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03 | 引领工业 4.0 的发展方向
07 | 钣金加工机床
深拉压力机以速度和能效取胜
10 | Jet Edge 公司的超高压水切割头可以完成最艰巨的任务
12 | TwinCAT CNC 控制高精度石油筛缝管激光切割机
14 | 最大限度地提高型材加工的精度和速度
18 | 以太网统领大型压机
22 | 基于 PC 的 NC 控制器助力 Prima Power 成功
25 | PC 控制技术 — 高品质焊接的护航者
28 | 设备效率提高了 20 %
30 | 将折弯机放置在自主研发的控制器上
32 | Vernet Behringer 全面提高 PC 控制标准
34 | 将 PC 用作控制平台
36 | 钣金加工：增速减时，事半功倍
40 | 切削加工机床
借助开放的高速 CNC 解决方案实现微机械加工技术的飞跃
44 | 为了解决精密磨削技术方面的老化问题，Echo Hill 对他们的
机械零部件进行了彻底更换
48 | 用于 CNC 控制的控制面板
50 | 高精度圆柱面钻孔
52 | 提升设备性能，降低系统成本
54 | 一举成型
57 | 畅通无阻：使用软 CNC 控制牙科车针自动磨床
60 | TwinCAT - 完美加工的有力保证
2
PCC 200402
2014 年对于 Beckhoff 来说是一个具有重要意义的周年纪念：“25 年
前，我们使用我们基于光纤的 Lightbus — 第一个现场总线 — 实现
了第一批应用。” Hans Beckhoff 先生回忆道。这一高速通讯解决方
案至今仍在使用。公司的产品、系统和解决方案覆盖的工业应用领域
十分广泛。这为整个机械工程行业以及在楼宇和能源自动化、测量技
术、过程工程、过程技术，甚至娱乐工程应用都提供了一个理想的控
制平台。“在销售额方面，我们同样看到了我们几乎在所有细分市场
中都取得了积极的增长。”Hans 总裁高兴地说道。“引领趋势，求
新求变，锐意发展，是我们在全球自动化领域的不懈追求。此过程中
收获的成果，使我们为各行业的客户提供全新的优化的解决方案成为
可能。”
自动化平台已为工业 4.0 做好准备
它是如何与工业 4.0 相契合的呢？“自动化是一个高科技产业，它使
得长期投资的商品更加智能化。”物理学专业毕业的 Beckhoff 先生解
释说道。“这样可以实现一个稳定的发展，伴随着较小规模，有时又
较大规模的技术革命。”他认为当前革命中批量大小为 1 的生产的自
动化并不是件新鲜事物：“早在 1986 年，我们就为一台机器装配了
基于 PC 的控制器，它可以单件小批量生产窗户。”
现在，随着自动化技术产业涵盖了“物联网”，互联网技术的融合
也将影响多个领域，这经常被称为第四次工业革命或工业 4.0。“术
语‘革命’一词通常被用来意指一蹴而就。”Beckhoff 先生继续说
道。“但是，从第一次工业革命到第三次工业革命的进展分析表明，
相关的技术变革需要数十年的时间。”Hans Beckhoff 认为，工业 4.0
也是一次具有革命性意义的发展 — 而一次技术的飞跃将需要一段
时间才能实现全行业采用。“到 2040 年，当人们再次回顾 2010 年
到 2030 年这段时间时，就会发现这一发展更像是一次快速进步的革
命。”Hans 总裁补充道。“凭借基于 PC 的开放式自动化解决方案
系列，我们已为工业 4.0 做好了充分的准备。基于 PC 的控制技术始
终推动着 IT 和自动化技术（AT）的融合，因此它自然也大大促进了
扩展互联网连接。”最重要的是，计算机支持与云之间符合标准的通
讯。“例如，Beckhoff 公司使用微软的 Azure — 开放、灵活的云平台
— 来实现这一类型的通讯。” Beckhoff 先生补充说道。
“也可以通过我们基于 PC 的自动化平台直接连接 SAP 或 ERP 和 MES
开放的基于 PC 的自动化系统、改善的连接性能、高速 I/O 端子模块、TwinCAT 自动化软件以及高效的驱动技术为
工业 4.0 运动打下了坚实的技术基础。德国倍福自动化有限公司总裁 Hans Beckhoff 先生在接受《开放式自动化》
（openautomation）杂志采访时就公司战略和最新发展谈了谈他自己的看法。
Hans Beckhoff 接受《开放式自动化》
（openautomation）杂志访谈
引领工业 4.0 的发展方向
工业 4.0 3
系统。”Hans Beckhoff 继续说道。“去年，我们的技术研究成果突显
了谷歌眼镜对机器的监控和操作是令人振奋的技术进步。这种“可穿
戴式 HMI”清楚地表明，PC 控制技术可以立即与新的连接技术相匹
配；如果可以提供正确的基础技术，则这些好处立即能够在融合解决
方案内体现。因此，与我们客户展开的广泛讨论有力证明，即便从我
们现在已经实现的各种应用而言，我们的工业 4.0 征途已竟其半。”
“尖端集群‘it’s OWL’（北威州智能技术系统‘OWL’）也取得了
成功发展。” Hans Beckhoff 说道。东威斯特伐利亚-利佩地区总共有
174 家专注于智能技术系统领域的公
司、大学、卓越科研中心以及经济组
织于 2011 年走到了一起，现在被视为
铺平工业 4.0 道路的开拓者。“现乃
工业 4.0 上半场已毕之际。每个项目
都非常成功，因此，德国政府同意进
一步提高补贴。Hans Beckhoff 坚信，
尖端集群举措将为整个东威斯特伐利
亚地区带来了投资热潮。“这也引起
了国际社会的广泛关注。我们致力于大张旗鼓地鼓励并推进伙伴间合
作，此举让众多中小企业及大专院校找到了理念一致、志趣相投的全
新的高端合作伙伴，而在此之前，这些都是他们所难以企及的。”
高效的模块化工程
特别是就柔性制造理念而言，重要的是对开发工作的自动完成以及对
软件模块复用性的支持。这种一致的软件模块化可以使用 TwinCAT 3
实现：“软件模块的组合简化了软件的设计工作，同时也让程序员从
繁琐的工作中解脱出来。”Hans Beckhoff 强调道。此外，还需要一
个高效、功能齐全的工具箱。这可以在 TwinCAT 3 中通过面向对象
的 IEC61131-3 标准语言、C 和 C++ 编译器编写，而且还可以集成到
MATLAB®/Simulink® 中。这使得在编程语言上的选择非常自由。您可以
在需要的时候选择最适合这项任务的工具。TwinCAT 3 的另一大特色
是将 Visual Studio® 集成到编程环境中。
“除此之外，还可以使用 TwinCAT Automation Interface 完整地远程控
制工程系统以及自动生成代码和配置。”Hans Beckhoff 解释道。“因
此，可以减少手动创建控制项目以及相应产生的误差。TwinCAT Auto-
mation Interface 是一种开放式接口，
除了标准的微软 .NET 编程语言之外，
它也支持高级脚本语言，如 Windows
Powershell 或 IronPython。”“对于视
觉管理，我们使用的是诸如微软的
Team Foundation Server（TFS）。”Hans
Beckhoff 继续说道。它可以有效地规
划、创建和管理项目；此外，模块可
以通过这个 Windows 平台重复用于协
同软件项目。Hans 总裁深信，世界上最发达的软件工程平台内的编
程将继续给用户带来更大的好处。“在软件开发方面，我们使用的是
一个有前途、应用广泛且功能强大的平台。”他强调说道。
“几十年来，微软和英特尔都为 IT 提供了最强大的平台。因此，我
们知道这些平台非常适合我们的 PC 控制技术。”Hans Beckhoff 阐述
道。“英特尔处理器是 Beckhoff 基于 PC 的自动化系统的主要推动
力。例如，新一代 Bay Trail 处理器被广泛用在 CX51xx 系列嵌入式控制
器、CP27xx 和 CP37xx 系列面板型 PC 以及 C6915 控制柜式 PC 中。每个
“凭借我们的自动化解决平台系列，我们已为工
业 4.0 做好了充分的准备。基于 PC 的控制技术始
终推动着 IT 和自动化技术（AT）的融合，因此它
自然也大大促进了扩展互联网连接。”
4 工业 4.0
设备系列还为用户提供了单核、双或四核型号的选项。”Beckhoff 先
生指出，Bay Trail 是“一款最适合的处理器，尤其是在自动化领域，
因为它设计时就考虑到让缓存内存直接分配给 CPU 内核，从而在多核
应用中具有出色的表现。”
科技自动化：“世界上最强大的机器控制器”
现代化的柔性生产设施以及单台高性能机器中的集中控制解决方
案需要日益强大的控制系统。因此，在暂定名“大铁砣”的情况
下，Beckhoff 将推出 C6670 — 公司有史以来建造的功能最强大的一款
PC。早在大型机时代，“大铁砣”就是一个用来形容最强大样机的
口语表达。C66xx 系列高端型号的控制柜式 PC 有具有 12、24 甚至 36
个内核的型号可提供，价格在 6000 欧到 15,000 欧之间。RAM 最小为
128 GB，可扩展到 2 TB。“摩尔定律仍然适用，因为 36 核处理器今年
已经对外发布。”Beckhoff 先生补充说道。“到 2020 年，机器的工业
PC 成本很可能和今天的控制器差不多，但其功能会提高 8 到 16 倍，
且内存大小也是现在难以想象的。”通过“大铁砣”项目，Beckhoff
将继续奉行“科技自动化”理念，即机器的所有控制功能都通过软件
实现，从运动控制到视觉再到工程算法，全部都在一个非常强大的多
核处理器中计算。“TwinCAT 3 让我们能够将各个控制任务分配给各
个内核，从而高效利用所有内核资源，展示了 C6670 这一世界上最
强大的机器控制器之一。”Beckhoff 先生骄傲地说道。“在 2014 年德
国纽伦堡工业自动化展会 SPS IPC Drives 上，我们展示了一个高性能应
用，它由一台具有 24 个内核的‘大铁砣’PC 控制 — 为应用带来诸多
好处。”这是 2014 年德国纽伦堡展会所有展品中最大的一个亮点。
除了高处理器性能之外，基于 PC 和 EtherCAT 的控制技术还针对极
速通讯进行了优化。“我们在 2008 年推出的 XFC 极速控制技术缩短
了标准机器的控制周期，提高了效率并保护了资源。”Hans Beckhoff
强调说道。“该项技术适用于广泛的应用范围，从注塑机到印刷机，
从机床到装配机器。”如果同一台机器上可以生产更多的工件，效益
将明显地迅速提升：“公司将能够在同一台机器体积中实现更高的性
能，同时提高产量，降低能耗。总体而言，工厂内需要的机器更少，
因此可以大大缩短摊销年限。”他在简要阐述 XFC 优势时如此说道。
通过 XFC 技术，分布式时钟和时间戳 I/O 信号能够实现小于 100 μs
的 I/O 响应时间。“这是一个全面的方法。”Beckhoff 先生解释说
