基于pc的控制交付制造
个人电脑(PC)技术的影响无处不在。PC控制在工业通信、操作员界面、生产监控等方面的渗透是巨大的。pc还催生了一系列应用软件和工具，帮助简化诊断、数据管理和其他工厂功能。
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个人电脑(PC)技术的影响无处不在。PC控制在工业通信、操作员界面、生产监控等方面的渗透是巨大的。pc还催生了一系列应用软件和工具，帮助简化诊断、数据管理和其他工厂功能。
然而，还有另一种基于pc的技术，它对加工生产线或正在生产的产品进行实际控制。它的存在没有那么大张旗鼓，甚至有些人不愿意被贴上“基于个人电脑”的标签，因为该技术的形象较早，而且所控制的产品或过程相对至关重要。因此，这种“真正的”基于pc的控制的程度并没有得到很好的记录。这里给出的几个例子只是这类应用程序不断增长的冰山一角。
不断变化的形象
基于pc的控制的形象正在改变，尽管随着用户信任的建立，改变的速度很慢。不，通常用于基于个人电脑的控制的硬件与你购买的家庭或办公室用的廉价个人电脑不同。许多工业计算机(ipc)是专门为其规定的用途而设计的。因此，它们通过消除硬盘驱动器和冷却风扇等移动部件而具有更高的可靠性，取而代之的是闪存，固态设备和用于特殊任务的插件板。对于某些应用，IPC可能是单板计算机。在使用中“测试”增加了这些板产品的可靠性。
在软件方面，基于PC的控制促进了更高级的编程语言开发，PC成为编程设备。PC技术也允许模拟，可以简化系统启动。
高速养护轮胎
汽车轮胎制造由复杂的工艺组成，安全性和可靠性问题加入到工艺组合中变得至关重要。2004年，大陆轮胎(德国大陆集团在美国的业务)着手将其北卡罗来纳州夏洛特工厂的34台大型轮胎硫化机升级为PC控制。这条生产线之前由上世纪90年代早期的plc运行。决定转向基于pc的集中式控制替代方案主要是由于现有PLC系统的局限性，新PLC控制的成本较高，并且无需在如此多的机器上使用分散控制架构进行大量布线。
轮胎厂的特点是由姐妹公司大陆FMF设计的新型分段模具机。压力机的控制核心选用了倍福自动化的CP7130面板pc机。其他控制供应商也被考虑过，但倍福是主要的候选人，因为它与大陆集团作为全球标准供应商的长期合作关系。新的压力机设计为三种操作模式:手动，换模和自动。手动模式允许手动驱动机器部件和过程，以便更改和“调整”调整可以安全地进行。大陆轮胎的电气工程师Jack Plyler解释说，在这个非活动阶段，真空仍然留在压滤气囊上，压滤段不能伸展或收缩。
如果某台压力机空闲了一段时间，系统将切换到换模方式在真空关闭的地方，允许移动压片。工具更换、维护和机器清洁都是在这种模式下完成的。自动模式自动处理轮胎装卸功能，同时固化和生产数据由倍福TwinCat控制系统软件监控，并显示在面板PC上。
这次升级增加了更多的系统灵活性。例如，普莱勒指出，以前plc控制的压力机没有在真正的手动模式下操作。单个系统序列可以排队操作，但不能排队操作单个组件。因此，组件无法以独立的方式进行测试。此外，大陆工厂对主板施加了高达150华氏度的工作温度要求，PC控制器可以满足这一要求。
闪存，没有硬盘
“CP7130的一个关键特点是，我们能够指定330mb的紧凑型闪存运行(微软)Windows XPE操作系统(OS)，而不是硬盘驱动器，”Plyler继续说。这消除了保留PLC模式的最后论据。另外，面板电脑有一个散热器而不是风扇。在工业控制器中使用微软Windows系统的关键是倍福(Beckhoff)的TwinCat软件，该软件运行在Windows内核中，独立于其他操作系统进程。“在不太可能发生Windows问题的情况下，TwinCAT具有'故障安全'功能，允许PLC和NC等实时任务继续运行，并使受控进程进入安全状态，”Plyler补充道。
