离散制造业

在任何行业，尤其是在物流和包裹应用中，设备和控制升级都是保持有效运营的重要、不可避免且往往令人痛苦的部分。这些升级对于确保最高性能，保证设备能够跟上不断增长的需求非常重要。控制升级还提供最新的运营效率和功能，最终通过工业物联网(IIoT)为工业4.0计划保护和扩展设备投资，甚至技术本身。

由于电子设备和处理器的生命周期考虑，控制升级是不可避免的，但与控制升级相关的痛苦并非如此。工程师们可以通过良好的规划和合理的决策来缓解头痛，并消除许多公司在决定是否延长设备寿命时畏缩的“拆了就换”的情况。

在升级机器控制时，探索四个关键问题

当计划控制升级时，首先要考虑升级系统的目标。公司是否试图防止未来的过时，增加系统的灵活性，提高技术或满足预算或拥有成本的要求?还要考虑控制升级的可用停机时间。所有这些方面都可以在选择增强系统特性和整体升级解决方案时发挥关键作用。

1.你们的控制系统升级是否能防止将来过时?

首先有一个重要的原因。考虑到控制平台的体系结构，甚至控制供应商的生命周期历史，可以确保控制应用不会在短短几年内面临另一次控制升级。控制平台的架构也是系统灵活性的关键因素，这对于确保设备能够灵活地适应行业趋势和不断变化的消费者需求至关重要。在选择替代控制平台时，企业应考虑:

• 易于将来更换/升级处理器，以消除重新设计、增加成本以及与处理器和系统过时相关的未来停机时间的恶性循环
• 控制软件的可扩展性和可移植性，可以在当前和未来的控制器产品组合中进行功能扩展和支持，从而进一步减少处理器寿命结束时的工程工作量
• 本地输入/输出(I/O)的连接性，减少了与更换本地I/O和在处理器寿命结束时重新布线所有传感器相关的成本和劳动力
• 支持传统协议的系统开放性，可能存在于当前的控制解决方案中，以及支持与其他设备和传感器的水平通信所需的许多现代协议，以及支持数字化和工业物联网计划的垂直通信。

一般来说，确定当前控制平台的所有限制。这包括现场总线以及任何正在考虑升级的控制平台和现场总线。任何限制都可能成为当前和未来系统链中的薄弱环节，因此仔细考虑限制对于避免代价高昂的错误至关重要。

在考虑控制器的限制时，要考虑性能、可以连接到控制器或现场总线的设备数量、现场总线支持的拓扑以及现场总线和控制器与水平和垂直通信所需的其他开放协议的连接。还要考虑本地数据采集(DAQ)能力、可用RAM甚至分析能力(如果符合预测性维护目标的话)。

2.你正在增加控制系统的灵活性吗?

在评估控制系统灵活性方面的收益时，要探索的一个关键领域是分布式控制能力与非分布式或集中式控制能力的对比，这是现场总线评估变得更加关键的地方。我不是指通过多个可编程逻辑控制器(plc)分配控制代码，而是指在控制系统中分配I/ o、驱动器、扫描仪、相机、机器人和其他设备。仔细评估现场总线应该排除分布式PLC的考虑，这只是支持现场总线和PLC的限制。

采用中央集成控制器的分布式方法提供了最高的系统灵活性和免于过时的保护。但是，如果当前的控制系统是硬连线回主控制柜，则应该评估转换为分布式方法的停机预算和容忍度。

一个完全集成的系统架构提供了针对过时和保护投资的最佳保护。这种灵活架构的基础应该是plc和工业pc (ipc)的广泛可扩展性，从微控制器到功能强大的多核机器控制器，最多可达40核。寻找确保其控制器支持集成所有控制系统功能的标准自动化软件平台的供应商。该平台应能够在一个功能强大的集成机器控制器上运行，甚至在下一代控制器上运行，并支持在功能强大的多核机器控制器的单独核心中分离PLC任务。

单一用途的“黑匣子”控制器不再需要承载控制系统的单独功能，从而在整个系统中创建循环的生命周期。相反，一个强大的机器控制器可以同步执行所有功能:PLC，运动控制，人机界面(HMI)，机器人，视觉，安全，语音，测量，分析，机器学习(ML)，状态监测，甚至机电一体化解决方案，如线性运输和悬浮平面运动技术。这种一体化的理念增强了控制系统，消除了传统控制平台所需要的残酷的重新设计。

3.你是否在努力提高控制系统技术?