道。“另一方面，I/O 信号的高速预处理只是一个特例。”通过 XFC
可以实现 100 ns（纳秒！）的绝对精度。“通过我们的 XFC 技术，
我们可以轻松地满足即使是最快速的需求。”“由于预期到 PC 控制
技术的性能会得到很大提升，每个行业将都被呼吁实施其特定的‘
杀手级应用’。”Beckhoff 先生继续说道。“同时，快速周期时间只
是等式的一个部分，因为经常需要用到复杂数学算法的实时计算能
力。图像处理的无缝集成可以是一个解决办法。就高速、高效的机
器控制器而言，客户基本上只会受到他们在设计其应用程序时的想
象力限制。”
线路板式总线端子模块
I/O 系统为在输入和输出层灵活的数据传输提供了理想的解决方案，
没有它们，设备和机器的柔性自动化方案在今天将几乎是不可能的。
迄今为止，Beckhoff 已经为控制柜或机器安装提供大量模块化 I/O 系
统，包括 EtherCAT 端子模块（IP 20）、总线端子模块（IP 20）、Ether-
CAT 端子盒（IP 67 或 IP 69K）以及现场总线端子盒（IP 67）。
公司最近为 SPS IPC Drives 展会开发了一套全新的 I/O 系统：“我们的
EJ 系统由具有总线端子模块功能系列的 I/O 模块构成，可以直接插接
到线路板上。”Hans Beckhoff 先生解释说道。基本的线路板用作高度
模块化的 EJ 系列 EtherCAT I/O 解决方案的接线层，这是首次在客户项
目中开发而成的。此外，该解决方案可通过辅助机电功能提供，从而
可以包含任何所需的插接口。
“新型 EtherCAT 插拔式模块主要用于批量生产应用中。”Beckhoff 公
司总裁如是说道。“在标准机器的大规模生产中，例如，一部分控制
柜可以以印刷电路板的形式实现。我们的全新系统在批量生产中的最
大优点就是以预制电缆线束代替人工接线。”它也可用于完全不同的
应用中，如电力测量站。“我们正在为所有主要类型的型号推出我们
的线路板式电子总线端子模块。”Beckhoff 先生宣布道。除此之外的
更高要求也可以很快地满足。“我们的新 EJ 系统使得机器和 I/O 层有
更多的通讯，即使没有技术人员的干预。”
此次展会上，我们还展出了成熟的 I/O 系统中的新产品。比如，IO-
Link，它通常被认为是工业 4.0 征程中的“最后一米”。因此，Beckhoff
现在正在为其现场总线盒系列配备 IO-Link 技术。“我们看到 IO-Link 越
来越受到市场关注。”Hans Beckhoff 补充说道。
通过创新技术解决由来已久的驱动方面的挑战
通过 XTS 直线驱动技术，Beckhoff 为在很多机械工程领域实现新的机
器方案提供了一个驱动解决方案。“我们的 XTS 是一套不可思议的
机电一体化套件，突破了传统直线驱动技术的局限性。”Beckhoff 先
生指出。全世界已经有很多新的应用配备了 XTS 系统，并在此次展会
上展出了新的 XTS 软件库。此外，观众们还在现场观看到了多个不同
的 XTS 应用。“新的亮点是，现在 XTS 的弧度最大可达到 22.5 度。”
他接着说道。“这意味着，XTS 可以方便地实现更多几何形状，如卡
雷拉轨道。”
超高速 AX8000 系列多轴伺服驱动器是 Beckhoff 在 SPS IPC Drives 展会
上展出的另一个创新产品。“我们最新的标准系列的紧凑型 EtherCAT
伺服驱动器采用了高效的 FPGA 和 ARM 处理器。”Hans Beckhoff 阐述
道。“新的多通道电流控制技术能够实现电流环控制的采样和响应时
间小于 1 微秒，具有低至 16 微秒的速度控制循环时间 — 取决于所配
置的开关频率。”
“每台 AX8000 驱动器都集成了一个 TwinCAT Runtime 系统，它也可以
使用 C 语言的子模块、IEC 61131-3 和 MATLAB® 进行编程。”特殊的连
接机制缩短了 AX8000 的调试时间。
Ronald Heinze，VDE 出版社编辑出版
的 ETZ《电气技术与自动化》（www.
etz.de）和《开放式自动化》（www.
openautomation.de）主编
5工业 4.0
Hans 总裁对其位于德国 Marktheidenfeld
的生产基地的伺服电机生产能力相当
满意。“今年，我们的电机产量翻了
一番。”Hans Beckhoff 指出。因此，
我们将会对 Marktheidenfeld 生产基地进
一步进行扩建。Hans Beckhoff 还暗示他
们在未来一年仍会取得令人振奋的发
展，当然还具有小规模技术变革的潜
力。总体来说，他认为公司也正迈向通往工业 4.0 目标的道路上。
“由于预期到 PC 控制技术的性能会得到很大提
升，每个行业将都被呼吁实施其特定的‘杀手级
应用’。”就高速、高效的机器控制器而言，客
户基本上只会受到他们在设计其应用程序时的想
象力限制。
6 工业 4.0
TwinCAT 液压功能库制胜复杂驱动控制
深拉压力机以速度和能效取胜
丹麦压力机制造商 Kiermar 技术有限公司已研发了一款革命性深拉压力机，颠覆了对于尺寸、速度和能效的传统观念。压力机自重仅有 26 吨，而压制力却达 1,200 吨。包括模具吊装机在内，其总高度仅 4 米。由于带快速吊装和集成材料装卸功能，压力机压制一件水槽的周期极短，不到 15 秒的速度令人叹服。电气和液压伺服驱动器由一台装有 TwinCAT 自动化软件和 EtherCAT 通信系统的 Beckhoff C6920 工业 PC 控制。
Kiermar 技术有限公司总经理 Martin Hansen 展示
深拉压力机压制的水槽。
钣金加工机床 7
凭借其先进的深拉压力技术（ADP），总部设立于丹麦斯坎讷
堡的 Kiermar 技术有限公司向市场投放了一款上模能水平移动
的深拉压力机。它仅在实际压制时从底部移动至顶部。上模垂
直提起仅 5 毫米，然后水平移出压力机，最后弹出装置将成
品起推至输送带。“一个完整的压制周期少于 15 秒，比其他
液压式深拉压力机快约 30%。”Kiermar 技术有限公司总经理
Martin Hansen 解释道。
节能 60% 以上
上模移动距离极少意味着为了产生金属板吸持力，随后的工
序中仅需少量的垂直移动。因此，深拉压力机仅需额定功率
118 kW 的液压泵，而通常需 300 kW。“传统压力机只做垂直运
动，模具要提升到成品高度才能将其取出。模具提起时要相
当大的力，因而需大量液压油。深拉压力机配有 2 台液压泵：
一台大型泵用于实际压制，另一台小型泵用于开合冲压模具。
为达到节能效果，液压轴的压力和流率在运行期间受到精准控
制。”Beckhoff 丹麦应用工程师 Hans Christian Pallesen 解释道。
PLC 和运动控制通用工业 PC 平台
仅需一台 Beckhoff C6920 工业 PC 就能操作 PLC 和运动控制。基
于 PC 的控制确保压制过程和模具的水平移动精准流畅。压力
机配有 3 根电气伺服轴和 3 根液压伺服轴。“电气伺服轴与液
压伺服轴的控制差别很大，这是挑战之所在，” Hans Christian
Pallesen 解释道。随后他又说道：“对于电气轴，可根据加速
度斜坡、位置和转速事先建立特定的运行曲线。而液压控制轴
无法照搬，它们会在运行期间改变其曲线。此外，液压系统由
于阀类型、油流量、油温等因素运行差异十分大。”
液压轴受“路径控制”，即：仅在停止状态时才激活位置控制
器。设定值生成器根据加速度斜坡和转速控制液压缸，同时通
过编码器信号不断检查其当前位置。一旦达到设定值位置，位
置控制器会再次激活来维持当前位置。
TwinCAT 液压功能库控制液压轴
电气轴由 TwinCAT NC PTP 软件控制，而液压轴由 TwinCAT 液压
功能库控制。“凭借标准软件库，我们能很好解决深拉压力机
带来的挑战——2 秒内将 2,000 kg 重的模具水平移动 2 米且精
度达到 ± 0.1 mm，以卸下工件。”
每秒更新 500 次
TwinCAT 自动化软件是执行 PLC 程序的基石。PLC 数据性能可
极快执行程序，同时能胜任要求极为苛刻的移动。整个 PLC 程
序每 2 ms 更新一次，即：每秒 500 次。为此 EtherCAT 用于与
Beckhoff 伺服驱动器和 I/O 部件进行通信。极快的更新率造就
了具有精确定位功能的超高速控制系统。
“深拉压力机样机于 2011 年 10 月完成，并受到了极大的关
注，” Martin Hansen 说道。“我们目前把重点放在出口市场，
并计划建立 Kiermar 机械全球销售网络。”
Kiermar 深拉压力机的主要特性：将成品推至输送带的同时水平移动上模。
模具仅在实际压制时从底部移动至顶部。
8 钣金加工机床
Kiermar 技术有限公司总经理 Martin Hansen
站于深拉压力机旁。为方便快速检修，控制
部件安装在压力机旁的控制柜内，而液压系
统安装在模具拔杆下方。
Kiermar 技术有限公司的工程师 Bjarne Steenbjerg（左）
和德国倍福自动化丹麦子公司的应用工程师 Hans Christian
Pallesen 站于深拉压力机的控制柜前。
更多信息：
www.kiermar.comwww.beckhoff.dk
钣金加工机床 9
Jet Edge 公司的超高压水切割头可以完成最艰巨的任务
Jet Edge 公司提供各种适用于最多样化应用范围的高压水切割系
统：在 2010 年墨西哥湾漏油事件中，该公司迅速为 BP（英国
石油）公司开发了一套高压水切割系统，切掉了水下 5000 英尺
（1500 米）深处堵塞密封系统的水合物冰晶。另一个备受瞩目的
例子是 Michael Waltrip Racing 采用了 5 轴 EDGE X-5 高压水切割系
统。这家美国的赛车运动团队每年组装约 56 辆车，采用高压水
切割头为每个车队的 NASCAR Sprint Cup 汽车切割 1000 多个机械
零部件。
为了赢得这一业务，Jet Edge 提供了从 36,000 psi（248211 千帕）运
行至 90,000 PSI（620528 千帕）的高压水射流解决方案，可运行高
达 55,000 PSI（379212 千帕）的直驱水泵，并搭配超高压切割头创
新型运动控制系统。当放置在平坦的表面上，切割头可以切割复
杂的不同材料的三维部件。切割头悬挂在一个桥式龙门架上，伴
随着龙门架的移动，切割头切割表面。
借助基于 PC 的控制系统轻松实现复杂精密的切割
为了实现公差仅为 0.005 英寸（0.127 mm）或更低的高切割边缘
质量，Jet Edge 为其机器配备了高速、精确、可靠的运动控制系
统。“此外，系统必须具有高度灵活性。”Jet Edge 公司营销部
经理 Nancy Lauseng 说道。“我们需要一个开放的控制系统，它可
以将我们用于我们的复杂运动控制系统的所有传感器集成进去。
我们的老的控制平台跟不上我们的技术发展，所以我们不得不寻