他提醒我们，安装Windows的工业PC控制器不应该被比作办公室或家用电脑。倍福在各种苛刻的工业应用中应用了Windows操作系统控制器数年，并寻求继续这种方法。
基于pc的设计所节省的成本是显而易见的。据大陆集团称，与旧的plc系统相比，升级后的34台轮胎固化印刷机的电气和机械控制节省了50%，电气安装时间减少了50%(总计超过100个工程师小时)。
“具体的”基于pc的控制
作为美国领先的建筑材料供应商和公路承包商，New Enterprise Stone & Lime Co. Inc. (NES&L)在宾夕法尼亚州和特拉华州拥有并经营着众多混凝土工厂、采石场和相关生产设施。NES&L目前使用Opto 22的基于pc的控制和I/O系统来控制制造混凝土，柏油，水泥，沥青和其他骨料的各种设备。
特别是混凝土，它是一种不均匀的材料。NES&L的自动化程序员阿什利•弗莱克(Ashley Fleck)指出，用于体育场立管或监狱墙壁的混凝土与用于停车场和住宅项目的混凝土存在明显差异。他说:“每种类型的混凝土都需要许多不同成分的不同混合，比如沙子、碎石、钢纤维等。”这就是现代控制进入画面的地方。
在NES&L的混凝土搅拌操作中工作的Opto 22系统包括智能B3000以太网I/O处理器/控制器，结合模拟和数字I/O模块，控制输送机的运动，将石头拖进混合物中，并通过以太网与PC通信。控制软件(由NES&L创建)运行在PC上而不是控制器上。Opto的系统还控制液压闸门的开启和关闭，用于将适量的成分释放到混合物中。
这些和其他工厂过程是通过NES&L程序员使用Visual Basic (VB)创建的基于pc的自定义控制应用程序定义和实现的。应用程序中内置的众多选项处理NES&L创建的大量具体“配方”所需的不同控制策略。弗莱克说:“这些策略通常需要根据个别植物的需求进行调整。”“我们知道，用我们自己的‘自制’应用程序做这些改变比用供应商提供的软件工具要容易得多。”
Fleck将Opto 22的方法描述为在不强迫用户使用专有软件的情况下开发和提供必要的硬件。他解释说，这通常可以为每个座位节省1000美元甚至更多。NES&L使用自己的软件开发人员和Opto硬件来削减这些成本，Opto硬件提供了一个更开放的架构。他补充说:“(这也)允许用VB、C和其他常见编程语言编写自定义应用程序的界面。”
NES&L采用基于pc的控制的原因包括更低的成本、软件灵活性和pc固有的“企业连接性”。后者简化了数据采集和与软件数据库的通信，据报道，当试图用PLC或类似硬件做同样的事情时，不需要特殊的软件、专有服务器或其他中间设备。
根据Fleck的说法，基于pc的控制已被证明是非常可靠的，并使NES&L在委托新工厂和生产线时具有明显的优势。NES&L的许多子公司都亲身体会到了这一点。他说:“我们已经在很多地方安装了控制装置，实际上从来没有回去(返工)过。”
提高传动轴产量
斯派塞传动轴制造公司(Dana Automotive Systems Group的一部分)使用由City Machine Tool & Die Co. Inc. (Muncie, IN)设计和制造的数控耳轴制造系统来增加斯派塞传动轴组件中使用的端轭和轭轴的产量。根据City Machine的说法，Trunnion机器代表了一个设计挑战，因为它们可以处理多达六种操作，解决单控制可编程性，并提供有效的工具转换。这些多工位分度机(类似于转盘分度仪，除了一个水平方向的旋转轴)也满足了尺寸为150 x 189 x 121英寸的越来越小的机器占用空间的需求。(宽x长x高). trunion机器采用单一力士乐MTC200数控系统，由博世力士乐电气驱动和控制部门提供基于pc的控制。
City Machine工程经理Dennis Kelly解释说，Trunnion上的每个工位都执行独立的操作，从钻孔、攻丝、螺纹到全数控车削和镗孔。有效的工具转换很重要。如果操作人员想要为不同的部件重新装备，他们应该能够轻松地转换程序、偏移量和其他特定于部件的信息。凯利说:“这只有在许多系统整合成一个系统的情况下才能实现。”
