【技术前沿】世界纪录：728个轴400 μs循环周期

在布鲁克纳（Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG）的LISIM®双向拉伸薄膜生产线上，有超过700个夹子机构夹住塑料薄膜，同时进行双向拉伸。这些夹子由磁场牵引，就像铁轨上的磁悬浮列车一样，由728个直线电机产生这一移动磁场使之成为可能。最近，布鲁克纳采用了贝加莱ACOPOS系列驱动器实现这一运动控制，通过POWERLINK总线实现同步通信。采用贝加莱技术之后，这家位于德国Chiemgau的机械制造商，能够显著降低驱动设备成本，缩短循环周期，简化硬件和软件维护，并且能够应用现成的解决方案替换专有的驱动系统和总线技术。

采用先进的贝加莱驱动技术的布鲁克纳薄膜生产设备拥有极短的循环周期

在LISIM®双向拉伸薄膜生产线上，由直线电机驱动的同步拉伸系统牵引两个环状导轨上的数百个夹子机构对薄膜进行拉伸，最高速度可达6.6m/s。塑料薄膜从挤出机和压延辊中生产出来之后，由这些夹子机构夹住两边进行横向加速拉伸，两侧导轨并不平行，它们的间距会随着生产线的延伸而增加，同时对薄膜进行纵向拉伸，而且绝对不允许出现划痕。在拉伸过程中，薄膜还会通过烘箱，高温决定了材料的分子结构，因此能够确定薄膜的物理特性，如受到拉伸影响的收缩性。拉伸过后，夹子机构放开薄膜，空转回系统的起始位置。最后在对不能用的薄膜边缘进行修剪之后完成收卷。

实际上只有一定数量的夹子受到驱动，而数百个没有被驱动的夹子不仅可以改善作用在薄膜上的应力分布，而且能够防止薄膜在拉伸时出现下垂。受到驱动的夹子被设计为直线电机的次级（转子），因此在它们的牵引面上装有永磁体。定子绕组被对称安置在牵引面上的永磁体上下，以此来改善应力分布。在不同长度的区域内，绕组沿导轨分布，因此每个区域中只有一个受到驱动的夹子。

728个单独控制的绕组

每个区域由一个逆变器单独控制，布鲁克纳的全新LISIM®系统信赖贝加莱驱动技术：沿着65米长的设备有728个区域，它们由384个贝加莱ACOPOS系列单双轴逆变模块和14个电源模块控制，通过POWERLINK总线实现同步通信。区域的距离越长，所需的电能越大，因此使用的驱动器类型范围需从2.6A至22A，额定功率为5kW。

398个ACOPOS模块通过POWERLINK总线实现对夹子机构的精确同步控制。

“机器概念是在直线电机的基础上建立起来的，我们在15年前创建了这一概念，但是时至今日它依然非常先进，由于包装行业和液晶面板行业对特殊薄膜的需求量越来越大，因此机器也得到了持续的改进。我们一直使用到现在的驱动技术确实已经过时，”Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG自动化开发部电气经理Günter Oedl在谈及改用贝加莱系统时说道，“原来的系统也是专为我们而开发的，而且使用了专有总线，因此我们想要进行新的开发既困难又昂贵。”

这家机械制造商通过使用ACOPOS模块和POWERLINK总线，能够将符合成本效益的标准解决方案取代专有产品，这些标准解决方案可以根据不同用户的需求来进一步开发。

通过POWERLINK实现精确同步

“POWERLINK总线可以使上百个网络节点实现精确同步，同时提供较高的数据吞吐量。一方面，我们能够显著减少循环周期-现在只有400 μs。另一方面，我们能够将大型软件块从驱动器移至全局驱动控制器中，”Günter Oedl解释说。“这明显简化了软件的维护。”