找一个替代品。”Jet Edge 选择了 Beckhoff 并在 TwinCAT CNC 基础
高压水切割系统是市场上最灵活及精度最高的切割系统：它们可以切割各种材料，从厚板到玻璃到现代复
合材料。高压水切割的优点是，不会使被切割材料产生热影响区，切割过程不会损坏原料或产生变形。美
国领先的机器制造商 Jet Edge 坐落在明尼苏达州圣迈克尔，主要开发和生产用于精密切割、水喷砂和表面
处理的超高压水射流系统。其最新的技术发展成果是配备了 Beckhoff 基于 PC 的控制系统的 5 轴 EDGE X-5 高压水切割系统，它可以精确和可重复地切割复杂部件。
通过基于 PC 的 5 轴运动控制系统实现最大切割精度
Jet Edge 的 CNC 水射流运动控制系统能够完成经
过工作区的高级三维水射流运动，并可以用超高
精度切割各种材质的复杂部件
10 钣金加工机床
上开发了一套解决方案，它充分利用了 TwinCAT CNC 各种功能。
“TwinCAT 现在是我们的 High Rail 和 Mid Rail 龙门架系统不可或
缺的一个部分，这两个系统能够通过工作区和超高精度切割实现
先进的三维水射流运动。”Nancy Lauseng 如此说道。由于转向使
用 TwinCAT，Jet Edge 明确看到了切割公差和切割边缘质量上的改
进。完整的机器控制系统，包括 HMI 与 PLC 功能以及用于执行
的复杂的 CNC 控制，是在 C6920-0030 工业 PC 上实施的。一台
CP6912 控制面板用于机器显示。
Jet Edge 目前使用 SERCOS II 作为现场总线，而工业 PC 配备了
Beckhoff 的 SERCOS 现场总线卡，通过光纤电缆连接到控制 I/O 和
驱动组件的 SERCOS 网络。总线端子模块 I/O 用于实现各种机器功
能，如高度传感器和板映射、控制继电器和电磁阀。总线耦合器
BK7520 用于连接 SERCOS 总线系统和 I/O 端子模块。
Jet Edge 高压水切割系统参与 EtherCAT 工业以太网革命
“除了 Beckhoff 丰富的产品系列之外，其控制产品的长使用寿命对
我们来说也是一个重要标准。”Nancy Lauseng 强调说道。“Beckhoff
控制系统在恶劣的高压水切割环境中使用了已经有 10 年，Jet Edge
一直没有更换 Beckhoff 的控制系统。”对于 Jet Edge 来说，基于 PC
的控制平台的开放性也很重要。“我们不想完全依赖特定的供应
商。当我们更换我们的控制系统时，我们能够保留现有的电机和驱
动组件。”
灵活的高压水切割系统可以根据客户不断变化的需求轻松调整，
推动 Jet Edge 成为一流的设备制造商。在切割技术方面，Jet Edge
可以为每种原料或应用提供最合适的工具。这完全通过 Jet Edge 设
备和客户的工厂自动化系统之间的可靠接口实现。
“随着基于 PC 的控制技术的使用，我们的机器就有了一个在速
度、精度和质量上不再受限的控制系统，而且我们的生产成本也
显著降低了。”Nancy Lauseng 强调说道。“自动化系统架构的下
一步发展，Jet Edge 评估，将会是将 SERCOS 换成 EtherCAT。这将
帮助我们超越未来机器性能的限制。”
更多信息： www.jetedge.comwww.beckhoffautomation.com
Jet Edge 位于明尼苏达州圣迈克尔，是提供针对各种应用的超高压水射流切割系统
的制造商
对于机器显示， Jet Edge 采用带 DVI/USB 扩展接口的 CP6912 控制面板，可以安装
在距 C6920 工业 PC 50 米远处
Michael Waltrip Racing 车队使用了 Jet Edge 的 5 轴高压水切割系统来制造高精密
的赛车部件
钣金加工机床 11
TwinCAT CNC 控制高精度石油筛缝管激光切割机
位于湖北武汉的武汉法利莱切割系统工程有限公司隶属于上市公司华
工科技旗下的激光板块子公司，该公司是国内大功率激光切割机、激
光焊接机领域的领头羊企业之一。“由于开采石油使用的过滤管道的
制造越来越多地用到激光切割技术，对于合适的激光切割机的需求也
大幅飙升。”法利莱副总经理王征说道。
基于 PC 的集成式控制系统
法利莱的筛缝管激光切割机控制系统选用了 Beckhoff 基于 PC 的控
制平台：由一台装有 TwinCAT CNC 自动化软件的工业 PC、分布式
I/O 端子模块和 EtherCAT 通讯系统构成。在驱动方面，他们选用的
是 AX5000 系列 EtherCAT 伺服驱动器和采用了单电缆技术（OCT）的
AM8000 系列伺服电机。“通讯完全通过 EtherCAT 实现，速度快，可
靠性好。EtherCAT 采用‘一网到底’的总线结构，简单、明了。”王
征强调并补充道：“电机采用单电缆技术，在系统的布线方面确实给
我们带来了很大的方便，也节约了成本。”
TwinCAT CNC 以最高 120 米/分钟的速度控制切割光束，在 X 和 Y 方向
上精确定位。它还控制切割头的上下浮动、筛缝管的旋转和定位、切
割头的摆动、用于在筛缝管长度方向上送料进给的送料轴以及用于同
步激光束和电子驱动器的等光程轴。
所有控制需求都整合在同一个 PC 平台中
筛缝管激光切割机一共有 7 根伺服轴的控制，这 7 根轴既有插补运动
控制的要求，另外也有伺服轴跟随、独立定位的运动控制要求。使用
的 TwinCAT CNC 软件平台涵盖了 PLC、可视化、插补运动控制和多轴
定位。“以前法利莱在使用传统数控系统的过程中，经常会碰到用于
PLC、运动控制和 HMI 三种不同的 CPU 之间进行数据交换、通讯方面
的烦恼。而且这三种 CPU 上的软件开发采用的也是不同的编程平台，
往往需要不同的工程师来配合开发定制的软件。现在有了 Beckhoff 控
制平台，我们在一台 PC 上就有了一个装有 TwinCAT CNC 软件的完整
机器控制系统。”负责筛缝管激光切割机软件系统开发的电气副总工
高昌波兴奋的解释道。
TwinCAT CNC 满足复杂需求
筛缝管激光切割机的工艺要求非常复杂，因为针对不同的地下环境、
地质情况，不同的筛缝管金属材料等等，筛管上开的缝隙的要求就各
在石油钻采作业中，筛缝管是一种重要的器材，常用于先期完井或采油防砂。由于地层的基本结构特点和接触
的砂石粒度各不相同，开采液体粘稠度也存在差异，因而所需筛管的孔缝规格及形状也各有不同。武汉法利莱切
割系统工程有限公司开发了一项用于通过激光切割手段制造筛缝管的技术。可以灵活地转换为最多样化“切割模
式”的 CNC 机床由 Beckhoff 基于 PC 和 EtherCAT 的自动化平台控制。
12 钣金加工机床
不相同。特殊情况下还需要切割成纵向或螺旋式、圆形、矩形或梯形
缝截面。有时要求内壁缝隙较小，外壁缝隙稍大，并且必须以一定的
角度执行，这样才能很好的达到渗油的效果，同时又能达到防砂的目
的。开这种梯形缝的时候，对摆动轴的控制要求就很高了，需要伺服
轴摆动到非常合适的角度，而且根据不同的壁厚，不同的梯坡度，调
整摆动轴不同的角度。“而 TwinCAT NC PTP 运动控制功能库正好提
供了方便的接口，可以随时随地、灵活地修改摆动角度参数。”高昌
波解释道。
在软件中灵活修改参数
如果需要切出高质量的筛缝管，激光切割工艺参数的修改、调整也非
常关键，例如激光器的功率、焦点的位置、脉冲频率和占空比、切割
进给速度、辅助气体压力等参数的匹配程度是否合适。这些因素往往
决定了切割的质量和筛缝管的整体质量。可以存储不同的穿孔模式，
例如连续穿孔或多级穿孔。此外，在穿孔的过程中必须通过 Z 轴的运
动控制模式不断修改穿孔气压、激光功率等参数。“这是一个非常繁
琐、耐心的工作，对控制系统的开放性、灵活性提出了很高的要求，
这正好迎合了 TwinCAT CNC 系统的特点。”高昌波解释道。“在倍福
中国技术工程师王兰立的协助下，我们现在已经研究出了多种灵活的
穿孔模式来适应不同的切割要求。”
远程维护让售后服务变得简单、方便
由于 Beckhoff 的 CNC 平台基于 PC 与 Windows，只需要将现场控制机
器的 PC 连接到 Internet 即可进行远程支持与故障诊断。远程下载程
序和修改程序也变得简单起来。此外：由于所有软件在一个 CPU 上
运行，因此包括 G 代码、PLC 程序以及 HMI 界面的修改都可以通过
Internet 远程执行。
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www.farleylaserlab.cnwww.beckhoff.com.cn
筛缝管激光切割机，如在石油钻采作业中采用的筛缝管
在驱动方面，他们选用的是 AX5000 系列 EtherCAT 伺服驱动器和采用了单电缆技术
（OCT）的 AM8000 系列伺服电机
位于湖北武汉的武汉法利莱切割系统工程有限公司是国内大功率激光切割机、激光焊
接机领域的领头羊企业之一
钣金加工机床 13
嵌入式控制器控制双机联动折弯机
复杂的 9 轴数控机床能够使用 Beckhoff CX 系列紧凑型嵌入式控制器以最佳的
方式进行自动化改造。瑞士公司 Thalmann AG 生产的折弯机就很好地证明了这
一点，他们自 2010 年起就开始为其折弯机配备 Beckhoff 控制系统。基于 PC 和 EtherCAT 的开放式控制平台具有很大的灵活性，可以帮助客户对设备进行改进，
从而提高精度和生产速度。
最大限度地提高型材加工的精度和速度
14 钣金加工机床
Thalmann Maschinenbau AG 总部位于瑞士 Frauenfeld，主要经营金属板
材折弯。该公司于 1960 年进入市场，继第一台手动操作机床之后，
又连续推出了用于金属板材切割和折弯的液压驱动和混合机床。现
在，该公司已经可以提供各种用于对最长可达 18.2 m 的金属板材进
行成型加工的标准和特种机床，可以折弯最厚达 3 mm 的金属板材
（400 N/mm²）。
Thalmann 提供的机床既可用于小型业务，也可用于大型工业应
用。“例如，工业金属加工设备使用我们的双机联动折弯机加工发
电机外墙板和 ICE 火车道隔音板。但一个小型金属加工公司购买了
相同的机床，因为它们生产定制墙板，需要用到双机联动折弯机的
功能。”Thalmann Maschinenbau 全球销售 Marco Cappello 解释说道。
TD-150 双击联动折弯机：Thalmann 控制轴技术确保了高精度折弯效
果。双机联动折弯机的精度高达 ± 0.5°（基本型号为 ± 1°），折弯角度
最大可达 143°，由于采用了高性能的液压装置，因此只需要三秒钟即
可完成一次向外和旋转冲程
钣金加工机床 15
Regatron 公司软件程序员 Patrick Ruf 进一步阐述了 Beckhoff 技术的优
势。“CX1020 嵌入式控制器可以建立一个经济、可扩展且在技术上