至于力士乐MTC200，据说一个系统可以同时控制多达七个独立的CNC过程，并指挥涉及各种主轴和滑动组的多个加工操作，同时协调自动处理和测量系统。多达32个轴可以分配给7个CNC工艺。MTC200执行三维，圆形和螺旋插值所需的所有功能;极坐标变换;主轴同步;博世力士乐自动化和机床分公司经理Karl Rapp解释说:“以及从动件(同步)和龙门轴。”
根据rapp的说法，所有CNC所固有的CNC运动和PLC逻辑执行都是在PC机的插卡上完成的。这种解决方案的优点是机器性能不依赖于个人电脑和Windows操作系统。在这样一个高轴数机床中，所有CNC信息的通信是至关重要的，可以通过ISA/PCI总线很好地完成。
“可用性”是trnion设计的关键，这也是选择力士乐基于pc的MTC200数控系统进行机器控制的主要原因。凯利说:“我们需要能够存储和调用不同部件的许多程序。”我们的机器生产各种各样的零件。一个plc控制的机器需要重新编程，每次操作员想要一个新的零件编号。使用基于pc的控制，我们可以根据零件编号从程序菜单中选择并触摸它。装好了，机器控制也准备好了。
凯利继续说:“我们研究了plc，但我们的控制要求太复杂了。”开箱即用，这款控制器本身就能完成PLC和许多第三方设备连接在一起所能完成的工作。我们的客户得到了一个更容易使用和调试的系统，通过快速，简单的部件切换。
软件使机器恢复活力
从1993年开始，Great Lakes Industries (GLI, Jackson, MI)用OpenCNC软件改造了第一台CNC车床，实现了停机时间和维修成本的大幅下降。由制造数据系统公司(MDSI)开发的OpenCNC软件与商用PC技术一起工作，据说是业界第一个经过生产验证的基于软件的数控机床控制。
GLI为约翰迪尔等公司生产齿轮和链轮。它的车间由几个加工单元组成，每个单元每天可以进行三到四次设置。生产批量平均为200件，取决于机器能力，零件尺寸/重量和所需的操作。这家公司专门使用改装过的设备，赋予机器“第二次生命”。GLI自动化工程师里克·斯塔福德(Rick Stafford)说:“在我们安装MDSI的OpenCNC之前，我们有几台机床仍然能生产出很好的零件，但它们的控制系统已经过时了。”我们买不起新机器。但停机时间和控制维修成本是我们实现承诺的主要障碍。”
opennc于1995年在pc上可用;它可以运行当前版本的微软操作系统和Ardence Inc.(前身为Venturcom)的实时扩展。为了提高可靠性，MDSI的研发副总裁Bruce Nourse建议使用英特尔芯片组和主板，并避免非生产性PC扩展占用内存总线系统。
诺斯说:“这种控制尽可能完全在基于个人电脑的软件中实现。”只需要两张卡，可以从多个来源获得。一张卡读取轴编码器计数的位置和输出a
“在控制中没有使用运动卡，”诺斯补充道。轨迹规划和多轴反馈回路都在软件中处理。这包括s曲线速度控制，软件可设置加速度和加速度限制，以及具有速度和加速度前馈的完整pid环控制。
传统的机器控制是专有的计算机，当它们出现故障时，会造成昂贵的停机和维修费用。公司有两种选择:购买昂贵的新控制器或等待制造商的服务技术人员修理过时的控制器。Stafford解释说，自最初应用OpenCNC以来，几乎所有的glii机床——转塔车床、立铣床、4轴滚齿机、6轴焊机和感应热处理——都已经实现了OpenCNC。我们已经编写了允许OpenCNC这样做的代码。与原来的CNC控制相比，现在的正常运行时间要长得多——提高了20-50%或更多——我们可以自己排除故障，而不是等待外部供应商。
“我们的机器周期时间只有两分钟，在使用OpenCNC进行改造后，我们的生产率提高了100%。他说:“OpenCNC使我们能够购买带有过时控制装置的机器，对它们进行改造，并使它们以原始成本的十分之一运行。”Stafford总结说，OpenCNC的操作员友好界面也有助于控制的快速接受，再加上培训时间的大大减少。
