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工業(yè)以太網(wǎng)和基于 PC 的控制技術(shù)早已在很多設(shè)備中普及。班貝克州立職業(yè)學(xué)校（SBSZ）對(duì)此也予以了充分重視。學(xué)校利用最新技術(shù)傳授先進(jìn)的編程方法、運(yùn)動(dòng)控制和安全方面的專業(yè)知識(shí)，讓新興的貿(mào)易專家和技術(shù)人員通過(guò)實(shí)際使用倍福的工業(yè) PC、TwinCAT 3 和驅(qū)動(dòng)器深入了解開(kāi)放式自動(dòng)化平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。

班貝格 SBSZ 主要傳授電氣工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)和機(jī)電一體化等各個(gè)不同領(lǐng)域必要的理論和實(shí)踐知識(shí)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)材料也要不斷更新，與時(shí)俱進(jìn)。2020 年，電氣工程 3（機(jī)電一體化）系重新設(shè)計(jì)了其教學(xué)設(shè)施，新增了一座控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。

碩士工程師 Stefan Felkel：“基于 PC 的控制技術(shù)的靈活性和 TwinCAT 3 的簡(jiǎn)單授權(quán)模式為實(shí)驗(yàn)室工作站的建立和使用提供了巨大優(yōu)勢(shì)。”

“我們的目標(biāo)是確保未來(lái)的技術(shù)工人，尤其是自動(dòng)化和機(jī)電一體化領(lǐng)域的電工和技術(shù)人員，在就業(yè)前能夠做好最充分的準(zhǔn)備，并將所學(xué)知識(shí)有效地運(yùn)用到實(shí)際工作中。”與 Markus Grill（理學(xué)碩士）一起設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室工作站的高級(jí)教師 Stefan Felkel 說(shuō)道。因此，實(shí)驗(yàn)室中各個(gè)學(xué)習(xí)單元和練習(xí)都是培訓(xùn)計(jì)劃不可或缺的一部分。目標(biāo)是通過(guò)各種實(shí)踐練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立完成各項(xiàng)任務(wù)和編程的能力。Stefan Felkel 表示：“每位職校學(xué)生和志向成為技術(shù)人才的學(xué)員都可以設(shè)計(jì)和創(chuàng)建自己的程序，并在硬件上進(jìn)行模擬和測(cè)試。”學(xué)校總共有六個(gè)實(shí)驗(yàn)室工作站，每個(gè)工作站最多可供三名學(xué)生使用。此外，還有一個(gè)供教師使用的實(shí)驗(yàn)室工作站，可以通過(guò)它遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)室工作站和工業(yè) PC 的電源。

安全、運(yùn)動(dòng)控制和垂直集成

每個(gè)工作站都有三個(gè)培訓(xùn)模塊，分別側(cè)重于 PLC、安全和運(yùn)動(dòng)控制，這些模塊可與 C6525 工業(yè) PC 靈活搭配。

PLC 示教板上安裝了數(shù)字量和模擬量 I/O 端子模塊（EL1895、EL3174、EL4132）、1 個(gè) AS-i 主站端子模塊（EL6201）以及用于兩個(gè)電位計(jì)的 EL3214-0090 模擬量輸入端子模塊。運(yùn)動(dòng)控制學(xué)習(xí)模塊包含了 2 個(gè)用于控制伺服電機(jī)的 EL7221-0090 EtherCAT 端子模塊（48 V DC、8 A、OCT）、1 個(gè)制動(dòng)斬波器端子模塊 (EL9576) 和 1 個(gè)風(fēng)扇模塊（ZB8610)。另外，它還配備了一個(gè)編碼器接口端子模塊 EL5151，用于設(shè)置設(shè)定值。

安全示教板上安裝的設(shè)備包括 1 個(gè) TwinSAFE 輸入端子模塊（EL1918）、1 個(gè) 4 通道 TwinSAFE 輸出端子模塊（EL2904）、1 個(gè)帶 TwinSAFE SC 通信接口的 IO-Link 主端子模塊 （EL6224-0090）和 1 個(gè) EtherCAT 數(shù)字量端子模塊（EL1859）。“通過(guò) TwinCAT 3 編程平臺(tái)和各種 TwinCAT 3 功能，我們可以設(shè)計(jì)和創(chuàng)建大量以實(shí)踐為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)場(chǎng)景。”Stefan Felkel 強(qiáng)調(diào)道。

“我們的 Motion Servo、TwinSAFE 和 TwinCAT I/O 示教板是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)。為了確保這些模塊與現(xiàn)有的培訓(xùn)設(shè)置兼容，倍福系統(tǒng)應(yīng)用部的 Franco Angelico 和倍福演示系統(tǒng)部的 Jens Thorun 根據(jù) Stefan Felkel 和 Markus Grill 的要求對(duì)模塊進(jìn)行了調(diào)整。”來(lái)自倍福紐倫堡銷售團(tuán)隊(duì)的 Wolfgang Negele 補(bǔ)充道。