具有高品质的控制系统。合适的伺服驱动器和模拟量总线端子模块可
以用于驱动轴。此外，我们在创建控制解决方案上有很大的灵活性，
可以从各种信号中进行选择。例如，在必须满足客户特定的要求时，
也可以对控制解决方案进行扩展。软件也具有相应的灵活性；我们使
用了 Beckhoff 自动化软件 TwinCAT NC PTP。我们能够继续轻松使用现
有的基于 Windows 的用户界面。我们能够使用 TwinCAT ADS 在不做很
大改动的前提下对控制系统进行修改。”
集成式安全技术
“当然，折弯机控制解决方案的一个重要方面是操作安全性。”
Stefan Kern 解释道。为了满足机械安全标准，Thalmann 使用了无缝集成
到 EtherCAT 端子模块系统中的 Beckhoff EL6900 安全 PLC 端子模块。该
TwinSAFE 解决方案已通过 SIL 3 认证，符合 IEC 61508 和 DIN EN ISO 13849
PLe 标准。可以简单地选择并组合诸如急停、安全门监控、双手控制等
安全功能。它们可以在标准 TwinCAT 系统管理器中方便地配置，并在相
同的 PC 平台上作为设备程序运行。安全功能可以与设备程序相连，但
相互独立。
根据轻重缓急进行升级
对于设备制造商 Thalmann 来说，他们永远将客户需求放在第一位。
因此，他们提供的不是传统的标准设备，而是考虑到客户需求的定制
设备，这些设备在尺寸、长度和功能等方面有所不同。“客户需求的
范围让我们必须使用可适当修改的组件、系统和控制系统。”Marco
Regatron 公司软件程序员 Patrick Ruf 在 Thako 折弯
机的操作面板旁
在所有 Thalmann 设备上都有一个激光屏障系统确保工作区
域的最大安全
提高精密性并非初看上去那么简单：用于金属成型的双机联动折弯
工艺
旋转折叠工艺用于金属板的折边加工和轮廓加工。这是一种比较轻
柔的加工工艺，弯曲梁在材料上围绕着其支点向上滚动，不会损坏
金属板表面。折弯机通常由放置金属板的底梁构成，顶梁将折弯边
上的金属板对着底梁压紧，弯曲梁向上移动，最终将金属板折弯成
所需的角。
Thalmann TC 和 TD 型号的双机联动折弯机配备了两个弯曲梁；在折弯
加工阶段，金属板可以向上和向下弯曲，无需旋转。这可以加速折弯
过程，显著提高折弯机的产能。双机联动折弯机中总共有九根轴需要
控制。
CX 系列嵌入式控制器执行复杂的 CNC 功能
Thalmann 折弯机的自动化改造由来自瑞士 Rorschach 的 Regatron AG
负责完成，Thalmann 已经与该公司成功合作 25 年。“我们建造的
第一套控制系统（目前仍在运行中）基于一个硬 PLC。”Regatron 公
司控制和驱动技术研发部经理 Felix Lanter 说道。但是，早在 1991 年
起，Regatron 就采用了第一款基于 PC 的控制系统，当时使用的是 MS
DOS 计算机，随后，2003 年，他们又使用了第一台采用 Windows 和
以太网技术的工业 PC（IPC）。“2010 年，我们转向使用 Beckhoff 控
制技术。”Felix Lanter 继续说道。“现代机械精密程度的不断提升需
要控制系统跨时代的改变。我们选择采用 Beckhoff 解决方案最重要的
原因是考虑到 Beckhoff 可以提供一个液压软件库。当驱动三根伺服电
机轴及最多六根其它液压轴时，该软件库就会显示出很大的优势。”
16 钣金加工机床
在服务选项就变得令人感兴趣了。“当 Thalmann 还停留在过去提供
传统的服务时，基于 web 的远程服务，特别是对于双机联动折弯机，
就是一个很令人关注的替代方案。”Marco Cappello 阐述道。
Cappello 解释道。Stefan Kern 设计总监也持有相同的观点：“设备和
控制系统的复杂性相互之间必须最佳匹配。目前，我们正在做的一个
项目，由于成本原因，必须省掉一些功能。这就使得我们用基本型号
配备范围更小、目标更明确的功能。”
这一概念对控制解决方案有重要意义，即必须在编程中反映设备的
需求。“另一方面，我们想要尽可能保持设计的统一。”软件专家
Patrick Ruf 解释说道。“我们在设计控制解决方案结构的时候就已经
考虑到我们能够轻松扩展任一功能的范围。我们还试着让所有设备
之间都相互兼容，这样，即使是最老的机器，也可以对其进行更新
升级。”
EtherCAT 伺服驱动器：动态性能尽在掌控
伺服电机驱动的折弯机轴由 Beckhoff 的 AX5000 系列 EtherCAT 驱动器控
制。在伺服电机方面，Thalmann 使用了 Beckhoff AM3000 系列绕极电
机。液压阀通过 EtherCAT 模拟量输出端子模块 EL4001 控制。轴的位
置和角度位置使用数字量绝对值旋转编码器端子模块 EL5001 测量。
设备编程中也包含大量监控功能，它们可确保无故障运行。对
于液压油，例如，其温度受到监控，就会测量流速并检查滤油
器。“Beckhoff 总线端子模块的一大优点是我们能够使用它们来控制
几乎所有东西。”Felix Lanter 说道。
远程维护和诊断 — 全新的可能
Thalmann AG 的折弯机销往全球各地。关于这点，PC 控制的设备的潜
可互换的卡爪手指可根据客户要求或折弯程序分别调整：图上显示的是金属板上一个用
于很小接触面积的指挡
更多详细信息：
www.thalmann-ag.chwww.beckhoff.ch
钣金加工机床 17
以太网统领大型压机
EtherCAT 的第一个应用实例：
Schuler Profiline 冲压机
Schuler 公司率先在其新一代 Profiline 冲压机中使用了 EtherCAT。在此项目中，基于以态网的现场总线系统被
用于实现系统外设和基于 PC 的控制系统之间的通讯。
18 钣金加工机床
新控制方案之“父” ：
Clement Peters (左)， Schuler 公司
控制与驱动技术开发部集团代表， Ralf
Sohr， Schuler Hydrap 公司电气系统
首席设计师。
总部位于德国 Plüderhausen 的 Schuler Hydrap 是 Schuler 集团专门从
事 Profiline 液压冲压机的一个分公司，其用户主要集中在德国国内
的电器制造商和汽车工业的制造商。 2003 年之前，当开发 160 至
1600 吨的新一代冲压机提到议事日程上时， Schuler 决定重新考虑
他们的控制技术。
以前，Schuler Hydrap 使用传统的 PLC（如 Simatic S7）及多种特殊硬
件，通过 Profibus 来控制液压系统。但是，由于液压控制是冲压机
的核心部件之一，制造商不愿意将它公之于众。据 Schuler 公司控
制与驱动技术开发部集团代表 Clement Peters 先生说，Schuler 非常
希望能摆脱这些特殊的解决方案。“如果液压控制模块的制造商
用黑匣子的方式提供他们的技术，对我们没有任何好处。”
随着高性能的基于 PC 的控制技术的发展， Schuler 想直接将液压控
制集成到软 PLC 中，换句话说，其目的是以 PLC 软件的形式提供控
制技术和诀窍，以便将来可以对该控制器直接施加影响。作此决
定的另一个出发点是想采用一个统一的基于 IEC 的控制理念，该控
制理念应可满足 Schuler 集团所有的控制需求，并且有可能使自己
不必依赖于某个硬件平台。 Peters 先生说道：“一个具备绝对寻址
而无本地数据管理的系统不可能适应这一要求。”
经过全面的市场考察后，Schuler 最终选定了来自 Beckhoff 的 TwinCAT 自
动化软件作为他们用于 Profiline 设备系列的首选系统。这样，PLC、液
压和驱动任务可以在一个平台上实现。另外，该解决方案允许所有
的设备和工具参数通过 Schuler 的“内部基本监视系统”在用于控
制的 PC 机上同时实现可视化操作。Schuler Hydrap 电气系统的首席
设计师，Ralf Sohr 先生，对新的控制解决方案回顾时说：“将液压
控制技术集成到软 PLC 中本身已使我们提高了处理能力，同时也
提高了产品质量。”
但是，该过程接口（即总线系统）仍然是一个棘手的问题。Clement
Peters 解释其原因时说：“在控制方面，可通过 TwinCAT 软件中相应
的 NC 任务映射高品质的运动控制，例如，我们使用的循环时间 1
到 2 个毫秒。能把集成平台（即 TwinCAT）用于液压系统的基本先决
条件是有一个能满足液压控制技术需求的总线系统，这意味该系统
完成快速记录、处理和输出模拟信号以及运动路径寄存所需要的时
间必须大大小于 1 毫秒。”
使用以前的技术，即传统的 PLC 加专用液压控制器模块以及 Probibus
作为其总线系统，Schuler 不可能使他们的冲压机的循环周期达到小
于 5 毫秒。Ralf Sohr 先生说，这是由于其通讯系统所耗费的时间相对
较长所致。这种情况在采用 PC 技术后大为改观，因为 PC 处理器有足
够的能力达到所需要的循环周期。不过 Ralf Sohr 先生表示，该解决方
案并不是完美无缺的：“只要 Profibus 仍被用作通讯介质，TwinCAT 系
统仅仅占用了整个循环时间的大约 10%，在剩下的 90% 时间里，控制
器不得不等待 Profibus 的通讯操作。因此该系统的吞吐量仍然十分有
限，这对今后的开发和功能扩展尤其不利。现在我们采用 EtherCAT，
才有了一个能开通 TwinCAT 全部能力的通讯系统， 因此进入了一个新
的境界。”
钣金加工机床 19
总裁 Hans Beckhoff (左) 和 Schuler AG 集团董
事会成员 Wilfried Jakob（右），在 2003 年 7 月
在德国 Heßdorf 举办的内部展览会上向人们展
示 Profiline 冲压机 3 轴输送系统所采用的新的
PC 控制技术。
费用大大减少，速度大幅提高
2003 年汉诺威博览会之后形势有了基本的改观，此时 Beckhoff 已经推
出了他们基于以太网的 EtherCAT 理念。由于有了这种新的总线系统的选
择，Schuler 决定将 EtherCAT 集成到 Profiline 压机的控制方案中，并把它
作为一个示范项目。Ralf Sohr 评论道：“EtherCAT 的速度和它的低消耗
为提高速度创造了很好的条件。这意味着该系统允许我们对目前 Schuler
集团的所有机型都实现快速驱动和液压控制。另一个关键因素是，由于
EtherCAT 的卓越性能，我们还有足够的潜力解决将来复杂的控制任务而
不会有速度问题。”
但是，EtherCAT 的性能数据本身还不足以促使 Schuler 作出这一决定。Ralf
Sohr 先生说，选择 EtherCAT 的一个关键理由是：“我们可以把设备上
的组件以相同的品质映射到已有的总线系统中。”首席设计师进一步解