总之，基于pc的控制将继续存在。它提供了越来越多的好处:开放架构、高速控制需求的快速执行时间、制造系统的更容易维护和升级——尤其是与业务系统的接口更简单。然而，执行PC控制需要仔细规划。专家建议，对于成功的基于pc的控制实现来说，单一的硬件软件系统供应商是最好的。
2005年12月在线特辑控制工程文章“基于pc的控制”
更多的应用程序
最近控制工程重点介绍了基于pc的控制应用。下面是几个节选的例子。
加强冰淇淋生产
由WCB冰淇淋(Northvale, n.j.)生产的配料给料机生产线是冰淇淋厂生产设备的主要供应商，需要升级。该公司与施耐德电气提供自动化和控制组件，包括Magelis基于工业pc的控制系统、Telemecanique Altivar 31交流驱动器、Advantys分布式I/O模块和触摸屏计算机面板。基于pc的控制允许使用以太网和CANopen网络链接。
根据WCB自动化工程师Chris Heckler的说法，新旧控制器之间的设计差异之一是使用PC而不是PLC，这降低了一些成本。PC控制也使用一个软件包。软件方面，WCB使用的是Think & Do Live!来自凤凰城联系公司Entivity。据报道，该软件包提供基于pc的控制，具有控制流程图逻辑，集成HMI，运动控制，PID回路，生产力工具和企业连接。
https://www.schneiderelectric.com
https://www.phoenixcontact.com
有关详细信息，请参阅2005年6月CE, Inside Food and Beverage文章，“基于pc的控制提供正确的组合”。
基于pc的产品原型
这些应用程序提供了在产品设计的快速原型中使用的基于pc的控制的更高层次的一瞥。
第一个基于x86 pc的快速原型和硬件在环(HIL)系统大约在五年前问世。它们的成本要低得多，但被认为缺乏基于dsp的系统的复杂性和功能。最初的行业反应是怀疑的，表达了对英特尔486或奔腾计算机(或同等产品)在复杂模型下以实时速度执行的能力的担忧。人们普遍认为，PC无法完成像快速成型或HIL这样依赖于处理器的高级任务。
然而，伊顿(Eaton)和卡特彼勒(Caterpillar)等公司被基于个人电脑的系统的价格和可扩展性所吸引。通过测试，他们发现pc可以以更低的成本处理大量的快速原型和HIL任务。每家公司的实验导致了对嵌入式控制开发过程中这些工具的更广泛的承诺。
伊顿(Eaton)是一家卡车动力总成部件制造商，设计了一款灵活的中型混合动力卡车原型，其中包含一个控制单元，该控制单元采用基于模型的设计工具。由于混合动力系统是一个原型，伊顿在一台实时pc控制的测力计上测试了整个系统。为了减少道路测试的时间、成本和安全隐患，伊顿还需要为中型/重型卡车的整个动力系统(包括发动机动力学、主离合器、变速器、传动轴、轮胎和道路)开发一个实时HIL模拟器。
在评估了成本、开发时间、风险、I/O硬件可用性、可维护性、灵活性等多种选项后，伊顿工程师得出结论，使用基于pc的系统将提供最佳解决方案。这将使他们能够使用标准的ISA、PCI和PC/104 I/O硬件，从而显著降低总体开发成本和时间。
在HIL仿真的高端，一个主要的航空供应商开发了一个基于标准戴尔3ghz英特尔Pentium 4台式计算机系统的高I/O计数系统，扩展了两个PCI总线扩展机箱。将CPU从I/O单元中分离出来，可以在将来更强大的处理器出现时方便地替换CPU。第二个机箱提供特殊的I/O功能。三个线性可变差动变压器(LVDT)板提供24个LVDT输入和18个LVDT输出，用于线性运动控制。HIL系统现在模拟一种新的大型商用飞机设计的环境方面。
