工業(yè)以太網(wǎng)和基于 PC 的控制技術早已在很多設備中普及。班貝克州立職業(yè)學校（SBSZ）對此也予以了充分重視。學校利用最新技術傳授先進的編程方法、運動控制和安全方面的專業(yè)知識，讓新興的貿易專家和技術人員通過實際使用倍福的工業(yè) PC、TwinCAT 3 和驅動器深入了解開放式自動化平臺的優(yōu)勢。

　　班貝格 SBSZ 主要傳授電氣工程、計算機科學和機電一體化等各個不同領域必要的理論和實踐知識。隨著技術的進步，教學內容和教學材料也要不斷更新，與時俱進。2020 年，電氣工程 3（機電一體化）系重新設計了其教學設施，新增了一座控制和驅動技術實驗室。

　　碩士工程師 Stefan Felkel：“基于 PC 的控制技術的靈活性和 TwinCAT 3 的簡單授權模式為實驗室工作站的建立和使用提供了巨大優(yōu)勢。”

　　“我們的目標是確保未來的技術工人，尤其是自動化和機電一體化領域的電工和技術人員，在就業(yè)前能夠做好最充分的準備，并將所學知識有效地運用到實際工作中。”與 Markus Grill（理學碩士）一起設計實驗室工作站的高級教師 Stefan Felkel 說道。因此，實驗室中各個學習單元和練習都是培訓計劃不可或缺的一部分。目標是通過各種實踐練習，培養(yǎng)學生獨立完成各項任務和編程的能力。Stefan Felkel 表示：“每位職校學生和志向成為技術人才的學員都可以設計和創(chuàng)建自己的程序，并在硬件上進行模擬和測試。”學校總共有六個實驗室工作站，每個工作站最多可供三名學生使用。此外，還有一個供教師使用的實驗室工作站，可以通過它遠程控制實驗室工作站和工業(yè) PC 的電源。

　　安全、運動控制和垂直集成

　　每個工作站都有三個培訓模塊，分別側重于 PLC、安全和運動控制，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 AS-i 主站端子模塊（EL6201）以及用于兩個電位計的 EL3214-0090 模擬量輸入端子模塊。運動控制學習模塊包含了 2 個用于控制伺服電機的 EL7221-0090 EtherCAT 端子模塊（48 V DC、8 A、OCT）、1 個制動斬波器端子模塊 (EL9576) 和 1 個風扇模塊（ZB8610)。另外，它還配備了一個編碼器接口端子模塊 EL5151，用于設置設定值。

　　安全示教板上安裝的設備包括 1 個 TwinSAFE 輸入端子模塊（EL1918）、1 個 4 通道 TwinSAFE 輸出端子模塊（EL2904）、1 個帶 TwinSAFE SC 通信接口的 IO-Link 主端子模塊 （EL6224-0090）和 1 個 EtherCAT 數(shù)字量端子模塊（EL1859）。“通過 TwinCAT 3 編程平臺和各種 TwinCAT 3 功能，我們可以設計和創(chuàng)建大量以實踐為導向的學習場景。”Stefan Felkel 強調道。

　　“我們的 Motion Servo、TwinSAFE 和 TwinCAT I/O 示教板是實現(xiàn)這一目標的基礎。為了確保這些模塊與現(xiàn)有的培訓設置兼容，倍福系統(tǒng)應用部的 Franco Angelico 和倍福演示系統(tǒng)部的 Jens Thorun 根據(jù) Stefan Felkel 和 Markus Grill 的要求對模塊進行了調整。”來自倍福紐倫堡銷售團隊的 Wolfgang Negele 補充道。

　　Stefan Felkel 認為，重要的是每個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備連接。基于 PC 的控制技術和 EtherCAT 在此提供了極大的靈活性：工業(yè) PC 可以通過相應的網(wǎng)絡接口靈活連接實驗室工作站的硬件或其它移動實訓推車。

　　實用技能培訓與 TwinCAT 3

　　在實驗室中，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知識。實驗室的核心部分是 TwinCAT 3 開發(fā)平臺。TwinCAT 3 NC PTP 和 Safety Editor 也可用于運動控制和安全學習模塊。TwinCAT 的優(yōu)勢在于，學生可以將工業(yè) PC 用作應用程序編程和軟 PLC 的平臺。此外，學生們也可以使用自己的筆記本電腦，無需支付任何高昂的授權費用。“這無疑可以讓學生能夠更加專注和深入地研究基于 PC 的控制主題。”Stefan Felkel 說道。他認為，工業(yè) PC 相對于傳統(tǒng)的硬件控制平臺具有更大的靈活性。“我們還使用了各種擴展功能，例如通信領域的 OPC UA。”他說道。在驅動軸的設計和優(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）。

　　在總共六個實驗室工作站中，每個工作站都配備了兩臺 C6525 工業(yè) PC，用于完成編程、設置和測試等各種實操練習

　　從接觸器電路到機器人應用

　　在驅動技術方面，接觸器電路的基礎知識通過硬連線可編程邏輯控制器和 C6525 工業(yè) PC 的相應程序進行教學。“在教學中，我們使用安全繼電器控制電機，以引入安全主題，并通過 TwinSAFE 進行進一步深化。”Stefan Felkel 說道。通過 EtherCAT 端子模塊 EL7221（緊湊型驅動技術）對伺服電機（AM8132）進行控制操作，以及給異步電機施加負載以確定其特性曲線，完成驅動技術的教學任務。

　　培訓結束后，學生們需要編寫一個機器人系統(tǒng)程序：需要控制兩個機器人和另外五個包含基本自動化元件（傳感器、電氣氣動裝置、總線系統(tǒng)）的工作站。為此，學生們需要分析每個子站的功能，確認它們與相鄰站點的接口，并啟動通信。整個培訓課程包括程序設計、編程以及測試和文檔編制。“我們目標是在培訓課程中創(chuàng)造出盡可能令人興奮的實際應用，同時解決許多基礎學科領域的問題。”Stefan Felkel 說道。

　　未來，學校還將進一步擴展培訓課程的內容，包括伺服電機的控制。目前已經有了相應的 AX5000 伺服驅動器，并正在用于建設新的教學模塊。此外，學校還計劃整合平面移動類電機和專用電機。最后，Stefan Felkel 補充道：“總之，我要特別感謝倍福紐倫堡辦事處的系統(tǒng)應用工程師 Franco Angelico 給予我們的大力支持和幫助，以及他為學習模塊的上線和運行做出的巨大貢獻。”

　　關于德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業(yè)務遍及 70 多個國家和地區(qū)。

　　倍福于 1997 年進入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創(chuàng)新產品和解決方案廣泛應用于風力發(fā)電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。

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