释：“在实施阶段我们认识到，以太网和 Profibus 解决方案在价格上也
存在差别。Profibus 主站卡的列表价格在 400 到 500 欧元之间。而以态网
卡，要么已经安装在 PC 中，要么只需 50 到 60 欧元即可买到。对于从站
来说，其价格比率大约为 1:3，显然对以态网方案有利。”
EtherCAT 虽然有技术和价格的优势，但 Ralf Sohr 清楚地看到改进以态网
连接技术的必要性。例如，RJ 45 连接插头的工业适应性与根本不需要屏
蔽的总线系统相比相距甚远，并且总线系统只需一个简单的工具 (如螺丝
刀) 即可连接。在这方面制造商仍然还有很多工作要做。
下一步行动
在 Schuler 把 EtherCAT 的应用重点放在液压设备的同时，Clement Peters 已经
在计划将以态网通讯扩展到其它领域：“一个有潜力的应用领域是把多
台压机链接起来，相互通讯。EtherCAT 应该允许我们为整个系统指定一个
中央主站设定点，并把它作为使各个子系统（如电变送器、传送带供料
装置、卸料和堆放设备）达到同步的基础。这意味着我们可以消除系统
之间的相互等待，由此可以提高工厂的生产能力。”
由于 Profiline 控制方案目前除 EtherCAT 以外仍然需要使用其它的总线系
统，Schuler 的目标是用以态网成功地替代这些系统。原因很清楚：不同的
组件、不同的总线系统意味着需要不同的项目设计，不同的配置和调试安
装。但是，按照 Clement Peters 的说法，把以太网作为标准控制技术的唯
一通讯系统的基本前提是：“我们的核心供应商还没有集成 EtherCAT 接
口。由于这个原因，驱动轴和 TwinCAT 之间的连接仍然由 Sercos 接口来实
现。当冲压机的安全控制器与 TwinCAT 控制器偶合时，情况也是如此。
因此，在这里还需要 Profibus 接口。这些缺点也正是 Schuler 为何要加
入最近由 Beckhoff 创立的 EtherCAT 技术集团 (ETG) 的原因之一。Peters 先
生说：“通过 ETG，我们希望它能对我们的供应商起到某种宣传推广作
用，促使他们支持 EtherCAT。”
目标：整个集团贯穿相同的方案
由组件供应商提供支持仅仅完成了事情的一半。另一个任务是，使用
户（即冲压机用户）接受基于以太网的控制技术。Schuler 的控制专家
非常乐观：“在我们集团内部，Beckhoff 的控制系统首先用于 ProfiLine
系列。因为我们已经将这种解决方案选定为我们的标准平台，不必做
很多面向用户需求的定制工作。对于用户而言，该方案具有价格优
势。”
20 钣金加工机床
图中的曲线表示冲压头 (蓝色) 和缓冲
垫 (红色) 的位置，以及缓冲垫的力矩
(黄色) 和速度 (粉色)。缓冲垫的力矩设
置值 (绿色) 和实际值 (黄色) 的比较图
显示了 TwinCAT PC 上的软件控制器
的极高的控制质量，而它正是得益于
EtherCAT 系统的高性能。
然而，Peters 先生承认，在汽车行业必须满足制造商们非常严格的规范
和条例，因而采用新方案的难度较大。因此我们在汽车领域中，面向欧
洲和亚洲市场时使用西门子设备，面向美国市场时则使用 Rockwell 设
备。
不过 Peters 先生说，新的控制技术在汽车领域的机会也不差：“在
TwinCAT 中组合 EtherCAT 技术，我们可以向人们展示我们有能力生产具
有高技术水准的系统，而且与传统的控制方案相比价格更加合理。”作
为一个金属冲压行业的系统供货商，Schuler 的目标很明确，这就是使
集团内各个公司都采用标准的控制技术。去年已经成功的实现了在运动
控制方面的应用，在主控制平台采用了通用的编程指南、统一的组件和
通用的可视化方案，即所谓“Schuler 的基本可视系统”。Schuler 集团
的设备和系统那种统一的“外观和感觉”就是这样在系统操作人员（指
Schuler 的用户）的心目中建立起来。图中的曲线表示冲压头（蓝色）
和缓冲垫 (红色) 的位置，以及缓冲垫的力矩（黄色）和速度（粉色）。
缓冲垫的力矩设置值（绿色）和实际值 (黄色) 的比较图显示了 TwinCAT
PC 上的软件控制器的极高的控制质量，而它正是得益于 EtherCAT 系统
的高性能。
目前，Schuler 公司开发的 PLC 和运动控制功能块在集团内得到了不断的
推广。与此同时，用于液压控制技术的控制库也正在准备之中。实际上
这意味着，将来 Schuler 公司的机械式横梁传输冲压机的缓冲垫也将基于
那些在 SchulerSMG 或 Schuler Hydrap 的液压机上使用的功能块。
更多信息：
www.schulergroup.com
钣金加工机床 21
“我们在 1998 年推出了我们的第一台伺服控制机床，随着时代的发展，这一解决方案
不断得到完善，功能变得越来越强大。Finn-Power 公司负责冲床和软件技术的产品经理
Antti Kuusisaari 如此说道。“伺服控制有很多优点，不仅仅只是降低能耗。液压系统连续
运行，会将电力转换为热，即使在设备已经停止运行时。转向使用伺服技术后，与先前
液压控制的型号相比，我们的机床的能耗减少了六分之一。机床的连接负载和保险丝容
量从 100 A 减少到 25 A。先进的伺服技术为通用、精确的冲压设置提供了可能。”
使用 EtherCAT 可精确编程冲床
冲剪床 Shear Genius E 和直角剪床 Shear SpiritR SGe 都配备了一台倍福的 C6240 控制柜
Finn-Power Oy 公司生产的金属加工机械设备系列被冠以 Prima Power 的名字推向市场，是高速冲床技术的先驱之一。早在 1993 年 Finn-Power 生产
的液压冲床的冲压速度就已经 “神奇的”超过了每分钟 1000 次的门槛。在使用了倍福开放的控制技术后，伺服控制的冲床和弯板机也可以达
到相同的生产性能：它们将节能和人体工学与高精度和高生产效率完美结合在一起。
基于 PC 的 NC 控制器助力 Prima Power 成功
Finn-Power：优化金属加工工艺，提高生产效率
机床控制通过倍福的一款专为客户定
制的控制面板实现。跨系统用户界面
让操作变得更加简单：负责多个系统
的操作人员可以在机床之间轻松切换
22 钣金加工机床
式工业 PC、TwinCAT NC PTP 自动化软件和 EtherCAT I/O。机
床操作通过一台为客户量身定制的 19 英寸经济型控制面板
CP6903 实现。“倍福的控制解决方案让我们能够在不中断
运行的情况下在线调整机床配置，从而将生产效率提高了
10 %。”Antti Kuusisaari 补充说道。机床冲压速度超过了每
分钟 1000 次，冲压力达到 30 吨。冲压可以精确编程，使
得快速完成特殊冲压形状成为可能。控制器根据金属板厚度
自动调整工艺参数。其中一个新的特点就是能够进行超前的
控制，即，机床能够预先得到下一个工艺步骤，例如工件堆
垛。在过去，控制器只能处理当前的工艺步骤，无法考虑到
下一个步骤的结果。
跨系统组态软件显著简化了工程工作
Prima Power 拥有全世界最多样化的金属加工机械设备产品
系列。除了用于金属冲压、折弯和激光切割的机床之外，该
产品系列还包括了自动化物流系统。“我们的客户所要求的
产品线非常复杂，必须经过复杂精密的配置、测试和调试
阶段。整个系统都使用 TwinCAT 自动化软件对我们机床中的
PLC 和运动控制进行配置和编程，从而简化了这些工序。整
个系统都可以一致并更加快速地安装。”Antti Kuusisaari 高
兴地说道。
倍福基于 PC 和 EtherCAT 的控制系统对 Prima Power 来
说还有另外一个优点：EtherCAT 诊断工具让故障排除变得
更加高效。“当连接的机床越多时，这一功能就越显得有
用。”Antti Kuusisaari 感叹道。“基于机床的诊断功能在故
障排除过程中对机床运行时间的影响要大很多。”
另外一个重要的特点就是简单和跨系统的用户界面，能够满
足目前的生产条件：操作人员负责多台机床，工作站之间的
切换变得更加简单。此外，操作人员不一定要是金属加工工
艺专家，因为机床的人机界面本身就可以处理很多计算任
务。
科技自动化：通过信号分析高速采集过程数据
先进的控制方法让机床能够自己确定合适的加工参数。例
直角剪床 Shear Genius SGe 有一个特殊的伺服电动驱动系
统，用于控制高速剪切运动，以最大限度地提高生产效率。
机床能够加工厚度最大为 5 mm（铝）、4 mm（结构钢）和
3 mm（不锈钢）的金属板
Prima Power 的冲剪床 Shear Genius SGe 能够快速将大型金属板加工成成品。装载、冲压、切
割、分拣以及卸载之间无需搬运任何物料
钣金加工机床 23
如，可以在机床的电子系统中精确测量金属板中的第一次冲
压。在测量过程中根据材质确定所需的刀具长度并选择最合
适的加工程序。“这种通过信号分析采集过程数据的方法变
得越来越重要。未来，机床操作人员的工作环境将变得更
加复杂，而传统的金属加工工艺将逐渐失去其重要性，因
为机床本身就已经掌握了这项技能。”Antti Kuusisaari 解释
道。“使用 EtherCAT 可以方便地创建新的设备功能和扩展现有
的功能。”新的控制系统在功能上更加快速、稳定，也是刀
具转换过程中的一个关键因素。“一个集成的刀库减少了每
次操作以及刀具安装和校准的时间。它可以同时执行多项任
务，这也减少了所需的时间，提高了生产效率。Antti Kuusisaari
坚信倍福可为一个跨国公司，如 Prima Power，带来另外一个好
处：“倍福的全球服务网络可以让客户在有需要的时候能够
非常快速地得到本土支持。”
由于冲程能够精确编程，因此能够非常快速
地冲压特殊形状
Prima Power 的 E6x 系列自动加工中心 — 一台用于金属加工的通用型机床 — 配备了一个紧凑的自
动装卸单元
更多信息：
www.finn-power.com/suomiwww.beckhoff.fr
24 钣金加工机床
Beckhoff 基于 PC 的控制技术在焊接设备上的应用
PC 控制技术 — 高品质焊接的护航者
焊接设备广泛应用于轮船、钢铁、航天航空、汽车制造、建筑、锅炉以及石化医药等领域。据统计，世界钢产量 50% 以上都需要用焊接设备将其制成成品。焊接设备已成为现代工业最重要的加工工艺装备之一。07 年我国仅电焊机的产量就达 74 万多台。08 年受金融风暴影响，行业产能下滑严重。但许多有战略眼光的公司则利用生产的淡季完成了设备的更新换代。春江水暖鸭先知，随着经济的复苏，作为基础工业的焊接设备更早感知到了行业的回暖。华恒公司从设计自己的单片机控制系统伊始，就一直努力寻求一个统一的开发平台来整合和优化开发资源。
2006 年底，华恒公司逐步开始在一些非标设备上和 Beckhoff 中国公