基于pc的快速原型和HIL系统现在已经超越了汽车和航空航天的应用。据报道，2003年和2004年，三分之一的基于pc的系统交付给医疗、工业设备和计算机设备行业。在医疗设备领域，这些用于在HIL建模应用程序中模拟各种身体功能。几家计算机设备公司现在使用快速成型技术来开发控制大型打印机和复印机的系统。应用包括打印机和复印机机电一体化的快速原型和HIL仿真，例如通过超大型打印机的纸张运动。
惠而浦是快速原型操作洗衣机，烘干机和烤箱的测试单位在消费者的条件下，修改以测试新的设计和想法。这些基于pc的原型系统为惠而浦提供了一个简单的测试平台，用于新系统的开发和控制算法和用户界面的测试。
有关本文的较长版本和其他应用程序，请参阅2005年6月CE Inside Machines文章“更快的原型仿真”。
坚固耐用的IPC，而不是普通的个人电脑
说明“PC”的共同概念和工业PC (IPC)之间的巨大差异应用于基于PC的控制是最近的产品介绍永旺电子股份有限公司．
这种紧凑的IPC，适用于苛刻的嵌入式控制环境，消除了冷却风扇，增加了可靠性。AEC-6810 IPC的稳健性已通过在振动和冲击环境中记录的长期测试验证。——2.5。根据永旺的说法，安装了一个可选的减震安装套件的硬盘驱动器可以承受高频振动。
控制器PC支持多种操作系统，如Microsoft Windows CE . net 4.2、XP Embedded等。它包括一个用于典型工业自动化要求的以太网端口，板载VIA Eden 667 MHz处理器，用于电源和硬盘活动的LED指示灯，以及具有正锁定机制的CompactFlash Type II插座。
这款嵌入式控制PC的起价约为530美元，数量较少。
https://www.aaeon.com
有关2005年6月《CE资讯控制电子新闻》中有关AEC-6810的详情，请按此处。
喂婴儿
PBM塑料公司(Newport News, VA)生产的婴儿奶瓶衬垫，通过最大限度地减少喂奶时吞咽空气的机会，减轻了父母对喂养婴儿的焦虑，从而有助于减少胃部不适和婴儿不快乐。由于制造在瓶衬质量和成本效益方面起着关键作用，PBM最近在GE基础设施子公司GE发那科自动化的帮助下改进了其工厂流程。
PBM塑料公司总裁亚当·伯克解释说，该公司正在寻找新的方法来提高三台生产婴儿奶瓶垫的熔融成型机的精度和正常运行时间。伯克说:“我们需要更快的控制技术来正确处理机器部件，并降低制造成本。”
PBM与GE发那科一起设计并安装了一个完整的机器改造解决方案，其中包括一个控制站工业PC来控制每个瓶衬过程。VersaMax I/O模块与pc一起工作。据报道，经过三次改造，PBM的机器生产率提高了60%，生产周期缩短了20%。伯克补充说:“GE发那科的解决方案正在帮助我们实现生产力和产量目标，从而降低成本，并提供价格合理的产品。”PBM塑料选择ControlStation工业pc为基础的控制，因为易于使用和快速实现。
制造塑料婴儿奶瓶衬垫在PBM中心围绕其熔融相形成(MPF)系统，创造可回收的，柔性或刚性塑料容器在4和8盎司的大小;它还降低了生产成本和废料。这项专利技术包括一个大批量生产系统，能够生产均匀的薄壁、深拉伸屏障容器，或者在这种情况下，婴儿奶瓶衬垫。
MPF工艺结合了热成型、注射成型和吹塑成型的优点，允许多层拉伸，而不会破坏最终产品的完整性。通过使用圆盘或坯料，该工艺为清洁屏障产品(如婴儿奶瓶衬垫)和成型/填充/密封应用提供了显著的材料节省。据PBM塑料公司称，MPF对圆形容器的最大废品率为20%，而使用其他工艺的典型废品率为50%(或更高)。
在改进热成型工艺后，PBM转向GE发那科，通过一个软件解决方案来改进热成型设备，该解决方案具有一个通用的用户界面，可以承载多个软件应用程序。PBM还将泄漏测试技术集成到生产线中，以检查生产的每个尾管。
据报道，通过基于pc的控制，该公司的瓶衬机的总体启动时间减少了60%。利用其他PC技术的特点，PBM将机器连接到其业务级网络，以提供实时报告和设备分析。
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