)建出當前這套測試框架。”
EJ 系列 EtherCAT 插拔式模塊的應用為 Baumann 帶來了顯著優(yōu)勢，Heiko Hochmuth 解釋道：“通過將 EJ 模塊安裝在客戶定制的信號分配板上，可構(gòu)建極為緊湊的 I/O 組。其次，這些模塊省去了復雜的布線需求，從而避免接線錯誤及相關的故障排查，同時有效降低成本。所有 MTS 模塊都采用統(tǒng)一規(guī)格的信號分配板，并根據(jù)具體應用場景進行適配性配置。這在簡化倉儲管理的同時，仍保持了必要的靈活性。”
此外，他補充說明：相較于采用 EtherCAT 端子模塊的解決方案，該設計不再需要電纜槽，這有助于實現(xiàn)整個系統(tǒng)的緊湊設計。Hochmuth 指出，MTS 系統(tǒng)中所使用的各類 EtherCAT 插拔式模塊中充分彰顯了基于 PC 的控制系統(tǒng)所具備的高度靈活性，例如：
•EJ1101-0022 EtherCAT 耦合器，
•EJ1809 16 通道數(shù)字量輸入模塊，
•EJ1859 8 通道數(shù)字量輸入和 8 通道數(shù)字量輸出混合型模塊，
•EJ2809 16 通道數(shù)字量輸出模塊，
•EJ3104（4 通道，±10 V）和 EJ3202（2 通道，熱電阻）模擬量輸入模塊，
•EJ1904（4 通道數(shù)字量輸入）和 EJ2914（4 通道數(shù)字量輸出）TwinSAFE 模塊，以及
•EJ6002 2 通道通信接口（RS232/RS422/RS485）。
Heiko Hochmuth 表示，倍福 I/O 產(chǎn)品的另一大優(yōu)勢在于 ELM 系列高精度測量端子模塊的應用：“在 MTS 系統(tǒng)中，我們主要采用 ELM 電壓測量端子模塊，其配置可根據(jù)具體應用場景適配 — 具備電氣隔離性能，最多可配置四個模擬量輸入通道，支持高達 ±1200 V 的寬電壓范圍測量。ELM 端子模塊豐富的功能選項及多元測量能力顯著提升了我們的工作效率。此外，該模塊還具備極高的測量精度，即便處于高溫環(huán)境，仍能保持穩(wěn)定的性能表現(xiàn)。
同時，用戶可通過可選的附加參數(shù)實現(xiàn)靈活的數(shù)據(jù)預處理。如此強大的功能集成在一個高度緊湊的結(jié)構(gòu)中，可替代傳統(tǒng)分立式測量設備，顯著節(jié)省空間與成本，這種高效設計無疑會令測量工程師們心動不已。”MTS 系統(tǒng)通過帶 ID 撥碼開關和診斷功能的 EtherCAT 耦合器 EKM1101 連接，主要使用以下測量端子模塊：
•ELM3002-0000（2 通道），專為靈活測量 20 mV 至 30 V 內(nèi)的 11 種電壓量程而設計。
•ELM3002-0205（2 通道），用于電池和發(fā)電機的高壓測量，支持 ±60、360、600 和 1200 V 量程范圍，
•ELM3002-0000（4 通道），專為靈活測量 20 mV 至 30 V 內(nèi)的 11 種電壓量程而設計，以及
•ELM3102-0100（2 通道），用于電壓和電流測量，支持 +60 V 至 -20 mV 和 ±20 mA 量程范圍，每個通道的采樣率高達 20 kSps。
除了 EJ 模塊（右）和 EL 系列 EtherCAT 端子模塊外， MTS 系統(tǒng)還采用了 ELM 系列高精度 EtherCAT 測量端子模塊（左）；圖示為 MDU 模塊中的情況
該緊湊型 I/O 層可按需擴展各類 EL 系列 EtherCAT 端子模塊。尤其是用于電力測量的 EL3443 3 通道模擬量輸入端子模塊（最大 480 V AC/DC，1 A）。它可以用于測量電流電壓值，以及有功功率、無功功率和視在功率及電能，同時支持功率因數(shù)（cosφ）、頻率、總諧波失真（THD）及諧波分析（最高 40 次諧波分析）。在 MTS 系統(tǒng)中，EL3443 實現(xiàn)了對并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)的詳細監(jiān)測。
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務遍及 70 多個國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應用于風力發(fā)電、半導體、光伏太陽能、電子制造、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(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術(shù)基礎。
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