司合作。经过多年尝试，华恒最终选择了 Beckhoff 基于 PC 的控制
技术及产品来开发新一代焊接电源设备的控制系统。华恒在追求高
性能焊接工艺的同时，对设备的流线造型、人性化操作界面、体积
等方面也非常考究。Beckhoff 基于 PC 和现场总线的控制系统无疑是
最佳选择。“Beckhoff 控制系统的开放性与扩展性佳，端子模块结
构小巧、性能可靠，非常适合用于我们的焊接设备。” 华恒焊接专
机部门的电气主管刘晓兰如是说。
焊接电源设备的控制要求及实现
焊接电源设备需要整合电流控制、运动控制、保护气控制、弧长控
制及跟踪、快速诊断等功能。由于焊接设备的工作环境恶劣，电流
起弧及焊接时会出现较大干扰，因此系统必须具有很强的抗干扰能
力。控制器采用的是 Beckhoff 经济型面板式 PC，金属外壳，前面板
保护等级达 IP 65。同时，采用了 Beckhoff 的 EtherCAT 总线连接外围
I/O。EtherCAT 总线及其 I/O 的快速性（总线周期可以远小于 1 ms）
以及较强的抗干扰能力有利于确保电流脉冲及波形的精确性。采用
EtherCAT 总线的另一个原因是其具备优异的诊断能力。华恒电气开发
部组长任辉解释道：“开始时，我们也担心 EtherCAT 及其模块的抗干
华恒公司的大型管焊专机
25 钣金加工机床 25
扰能力，但最终实践证明我们的选择是正确的。而且基于 EtherCAT 总
线的新产品层出不穷，这大大丰富了我们的选型范围。”
焊接电源设备需要给用户提供交直流、脉冲等焊接方式。由于采用高
频脉冲焊能够有效地减少热积累对焊缝成形造成的影响，使焊缝成形
均匀一致，所以对脉冲电流的精确控制是该设备控制需要实现的核心
功能之一。电流脉冲峰基值时间要求精确到毫秒以下，采用传统的定
时器方式生成的脉冲则无法达到这么高的精度。在 Beckhoff 基于 PC 的
控制系统中，PLC 以固定的周期扫描，不受程序长短影响，且周期最
低可至 50 微秒；此外，PLC 还支持多任务独立运行。华恒公司的焊接
电源设备充分利用了 TwinCAT PLC 软件的系统特性来生成电流脉冲：设
立一个快速任务专门用于处理脉冲，从而使得生成的脉冲精确无误。
在生成的脉冲波形中，峰值和基值电流幅值时间均可灵活设定调整，
结合 TwinCAT NC 功能也很容易实现电流峰基值时间和旋转速度峰值的
同步。同时，电流脉冲边缘可以锁定。由 TwinCAT 软件控制的电流自
动衰减过程迅速而准确。
焊接过程中要求横摆启动迅速，定位精确，焊接结束时能自动完成
衰减并最终停在原点。TwinCAT 整合了强大的运动控制和 PLC 控制功
能，可以同时控制伺服轴、步进轴、液压轴等。本系统利用 NC 驱动
经济型步进电机轴来实现此功能。Beckhoff 紧凑型步进电机端子模块
KL2541 集成了脉冲控制和驱动功能，自带增量编码器反馈接口，8-50 V
宽频电压输入，但体积只有普通端子模块的两倍，几乎就是为华恒小巧
的控制柜量身定做的。端子模块上自带两路快速数字量输入接口，可
用作原点或限位开关等。模块可自动侦测 A、B 相开路，过流、过速、
堵转等故障。KL2541 内部带有 PWM 电流控制，可以做到 64 细分。最
高脉冲频率为 125 K。通过 NC 功能及 MC 标准功能块可以实现定位、
调速等运动控制功能。由于焊接时电弧会发生变化，若要提高焊接过
程的均匀性，必须进行弧长跟踪并快速调节焊极与工件的距离，以确保
弧长和设定的数值一致。由于动态实时调节电机的速度与距离的频率极
高，传统的基于 PLC 的运动控制系统很难实现此功能。采用 TwinCAT NC
的运动控制功能实现的弧长跟踪，效果令人非常满意。
用户在现场选择不同的焊枪时，步进电机的电流、细分数等参数都需
要重新设定。为减少工人修改参数时出错的可能，通常，这一过程需
要由工程师在 PLC 程序或专门的设置软件中实现，在 TwinCAT 软件中
只需通过一个功能块就可以在 NC 和 PLC 之间灵活切换对轴 KL2541 的
控制权。无须对程序代码进行任何修改，即可实现用户一键式换枪，
从而提高设备效率。
统一的平台可以快速适应市场的变化
华恒公司拥有焊接电源、管焊专机、机器人等众多产品，经常需要根
据客户要求进行定制开发。如何提高这些设备控制资源之间的可重用
性一直是华恒公司所思索的问题。Beckhoff 提供的基于 PC 的控制平台
具有良好的开放性和扩展性，能够满足华恒公司所有的机型要求。比
如，只需在电源设备中配置添加伺服电机用以实现外围的定位，即可
轻松转换成大型的管焊专机；而升级软件就可利用 TwinCAT NCI、CNC
功能来焊接圆弧、相贯线及样条曲线等需要插补的复杂形状；结合机
EL4004，直流电机KL2541,5A/50V步进电机
CP6619
EtherCAT
焊接设备控制框图
昆山华恒坐落于昆山留学生创业园区的华
恒焊接设备公司是国内最早从事
数控焊接成套装备开发的企业之
一。其主要产品有焊接电源、自
动焊专机以及机器人等。作为国
内焊接市场的领导者，华恒焊接
坚持以技术为核心，勇于创新，
迄今已拥有 66 项专利技术。
PLASMA、TIG、MIG 等焊接装备
市场占有率位居前列。
26 钣金加工机床
器人库文件即可将此设备改造为机器人；扩展 X、Y、Z 轴等也都轻
而易举。这将大大降低大型设备重新开发的成本和周期。华恒专机
部经理陈国余先生说道：“将来，我们也打算借助这套设备来开发
自己的 CNC 系统。”
PC 控制技术的优势及前景
借助 PC 的海量存储，可以在控制器中存储一百多套工艺参数，不
会增加任何额外成本。在普通 PC 上使用专用编程软件生成的生产
程序也可以通过网络或移动存储设备转移到焊接电源上；电源上的
过程数据以文件的形式保存，转存到 PC 机中后亦可通过专用软件
对过程数据进行统计分析，并可以按照模板生成 PDF 文档，方便进
行保存和打印以供追溯。
越来越多的用户打算或已建立自己的 ERP、MES 等系统，以提高自
己的竞争力。设备层大量的工艺数据和诊断数据需要实时传送到上
一级系统中。很显然，华恒公司在对设备做的下一步规划中，就需
要为用户提供这一接口。PC 控制的网络传输带宽等潜在优势都会为
实现这一规划提供极大的便利。而远程诊断功能及 Beckhoff 遍布全
球的销售支持网络无疑也会使售后服务节约大量的时间及成本，有
利于海外市场的扩张。
新一代焊接设备锐弧 400
华恒目前正在焊接电源设备上测试 Beckhoff XFC 技术，该技术的实
施（远小于 100 微秒的周期）无疑会使目前的工艺水平获得质的飞
跃。中国政府已投资四万亿人民币拉动内需，这将会给已率先完成
产品升级的华恒公司更多的机会。而华恒的勇于变革与高瞻远瞩无
疑将使自己的领先地位更加巩固。
华恒公司总裁徐绪炯
Beckhoff 华东区销售经理张松
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钣金加工机床 27
全新的 DMT-200 型双电伺服数控转塔冲床是倍福中国与江苏金方圆数控机床有限公司的又一个成功的合作开发的范例。金方圆首次决定在这台设备上使用纯软件 CNC 控制解决方案。与先前使用的解决方案相比，使用 EtherCAT 和 TwinCAT CNC 后，DMT 冲床的加工性能提升了将近 20 %。
用于金属加工的 DMT-200 型双电伺服数控转塔冲床。由于采用
了 Beckhoff TwinCAT CNC，整个 CNC 应用都用软件实现
设备效率提高了 20 %
28 钣金加工机床
江苏金方圆数控机床有限公司坐落于中国历史文化名城扬州，是国内
最大的数控产品生产厂家，除了转塔冲床之外，其产品线还涵盖了数
控折弯机、数控激光切割机及成套金属板材加工机械。金方圆数控转
塔冲床主要分为 ET、VT 和 DMT 三个系列，这三个系列的最大的区别
在于冲压头的不同，其它 CNC 轴控制和定位操作基本一致。ET 使用
气动冲头，VT 使用传统的液压冲头，而 DMT 则使用最节能的伺服电
机来带动冲头动作。
通用的 PC 控制平台
每台冲床都配备了一台功能强大的 Beckhoff C6640 工业 PC、CP6902 触
摸屏式操作面板、 TwinCAT 自动化软件、EtherCAT I/O 和 AX5000 系列
EtherCAT 伺服驱动器。“我们给 DMT 配备了 TwinCAT CNC 软件，它的
加工速度超过了此前的任何一台金方圆的数控机床。”金方圆的 DMT
项目经理李强如此说道。目前 DMT-200 机型 25 mm 步距的冲压速度达
到 500 次/分钟，冲压力达到 50 吨。
金方圆使用 Beckhoff 基于 PC 的控制技术已经有多年历史，DMT-200
CNC 转塔冲床目前使用的 CNC 控制器也是首次完全基于 TwinCAT CNC
软件。DMT 的加工步骤全部由 CNC 的 G 代码来描述。TwinCAT CNC 包
括 PLC、运动控制和 CNC 控制，应用于冲激复合生产线以及上下料
物流设备等。得益于 PC 的高性能，所有自动化功能都可以使用一台
PC 上实现。从而大大简化了主控部分的硬件配置，节约空间，降低
系统成本。
“由于 PC 控制系统具有良好的开放性，使得我们的设备开发商能够
把自己特有的工艺经验融入到控制系统中。因此，我们能够为我们的
设备打造个性化的软件和设备，提高市场竞争能力。”项目经理李强
解释说道。
灵活自如的操作界面
TwinCAT TcHmiPro 是 Beckhoff 为人机操作界面提供的一个基于 .NET 的
开放式平台。操作界面由 C# 语言编写，非常完美地将 ADS 通讯、自
动化功能、手动操作、配方管理和变量监控整合到一个平台中。金方
圆还对其 HMI 界面进行了扩展，添加了加工图形模拟、刀具数据库
和冲孔实时显示等功能。
EtherCAT 显著提升设备效率
“Beckhoff 凭借其控制系统的开放性、易用性及可以根据我们的需要
开发 CNC 内核赢得了我们的信任。”金方圆 DMT 项目软件开发工程
师杨慧宇说道：“正因为 EtherCAT 和 TwinCAT CNC 的使用以及为客户定
制开发内核的能力，使得 DMT 冲床的加工效率同我们之前使用的解决
方案相比提高了 20 %。”TwinCAT 系统支持所有的主流总线协议，如
EtherCAT、SERCOS、CANopen 等等。“这种开放的总线系统使得 DMT
能够非常方便地与整个生产线上的其它设备通讯，为客户在以后建立
柔性生产线提供了非常方便的支持。”杨慧宇继续解释道。
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除了转塔冲床之外，江苏金方圆的产品线还涵盖了数控折弯机、数控激光切割机以
及成套金属板材加工机械
适合控制柜安装的 Beckhoff 触摸屏式控制面板 CP6902 可以方便地操作和监控转
塔冲床
钣金加工机床 29
将折弯机放置在自主研发的控制器上