系统中的所有398个ACOPOS模块（电源模块和逆变模块）由12台APC810系列工控机实现同步，每台工控机都配有3个POWERLINK卡，可以控制最多13个模块。工控机通过另一个POWERLINK卡实现通信互联，或者连接至运行布鲁克纳运动控制软件的更高级别的APC810。例如，负责控制烘箱的工厂控制系统是通过PROFIBUS接口连接该贝加莱工控机的。

POWERLINK具有极短的循环周期和极低的抖动率，可以帮助布鲁克纳实现精确的区域定位，正如这家公司的电气开发主管所证实：“这些单独的区域结合在一起具有一致的拓扑结构，容差远远小于应用项目规定的一毫秒。”

对于机械制造商而言，POWERLINK的另一项优势是，它并非专有总线系统，而是一个开源的解决方案，因此可以获得众多厂商的支持，可以采用包括专业诊断工具在内的众多解决方案。

节约能源和空间

布鲁克纳的管理层对ACOPOS广泛的产品系列印象深刻，特别是仅用一个逆变模块就可以控制两个轴或绕组，正如Günter Oedl所言。“我们不需要使用728个逆变模块，398个模块就足以完成这项工作，不仅降低成本，而且节省空间。”

在LISIM®双向拉伸薄膜生产线的控制柜中，总共有398个ACOPOS模块，它们由12台APC810系列工控机实现同步控制。

布鲁克纳的管理者们还特别关注冷却技术。“空气冷却的风险在于，阻塞的过滤器无法得到及时更换，更糟糕的情况是，它已被拆除或者不再进行更换，”布鲁克纳公司工程部经理警告说。“因此，我们希望采用冷却板冷却，在与贝加莱的初步讨论中，他们表现出非常积极的合作意向，为我们开发了一个理想的解决方案。”即使在后续的项目进行过程中，贝加莱在服务方面仍然表现得非常认真：公司将整个驱动系统复制到自己位于Eggelsberg的技术中心中用于开发。

ACOPOS逆变器无需使用导热膏，这一优势对于布鲁克纳采用贝加莱的驱动技术起到了决定性的作用。“在设备维护期间，过去逆变器的更换需要一个小时，而现在在半小时内就能完成，”Günter Oedl说道。但这还不够：对于带冷却板的驱动器而言，通过机柜散热的效率远胜于水冷或油冷。这样可以避免出现峰值温度和较大的温度波动，有利于延长设备的使用寿命。如果在现有的冷却系统中加入冷却液，那么与传统的冷却方式相比，还会具有更高的整体效率。

无需传感器的闭环控制具有更高的效率和鲁棒性

将绕组从开环控制改为闭环控制将大幅提高能效。为此，布鲁克纳必须放弃使用传感器，因为在烘箱附近不能安装传感器。“由于采用了无传感器的控制方法，因此我们能够将每个系统的使用功率降低100至150kW，”Günter Oedl声称。这一控制方法相比弱阻尼的磁轴系统具有更高的阻尼特性，因此无传感器控制的机械设备能够更好地预防工艺偏离或薄膜撕裂现象的发生。“无传感器的闭环控制优势相当明显。因此，我们非常欢迎贝加莱在未来继续为我们提供理想的解决方案，”布鲁克纳工程部经理总结道。

行业：塑料

员工人数：约400人

公司地址：Siegsdorf（德国）      

关于贝加莱

贝加莱是一个总部位于奥地利并拥有遍布全球分支机构的创新驱动型自动化企业，2017年7月，贝加莱成为ABB集团的一个业务单元。作为全球工业自动化领域的领导者，贝加莱融合了前沿技术与先进的工程能力，为各个产业客户提供机器与工厂自动化、运动控制、HMI以及集成安全技术的完整解决方案。通过工业物联网通信标准如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及贝加莱强大的Automation Studio软件开发环境，贝加莱不断重新定义自动化工程的未来。贝加莱保持持续的创新精神，为客户提供更为简化以及超出预期的工业自动化领域前沿技术与方案。