前言

在布魯克納（BrücknerMaschinenbauGmbH&Co.KG）的LISIM®雙向拉伸薄膜生產(chǎn)線上，有700多個(gè)夾子機(jī)構(gòu)夾住塑料薄膜，同時(shí)進(jìn)行雙向拉伸。這些夾子由磁場牽引，就像鐵軌上的磁懸浮列車一樣，由728個(gè)直線電機(jī)產(chǎn)生這一移動(dòng)磁場使之成為可能。最近，布魯克納采用了貝加萊ACOPOS系列驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)這一運(yùn)動(dòng)控制，通過POWERLINK總線實(shí)現(xiàn)同步通信。采用貝加萊技術(shù)之后，這家位于德國Chiemgau的機(jī)械制造商，能夠顯著降低驅(qū)動(dòng)設(shè)備成本，縮短循環(huán)周期，簡化硬件和軟件維護(hù)，并且能夠應(yīng)用現(xiàn)成的解決方案替換專有的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和總線技術(shù)。

在LISIM®雙向拉伸薄膜生產(chǎn)線上，由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步拉伸系統(tǒng)牽引兩個(gè)環(huán)狀導(dǎo)軌上的數(shù)百個(gè)夾子機(jī)構(gòu)對(duì)薄膜進(jìn)行拉伸，最高速度可達(dá)6.6m/s。塑料薄膜從擠出機(jī)和壓延輥中生產(chǎn)出來之后，由這些夾子機(jī)構(gòu)夾住兩邊進(jìn)行橫向加速拉伸，兩側(cè)導(dǎo)軌并不平行，它們的間距會(huì)隨著生產(chǎn)線的延伸而增加，同時(shí)對(duì)薄膜進(jìn)行縱向拉伸，而且絕對(duì)不允許出現(xiàn)劃痕。在拉伸過程中，薄膜還會(huì)通過烘箱，高溫決定了材料的分子結(jié)構(gòu)，因此能夠確定薄膜的物理特性，如受到拉伸影響的收縮性。拉伸過后，夾子機(jī)構(gòu)放開薄膜，空轉(zhuǎn)回系統(tǒng)的起始位置，在對(duì)不能用的薄膜邊緣進(jìn)行修剪之后完成收卷。

采用先進(jìn)的貝加萊驅(qū)動(dòng)技術(shù)的布魯克納薄膜生產(chǎn)設(shè)備擁有極短的循環(huán)周期。

實(shí)際上只有一定數(shù)量的夾子受到驅(qū)動(dòng)，而數(shù)百個(gè)沒有被驅(qū)動(dòng)的夾子不僅可以改善作用在薄膜上的應(yīng)力分布，而且能夠防止薄膜在拉伸時(shí)出現(xiàn)下垂。受到驅(qū)動(dòng)的夾子被設(shè)計(jì)為直線電機(jī)的次要方面（轉(zhuǎn)子），因此在它們的牽引面上裝有永磁體。主要元件（定子繞組）被對(duì)稱安置在牽引面上的永磁體上下，以此來改善應(yīng)力分布。在不同長度的區(qū)域內(nèi)，繞組沿導(dǎo)軌分布，因此每個(gè)區(qū)域中只有一個(gè)受到驅(qū)動(dòng)的夾子。

728個(gè)單獨(dú)控制的繞組

每個(gè)區(qū)域由一個(gè)逆變器單獨(dú)控制，布魯克納的全新LISIM®系統(tǒng)信賴貝加萊驅(qū)動(dòng)技術(shù)：沿著65米長的設(shè)備有728個(gè)區(qū)域，它們由384個(gè)貝加萊ACOPOS系列單雙軸逆變模塊和14個(gè)電源模塊控制，通過POWERLINK總線實(shí)現(xiàn)同步通信。區(qū)域的距離越長，所需的電能越大，因此使用的驅(qū)動(dòng)器類型范圍需從2.6A至22A，額定功率為5kW。

“機(jī)器概念是在直線電機(jī)的基礎(chǔ)上建立起來的，我們?cè)?5年前創(chuàng)建了這一概念，但是時(shí)至今日它依然非常先進(jìn)，由于包裝行業(yè)和液晶面板行業(yè)對(duì)特殊薄膜的需求量越來越大，因此機(jī)器也得到了持續(xù)的改進(jìn)。我們一直使用到現(xiàn)在的驅(qū)動(dòng)技術(shù)確實(shí)已經(jīng)過時(shí)，”BrücknerMaschinenbauGmbH&Co.KG自動(dòng)化開發(fā)部電氣經(jīng)理GünterOedl在談及改用貝加萊系統(tǒng)時(shí)說道，“它也是專為我們而開發(fā)的，而且使用了專有總線，因此我們想要進(jìn)行新的開發(fā)既困難又昂貴。”

這家機(jī)械制造商通過使用ACOPOS模塊和POWERLINK總線，能夠?qū)⒎铣杀拘б娴臉?biāo)準(zhǔn)解決方案取代專有產(chǎn)品，這些標(biāo)準(zhǔn)解決方案的進(jìn)一步開發(fā)可以根據(jù)不同用戶的需求來進(jìn)行。