更高的编程灵活性
用 EtherCAT 取代 Lightbus
折弯机制造商 Accurpress 设计的基于 PC 的灵活控制
系统，具有“按需”定制能力
Accell 型同步折弯机，配有 4 轴 Premium
型后挡料，和 Quick-Clamp 型模具系统，
允许快速更换。
“Accurpress 在高端领域遇到的竞争大多来自于欧洲，”Kvyatkovski
说。“这就使我们开始不断地密切注意欧洲控制器供应商，同时对
适合 Accurpress 发展前景的新趋势进行彻底调查。在那个时候，没有
任何一家折弯机制造商使用基于 PC 的开放性控制技术。但是，这是
必然趋势，而且在 Kvyatkovski 看来，这一发展趋势也最有前景。”
当我们了解到 Beckhoff 提供的基于 PC 的控制方案时，我们意识到
Beckhoff 的理念正是 Accurpress 一直在寻找的：采用他们的方案，一
个 CPU 可以完成任何工作——机器的所有运动控制和运行人机界面软
件，”Kvyatkovski 说。
“与多个硬 PLC 路线相比，这一方案也比较简洁，具有较高的成本效
益。而且与原来使用的控制器相比，这种系统的费用非常低。”
Accurpress 的 Accell 设计定型后，配有 Beckhoff C6240 型控制柜式工业PC，
采用功能强大的 2.4 GHz 奔腾®4 处理器、256 MB DDR-RAM 和 TwinCAT NC
PTP 软件，用于点对点轴线定位。在 TwinCAT 配置的先进算法中，可以
限制加加速度，并对速度和加速度进行预先控制以生成运动曲线，从而
尽可能减少误差。
TwinCAT 也符合 PLCopen 规定的 IEC 61131-3 标准要求，作为适用于运
动控制编程的唯一全球标准，PLCopen 标准允许用户可以从五种不同
的语言中选择编写代码的语言。HMI 人机界面采用的是比较坚固耐用
的带有 TFT 显示屏的 Beckhoff CP7037 控制面板。
直到最近，Accell 机器一直使用 Lightbus 作为现场总线网络。“Lightbus
非常耐噪音，且可以提供快速 I/O 处理，”Kvyatkovski 说。“Accurpress
决定选用基于以太网的 EtherCAT 现场总线，是继 Lightbus 之后的一大技
术进步。最初促使我们做出这一决定的原因，是在一次客户定制应用直
到最近，Accell 机器一直使用 Lightbus 作为现场总线网络。“Lightbus 非
30 钣金加工机床
Accurpress 生产的“Accell”型折弯
机，配有 Beckhoff C6240 型控制柜式
工业 PC、一个 2.4GHz 奔腾® 4 处理
器、256 MB DDR-RAM，和 TwinCAT NC
PTP 软件。
以前 Accell 机器通过 Lightbus
进行网络连接。现在新型机
器系列选用 EtherCAT。
Accell 型折弯机与 6 轴 Supreme 后挡
料、Wila 挠度加凸装置和液压加紧
系统实现同步，用于加工和精密前支
撑。
Accell 折弯机与 6 轴
Supreme 后挡料实现
同步。
采用 TwinCAT，系统扩展轻而易举
从未失去一份订单
金属板随动系统是 Accell 型折弯机最新添加的一种特性，金属板随动系
统安装在机器前部，用于处理操作人员无法举起的重型材料。通过一
个电子轴，TwinCAT 可以在将这一托举运动和压机实现同步，同时允许
金属板随动装置安全准确地升降重型材料。Accell 还配有活动角测量系
统—在压机运行过程中测量折弯机内部的材料回弹情况。在金属成型
过程中，TwinCAT 可以自动计算折弯位置，并协调运动控制，在运动过
程中完成实时调整，而无需操作人员干预。
“只要在机器上使用了一块 CPU，Beckhoff 的方案就实现了集中化，
为 Accurpress 节省了大量金钱。也许更重要的是，它为我们提供了一
种极其简洁的构架和几乎无限的灵活性，”Kvyatkovski 说。
“目前，Accurpress 可以利用 TwinCAT 软件为客户研发定制特性，方便
快捷，成本效益较高。与竞争对手相比，Accurpress 的研发周期非常
短——对于主要客户定制需求，投产前研制周期仅用了 2 或 3 个月，
使我们能够以最快的速度回应客户需求。从第三方交易商采购现有的
控制器，这在以前是根本不可能的，结果只能是失去好几份大利润额
的机器订单。”
“我们 Accell 机器的订单数量快速增长，我知道我们改用基于 PC 的控
制器，是一个正确的决定。”Kvyatkovski 说。
“我们越来越意识到，折弯机用户都在寻求一种像我们这样的同步压
力机，而传统的 PLC 和自主研发的设计类型将会快速淘汰。”
更多信息：
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常耐噪音，且可以提供快速 I/O 处理，”Kvyatkovski 说。“Accurpress
决定选用基于以太网的 EtherCAT 现场总线，是继 Lightbus 之后的一大
技术进步。最初促使我们做出这一决定的原因，是在一次客户定制应
用中，要求达到比传统现场总线技术更快的响应时间。因为 EtherCAT
采用现成的的标准以太网硬件和电缆，我们相信通过这一途径会实现
最高的成本效益，同时也会通过大幅度缩短循环时间，使我们生产的
Accell 机器具有更高的可重复性”，Kvyatkovski 说。
钣金加工机床 31
Vernet Behringer 全面提高 PC 控制标准
完全基于 PC 和 EtherCAT 的 CNC 加工中心
Vernet Behringer 的产品范围包括高性能的 CNC 龙门式多轴钻
床、用于冲压、钻孔及刻字的通用机床、剪切和冲压单元以及
用于加工型钢和钢板的 CNC 火焰切割机。所有机床模块均有一
个 Beckhoff 基于 PC 和 EtherCAT 的自动化平台。使用 EtherCAT 能
够实现 PC 控制器、驱动器与 I/O 之间的高速通讯，从而优化整
个生产过程。
来自 Vernet Behringer 的 MAG B 型机床是一台集钻孔、冲压、刻
字和等离子切割等技术为一体的机床，可加工尺寸为 8 x 2 m、
厚度最高达 50 mm 的钢板。由于其钻孔和冲压单元上装配有刀
库，再加上各种用于刻字的选件，因此该机床的加工工艺非常
多样化。
集成自动化可显著提高生产效率
为了满足某些特殊市场的需求，必须将“独立”机床的集成自
动化系统转换为灵活的加工中心。“因此，能够显著提高生产
效率是最主要的卖点之一。”Vernet Behringer 的自动化经理 Loïc
Guillou Keredan 解释道。自 1990 年起，我们就一直安装基于 PC
的控制系统和用户界面，让我们能够使用操作简单的用户友好
界面，从而能够更好地控制我们的机床并集成事先为 CAD 客户
端实行的直接连接功能。
“经过对不同的运动控制供应商进行考察后，我们认
为，Beckhoff 开放式、基于 PC 和 EtherCAT 的控制平台以及用于
实现自动化和运动控制的 TwinCAT PLC 和 NC/CNC 非常适合用于
控制我们 CNC 机床。”Keredan 解释并补充道：“EtherCAT 的性
能卓越：延迟时间仅在几纳秒范围内。”
标准化控制平台创造价格优势
“自 2007 年 1 月在 MAG B 机床上成功试用三年后，Beckhoff 自
动化平台产品已在我们整个产品系列中得到普遍应用。”Vernet
Behringer 的自动化经理如此说道。追求互用性和灵活性的方案
Vernet Behringer 公司的多轴高
速钻床，用于加工钢结构梁
总部座落于第戎的知名法国公司 Vernet Behringer 将用于加工扁平及成型金属件的整个设备系列转换成一个统一的基于 PC 的控
制平台。所有由集成组件构成的机床生产线都配备了 Beckhoff 的工业 PC、TwinCAT、EtherCAT、I/O 总线端子模块和驱动产品。
32 钣金加工机床
Vernet Behringer 的斜切带锯床和多轴高速钻床，用于加工钢结构梁
Beckhoff 伺服驱动器可在 2 ms 的周期时间内控制 14 根轴Loïc Guillou Keredan，Vernet Behringer
公司的自动化经理和 Hervé Nawrocki，
Vernet Behringer 公司的 IT 经理。该机床
制造商将 Beckhoff 基于 PC 和 EtherCAT 的
控制技术应用在其整个机床系列上
Vernet Behringer 的 MAG B 系列机床是
一个通用型加工中心，根据加工工艺的不
同，分别可以加工厚达 50 mm 的钢板（火
焰切割和钻削）和厚达 20 mm的钢板（冲
压）。它主要用在钢结构加工工艺中，用
于快速、精确地进行轮廓火焰切割，同时
也可用于钻削、冲压及刻字
完全符合 Vernet Behringer 的公司理念。其它好处包括：可对控
制柜进行标准化，缩短操作人员和维护人员的培训时间。
“现在，PLC 和运动控制已与可靠、经济的紧凑型工业 PC C69xx
相结合，其安装、连接、编程和维护工作都简单易行，PC 平台
的功能也可得到进一步拓展。”Vernet Behringer 的 IT 经理 Hervé
Nawrocki 强调说道。使用 EtherCAT 后，工业 PC 中无需使用额外
的现场总线接口卡。此外，由于导入了工艺文件，加工质量得
到了改善，诸如钻孔、攻丝、定向、润滑控制、扩展元件的自
动测量功能、用于滑动单元和火焰切割单元的碰撞保护系统、
夹具控制等的周期时间显著缩短。
由于 C69xx 的结构紧凑，工业 PC 在控制柜中仅需少量的空间以
进行通风和温度调节。现在，控制柜能够做的更小、更轻便，
更易于布线。
借助 PC 平台可在未来集成更多功能
“TwinCAT 软件取代了传统的 PLC 硬件。我们开发了不同机床上
使用的可互换软件功能块。未来，这一控制架构会让我们更加
关注于 NC，管理或重组更多的轴以实现插补或考虑是否集成视
觉系统。”Hervé Nawrocki 解释道。
另外一个优点是能够通过网络进行分散控制和维护。“安全的远
程维护让我们能够随时了解机床的概况及其运行状态，这样能够
确保快速地提供帮助，同时减少时间和精力的耗费。无需技术人
员在现场，80% 以上的问题都能够得到解决。由于所有数据都集
中存储在 PC 中，大大简化了维护和维修工作。”Hervé Nawrocki
总结道。
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钣金加工机床 33
将 PC 用作控制平台
Güdel 在输送和搬运系统中采用 Beckhoff 技术
采用一种创新型机械理念，在机电一体化系统中引入了最新的控制和伺服技术，可以为运动流程自