Stefan Felkel 認(rèn)為，重要的是每個(gè)人都擁有自己的工業(yè) PC，并且能夠輕松地將其與任何硬件設(shè)備連接。基于 PC 的控制技術(shù)和 EtherCAT 在此提供了極大的靈活性：工業(yè) PC 可以通過(guò)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口靈活連接實(shí)驗(yàn)室工作站的硬件或其它移動(dòng)實(shí)訓(xùn)推車。

實(shí)用技能培訓(xùn)與 TwinCAT 3

在實(shí)驗(yàn)室中，除了硬連線可編程邏輯控制器之外，教師們主要傳授順序控制器編程的基礎(chǔ)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)室的核心部分是 TwinCAT 3 開(kāi)發(fā)平臺(tái)。TwinCAT 3 NC PTP 和 Safety Editor 也可用于運(yùn)動(dòng)控制和安全學(xué)習(xí)模塊。TwinCAT 的優(yōu)勢(shì)在于，學(xué)生可以將工業(yè) PC 用作應(yīng)用程序編程和軟 PLC 的平臺(tái)。此外，學(xué)生們也可以使用自己的筆記本電腦，無(wú)需支付任何高昂的授權(quán)費(fèi)用。“這無(wú)疑可以讓學(xué)生能夠更加專注和深入地研究基于 PC 的控制主題。”Stefan Felkel 說(shuō)道。他認(rèn)為，工業(yè) PC 相對(duì)于傳統(tǒng)的硬件控制平臺(tái)具有更大的靈活性。“我們還使用了各種擴(kuò)展功能，例如通信領(lǐng)域的 OPC UA。”他說(shuō)道。在驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面，除了 TwinCAT 3 Motion Designer（TE5910）和 TwinCAT 3 Drive Manager 2（Te5950）之外，還使用了 TwinCAT 3 Bode Plot Base（TE1320）。

在總共六個(gè)實(shí)驗(yàn)室工作站中，每個(gè)工作站都配備了兩臺(tái) C6525 工業(yè) PC，用于完成編程、設(shè)置和測(cè)試等各種實(shí)操練習(xí)

從接觸器電路到機(jī)器人應(yīng)用

在驅(qū)動(dòng)技術(shù)方面，接觸器電路的基礎(chǔ)知識(shí)通過(guò)硬連線可編程邏輯控制器和 C6525 工業(yè) PC 的相應(yīng)程序進(jìn)行教學(xué)。“在教學(xué)中，我們使用安全繼電器控制電機(jī)，以引入安全主題，并通過(guò) TwinSAFE 進(jìn)行進(jìn)一步深化。”Stefan Felkel 說(shuō)道。通過(guò) EtherCAT 端子模塊 EL7221（緊湊型驅(qū)動(dòng)技術(shù)）對(duì)伺服電機(jī)（AM8132）進(jìn)行控制操作，以及給異步電機(jī)施加負(fù)載以確定其特性曲線，完成驅(qū)動(dòng)技術(shù)的教學(xué)任務(wù)。

培訓(xùn)結(jié)束后，學(xué)生們需要編寫一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)程序：需要控制兩個(gè)機(jī)器人和另外五個(gè)包含基本自動(dòng)化元件（傳感器、電氣氣動(dòng)裝置、總線系統(tǒng)）的工作站。為此，學(xué)生們需要分析每個(gè)子站的功能，確認(rèn)它們與相鄰站點(diǎn)的接口，并啟動(dòng)通信。整個(gè)培訓(xùn)課程包括程序設(shè)計(jì)、編程以及測(cè)試和文檔編制。“我們目標(biāo)是在培訓(xùn)課程中創(chuàng)造出盡可能令人興奮的實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)解決許多基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域的問(wèn)題。”Stefan Felkel 說(shuō)道。

未來(lái)，學(xué)校還將進(jìn)一步擴(kuò)展培訓(xùn)課程的內(nèi)容，包括伺服電機(jī)的控制。目前已經(jīng)有了相應(yīng)的 AX5000 伺服驅(qū)動(dòng)器，并正在用于建設(shè)新的教學(xué)模塊。此外，學(xué)校還計(jì)劃整合平面移動(dòng)類電機(jī)和專用電機(jī)。最后，Stefan Felkel 補(bǔ)充道：“總之，我要特別感謝倍福紐倫堡辦事處的系統(tǒng)應(yīng)用工程師 Franco Angelico 給予我們的大力支持和幫助，以及他為學(xué)習(xí)模塊的上線和運(yùn)行做出的巨大貢獻(xiàn)。”