通過POWERLINK實(shí)現(xiàn)精確同步

“POWERLINK總線可以使上百個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精確同步，同時(shí)提供較高的數(shù)據(jù)吞吐量。一方面，我們能夠顯著減少循環(huán)周期-現(xiàn)在只有400μs。另一方面，我們能夠?qū)⒋笮蛙浖K從驅(qū)動(dòng)器移至全局驅(qū)動(dòng)控制器中，”GünterOedl解釋說。“這明顯簡化了軟件的維護(hù)。”

系統(tǒng)中的所有398個(gè)ACOPOS模塊（電源模塊和逆變模塊）由12臺(tái)APC810系列工控機(jī)實(shí)現(xiàn)同步，每臺(tái)工控機(jī)都配有3個(gè)POWERLINK卡，可以控制最多13個(gè)模塊。工控機(jī)通過另一個(gè)POWERLINK卡實(shí)現(xiàn)通信互聯(lián)，或者連接至運(yùn)行布魯克納運(yùn)動(dòng)控制軟件的更高級(jí)別的APC810。例如，負(fù)責(zé)控制烘箱的工廠控制系統(tǒng)是通過PROFIBUS接口連接該貝加萊工控機(jī)的。

398個(gè)ACOPOS模塊通過POWERLINK總線實(shí)現(xiàn)對(duì)夾子機(jī)構(gòu)的精確同步控制。

在LISIM®雙向拉伸薄膜生產(chǎn)線的控制柜中，總共有398個(gè)ACOPOS模塊，它們由12臺(tái)APC810系列工控機(jī)實(shí)現(xiàn)同步控制。

POWERLINK具有極短的循環(huán)周期和極低的抖動(dòng)率，可以幫助布魯克納實(shí)現(xiàn)精確的區(qū)域定位，正如這家公司的電氣開發(fā)主管所證實(shí)：“這些單獨(dú)的區(qū)域結(jié)合在一起具有一致的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，容差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于應(yīng)用項(xiàng)目規(guī)定的一毫秒。”

對(duì)于機(jī)械制造商而言，POWERLINK的另一項(xiàng)優(yōu)勢是，它并非專有總線系統(tǒng)，而是一個(gè)開源的解決方案，因此可以獲得眾多廠商的支持，可以采用包括專業(yè)診斷工具在內(nèi)的眾多解決方案。

節(jié)約能源和空間

布魯克納的管理層對(duì)ACOPOS廣泛的產(chǎn)品系列印象深刻，特別是僅用一個(gè)逆變模塊就可以控制兩個(gè)軸或繞組，正如GünterOedl所言。“我們不需要使用728個(gè)逆變模塊，398個(gè)模塊就足以完成這項(xiàng)工作，不僅降低成本，而且節(jié)省空間。”

布魯克納的管理者們還特別關(guān)注冷卻技術(shù)。“空氣冷卻的風(fēng)險(xiǎn)在于，阻塞的濾器無法得到及時(shí)更換，更糟糕的情況是，它已被拆除或者不再進(jìn)行更換，”布魯克納公司工程部經(jīng)理警告說。“因此，我們希望采用冷卻板冷卻，在與貝加萊的初步討論中，他們表現(xiàn)出非常積極的合作意向，為我們開發(fā)了一個(gè)理想的解決方案。”即使在后續(xù)的項(xiàng)目進(jìn)行過程中，貝加萊在服務(wù)方面仍然表現(xiàn)得非常認(rèn)真：公司將整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)復(fù)制到自己位于Eggelsberg的技術(shù)中心中用于開發(fā)。

ACOPOS逆變器無需使用導(dǎo)熱膏，這一優(yōu)勢對(duì)于布魯克納采用貝加萊的驅(qū)動(dòng)技術(shù)起到了決定性的作用。“在設(shè)備維護(hù)期間，過去逆變器的更換需要一個(gè)小時(shí)，而現(xiàn)在在半小時(shí)內(nèi)就能完成，”GünterOedl說道。但這還不夠：對(duì)于帶冷卻板的驅(qū)動(dòng)器而言，通過機(jī)柜散熱的效率遠(yuǎn)勝于水冷或油冷。這樣可以避免出現(xiàn)峰值溫度和較大的溫度波動(dòng)，有利于延長設(shè)備的使用壽命。如果在現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)中加入冷卻液，那么與傳統(tǒng)的冷卻方式相比，還會(huì)具有更高的整體效率。

無需傳感器的閉環(huán)控制具有更高的效率和魯棒性

將繞組從開環(huán)控制改為閉環(huán)控制將大幅提高能效。為此，布魯克納必須放棄使用傳感器，因?yàn)樵诤嫦涓浇荒馨惭b傳感器。“由于采用了無傳感器的控制方法，因此我們能夠?qū)⒚總€(gè)系統(tǒng)的使用功率降低100至150kW，”GünterOedl聲稱。這一控制方法相比弱阻尼的磁軸系統(tǒng)具有更高的阻尼特性，因此無傳感器控制的機(jī)械設(shè)備能夠更好地預(yù)防工藝偏離或薄膜撕裂現(xiàn)象的發(fā)生。“無傳感器的閉環(huán)控制優(yōu)勢相當(dāng)明顯。因此，我們非常歡迎貝加萊在未來繼續(xù)為我們提供理想的解決方案，”布魯克納工程部經(jīng)理總結(jié)道。