公司投资新的控制技术有很多原因。这些包括但不限于:

• 消除性能限制
• 增加集成安全功能
• 结合工业4.0概念和预测性维护
• 改进诊断以延长正常运行时间
• 为系统附加机器人和视觉系统
• 改进机器的操作界面，如扩展HMI图形和动画，平板电脑和手机界面，云和网络连接等。

实现这些目标需要灵活的控制器硬件，但也需要更开放的软件和网络解决方案。为了实现这种连接，自动化软件平台应该支持所有开放的传统和现代现场总线协议，以及所有开放的垂直协议，以便轻松连接到企业系统、仓库执行和仓库控制系统，甚至云系统。OPC UA、MQTT、AMQP、HTTPS/REST、实时TCP和Modbus TCP是软件应该支持的一些可选协议。工业网络也是如此:控制平台应该支持所有开放的现场总线，工业以太网系统，如EtherCAT以太网技术组，以太网/ IP从ODVA和Profinet来自北美PI设备级网络也是如此。这可确保轻松集成到正在升级的现有系统或现代化设施中的新系统中。

就技术增强的灵活性和稳定性而言，集成系统方法的好处甚至更远。

集成工业通信，安全，I/O

EtherCAT作为现场总线通信的基础，还可以将所有传统的和现代的现场总线协议集成到EtherCAT网络中。这提高了现场总线的性能。

随着机器安全性的日益重要，EtherCAT还提高了系统的灵活性。EtherCAT故障安全(FSoE)是一项符合IEC 61784-3的国际标准，可将e-stop、限位开关、安全垫和其他安全设备连接到EtherCAT安全I/ o中，并通过与所有其他标准机器传感器和驱动信号连接的同一以太网电缆进行通信。

集成控制架构可以使用EtherCAT作为所有本地和远程I/O机架的通信，而不是整个行业使用的专有背板协议。在背板协议中使用开放式EtherCAT通信降低了成本，提高了性能，大大增加了诊断并扩展了拓扑的可能性。此外，一些供应商为远程I/O机架和本地PLC机架提供相同的I/O硬件。当本地PLC I/O因PLC处理器寿命终止而过时时，这消除了与其他控制平台常见的撕裂，更换和重新布线。在其他平台中，这意味着在控件升级期间需要进行大量的重新布线。最后一点，用户应该检查供应商是否使所有固件向后兼容，因此更换I/O终端不需要在控制器中升级固件，即使I/O终端支持比被替换的固件更新的固件。

4.您是否努力满足控制系统预算和所有权成本要求?

集成控制系统架构和EtherCAT的直接方法有助于确保系统支持当前和未来的机器需求，同时具有系统开放性和免于过时的保护。它还减少了许多cpu和交换机，从而节省了升级的预算。软件工程工具、电话支持和在线培训的费用在与许多控制平台相关的拥有成本中占很大比例。然而，它并不一定是这样的;一些供应商免费提供这些服务。

驱动技术的选择也有助于现有系统的升级。一些供应商的EtherCAT驱动器支持现有第三方电机的控制，因此在控制升级中不需要更换电机，从而大大降低了成本和升级时间。这些驱动器也可以有效地用于控制不同类型的电机，包括伺服或感应电机。通过将FSoE安全运动功能集成到EtherCAT驱动技术中，可以进一步提高机器安全性，同时降低接触器、布线和额外安全I/ o的显著成本。直观的驱动技术进一步简化了升级，降低了成本和所需的停机时间，并有助于使机器的安全功能现代化。

因此，无论公司是计划控制升级还是考虑下一代控制平台，集成EtherCAT的控制体系结构都具有显著的优势，并且不会过时。

凭借灵活的架构和对所有传统和现代协议的支持，可以逐步迁移现场安装的系统和新设备。这降低了风险，并通过控制系统的演变促进了团队的学习，从而获得了完全集成平台的全部好处。

Doug Schuchart物料搬运和内部物流经理;Beckhoff自动化编辑克里斯Vavra，网络内容经理，控制工程， CFE Media and Technology, cvavra@cfemedia.com。

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关键词:EtherCAT，控制系统迁移，机床控制迁移

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