动化，制定极其灵活和设计优化的解决方案。Güdel 在压机、大型压机和压机应用中选用了输送和搬
运系统之后，证明了软件 PLC/NCs 可以实现生产过程的产能最大化。
一套模块化的机械系统和一台功能强大的 PC 控制器，即可满足输送
和搬运系统的苛刻要求。采用的该技术可以概括如下：基本的机械模
块包括薄板材装载机、装卸设备、压机间往返运送设备、二维和三维
输送设备和棒材吸引输送设备。通过 SERCOS 接口驱动总线利用运动
定律原理（五次多项式），实现大量伺服轴的运动，并通过两台主轴
编码器与压机同步。在任何时候都能确保该搬运设备和输送装置几乎
没有任何剧烈的突然运动。所有轴都由一个电子轴连接在一起，从而
通过调整各自的压力角、“速度”和“位置”变量实现同步。由基于
Profibus DP 通讯的 Beckhoff 总线端子模块来完成 I/O 层的接口连接。
最终用户如果希望获得满意的结果，就必须对这种新技术有所了解。
而为了获得这种了解，唯有与机器制造商和控制系统研发商展开密切
合作。在目前的实例中，由 Güdel 公司（Langentha/瑞士）、TAS 公司
（Recherswil/瑞士）和 Beckhoff 公司代表组成的团队，不仅已经感受到
了这一任务的艰巨性，同时再次验证了这一成功方法。
更低的成本，更高的安全性
在许多案例中，控制专家必须努力评估各种硬件组件（可视化
PC、PLC、NC/CNC 模块等），必须平衡操作系统和编程语言，担心硬
件软件的接口问题。与通过 PLC 实现的传统控制技术相比，基于 PC 的
控制技术，采用软件 PLC，可以降低至少 40% 的控制系统复杂度和至
少 60% 的成本。另一优势是由于使用的单个组件数量大幅度减少，可
靠性和可用性均有所提高。由于选用的大部分模块都是标准模块，所
以故障模块之间的可互换性也得到了大幅度提升。由于减少了工程设
计方面的工作量，所以有更多的时间关注真正重要的问题——工艺优
化。“市场投放时间”明显缩短。
轴通过凸轮表实现耦合
在许多应用中都需要实现二轴或多轴同步。在 Güdel 公司的实例中也
是如此。硬件解决方案无法达到令人满意的结果，而采用了软件方案
之后，完全满足了客户要求。各轴通过 TwinCAT NC PTP 实现了软件耦
合。主轴被主动控制，一个或多个耦合从动轴也通过 TwinCAT ，实现
了同步定位。
最简单的耦合方式，是固定传动比（电子齿轮）的线性耦合。在较为
Güdel 车间压机、大型压机
和压机生产线上的输送和搬
运系统。
34 钣金加工机床
复杂的应用中，例如上述实例中，则要求比较复杂的主从耦合，这种耦
合方式无法通过简单的数学公式表达，但可以采用凸轮表的方式，即为
每个主轴位置指定一个相关的从动位置。TwinCAT 可以提供通过电子凸
轮表来耦合从轴和主轴（电子凸轮）的可选方案。凸轮表中包括若干预
先描述好的参考点，这些描述包括 NC 插补位置和速度。多凸轮表耦
合，也可以链接一个从轴和一个主轴，但是不同的凸轮表只能用于不同
的位置区域。
全球应用
对于软件 PLC 系统的认可度和可靠性问题，不久前已经得到了积极的
回应—至少得到了 Beckhoff 等公司的积极回应。至于许多行业至今仍
不愿采用这一技术的原因，只是因为他们很难告别已经熟悉和惯用
的技术。没有任何会阻碍软件 PLC 在复杂应用场合下使用的技术争
论。另外，全球成功应用的实例，就是客户从经济角度给予的明显
验证。
电动输送的控制构架包括工
业 PC、I/O 接口用 Profibus 总
线端子模块和配有 SERCOS 接
口的驱动技术。
Güdel 公司关键输送数据
触摸式操作面板 工业 PC 主机
调制解调器
长达 65 米的 CP_Link 通讯线
分布式 I/O 凸轮盘 装载机 输送起-降 | 前-后 | 开-关
PROFIBUSDP 12 MB SERCOS 接口
NC 部分
SERCOS 轴数量
通过 SERCOS 的主轴编码器
TwinCAT 轴数量
凸轮耦合
耦合类型
每个凸轮表的输入项
运动规则
NC 循环时间
PLC 部分
14
2
18
10，其中 2 个多凸轮耦合
线性，凸轮表，2实际主轴2
虚拟主轴
3600 行
五次多项式，
于PLC中计算
2 毫秒
指令
循环时间
实时载荷
轴数据
速度
加速度
约 45,000 条
10 ms
约 40%
7.5 m/s
15 m/s2
钣金加工机床 35
钣金加工：增速减时，
事半功倍
利用 MiniBendCenter，
可以用折叠法来折弯小
钣金件，例如机器、房
屋建造、称重设备、家
用电气或者设备内部运
转所需的小零部件
总部位于德国西南部辛德芬根的 RAS Reinhardt Maschinenbau
GmbH 公司从事开发先进的成形机、折弯机、冲压机以及金属
板材切割机已有 70 多年历史，凭借着其创新技术和创新解决
方案，该公司一再让终端用户们为之赞叹。2009 年，RAS 公司
引进了 MiniBendCenter，它可以折弯小钣金件，例如机器、房屋
建造、称重设备、家用电器或者设备内部工作所需的各种零部
件。至今为止，冲压工艺被认为是这个领域中的标准，而折弯
工艺则专门用于折弯大尺寸钣金。而如今，MiniBendCenter 证明
了折弯工艺也可以经济、高效地生产小型、复杂的折弯件。
钣金进给到折弯中心，并自动对齐和测量；换刀同样也是自动
进行的。随后，钣金通过一个操控器或止动系统放置到折弯生
成线上，然后被上下颊板夹住。折弯颊板向上或向下旋转，将
钣金折弯成所需的角度。由于被夹住的钣金部分保持水平方
向，而其它的折弯件离开支撑面，因此这道工序非常容易实现
自动化操作。
最高水平的自动化
MiniBendCenter 专门用于加工最大尺寸为 600 x 600 mm（23.6”
x23.6”）、最大厚度为 3 mm 的毛坯，整个加工过程都是全
自动完成。金属板材被送入（最好是激光切割并放在板材库
中）、分离，并在 MiniBendCenter 的抓提区对齐，然后由操控
器抓起并放在工作站中进行光学测量。粗坯的尺寸和位置可以
清楚识别，并且“合乎逻辑”地存在于 MiniBendCenter 中。随
后，操控器将粗坯送到折弯生产线上，引导其完成所有的折弯
步骤（可以多次更换折弯刀具），而不失精确。一旦机器确定
了操控器中钣金的确切位置，它就不会再松开钣金，所以该机
器是不需要停止的。“这个过程带来了快速的折弯加工、高
吞吐量、大大提升生产效率并降低单件成本。”RAS Reinhardt
Maschinenbau Gm bH 公司的主理合伙人 Willy Stahl 强调说道。
折弯过程中需要的刀具取自刀库，并且以全自动的方式安装在
折弯颊板里。由 RAS 公司开发的一种 CAM 系统为机器控制器
提供每个工作站所需模具长度的相关数据。一共有 14 个轴（
其中 11 个是伺服轴）用于驱动上下颊板、折弯颊板、操控器
以及换刀装置。为了让复杂的折弯过程连同工件和刀具操作都
能协调进行，RAS 公司在改造机器期间安装了 Beckhoff 的自动
化平台。该平台由一台 Beckhoff 工业 PC C6925 加上一台独立
的用作人机界面的控制面板 CP6932、TwinCAT PLC 和 NCI 自动化
软件、EtherCAT I/O 端子模块和 EtherCAT 超高速通讯系统构成。
此外，为了确保数据传输的安全，还实施了 Beckhoff TwinSAFE
安全解决方案。
RAS 机械工程公司的 MiniBendCenter 以最高的精准度和成本效益全自动生产钣金件。为了让复杂的折
弯过程连同工件和刀具操作都能协调进行，RAS 公司在系统改造期间在其机器上配备了 Beckhoff 基于 PC 和 EtherCAT 的自动化平台。
36 钣金加工机床
RAS MiniBendCenter 是一个全自动、高生产效率的加
工中心，用折叠法加工小型、复杂的折弯件
一个吸入系统把最上方的粗坯夹紧并带到输送台，输送
台上有一个操控器，用于抓取零件，引导钣金件首先通
过一个光学测量工作站
最大尺寸为 600 x 600 mm（23.6” x 23.6”）、最大
厚度为 3 mm 的金属板材被送进折弯中心，全自动
完成对齐和测量工作，换刀也是自动完成的
工艺过程的一致性和可重复性达到最高
机器的所有轴都由伺服电机通过数字式控制器来驱动。这样可
保证工艺过程的一致性和可重复性达到最高。“MiniBendCenter
通过凸轮盘执行所有不同的动作组，这些动作通过一个虚拟轴
相互协调。”负责这个折弯中心编程的 RAS 公司开发人员 Johen
Meier 解释道。“我们用和 NCI 通道绑定的折弯表来描述整个折
弯过程。这样，我们为换刀装置、操控器、上颊板等相关伺服
轴定义了独立的含有位置表的 NCI 通道。
RAS 公司使用 TwinCAT NCI 完成插补动作。“TwinCAT NCI 能
够将虚拟轴配置为插补轴，这个轴又被定义为主轴，几个从
轴通过凸轮的方式与这个主轴耦合。除此之外，NCI 通道的
进给不是采用传统的 NC 文件的方式，而是通过 PLC 中创建
的表。”Beckhoff 巴林根分公司的销售代表 Dieter Völkle 解释
道。Jochen Meier 对成果完全满意：“有了 MiniBendCenter 后，
我们告别了传统的点到点运动；在 TwinCAT NCI 和高速 EtherCAT
总线系统的基础上，现在这些轴可以完成插补运动了。我们原
钣金加工机床 37
扫描仪识别刀具，并通过矩阵码的
方式以极高的精准度将刀具插入到
颊板中
在开始折弯之前，换刀装置自动地为各个折弯工作站装上刀具。机
器控制器从 CAM 系统上接收每个工作站所需的刀具长度数据
一旦测量完粗坯的三个点之后，系统就能知道抓取粗坯的精确
位置，并在向第一台折弯工作站运行的过程中修正操控器所有
理论抓取位置的偏差
先的基于 CAN 总线的控制方案是无法实现这一解决方案的。”
动作同时执行，周期时间缩短一半
采用了 TwinCAT NCI 自动化软件之后，RAS 公司不仅可以优化流
程 — 因为现在所有轴都可以相互插补 — 而且还能够消除某些
风险。“我们在这里开始一个新的运动，因为我们知道其它运
动轴，例如折弯颊的三个轴，已经运动到关键点了。结果是，
我们能够将周期时间缩短一半。”Jochen Meier 强调说道。Dieter
Völkle 这样评论运动控制的复杂性：“自动化的核心在于控制
通过两个 NCI 通道实现，这些通道通过 TwinCAT PLC‘进给’。
其中一个 NCI 通道有 3 个主轴和 5 个辅助轴。其中的一个辅助
轴又通过凸轮用作另外 3 个从轴的主轴。于是，最多可有 9 个
轴同时运动。”
折弯程序在计算机上通过 3D 仿真方式生成
在 RAS 公司，金属板材折弯工艺的自动化首先从设计和工作规
划开始。“由于我们的客户现在越来越多地倾向于中小批量规
格，因此功能强大的编程系统是实现经济、高效生产的基本前
提。”负责控制技术的 RAS 公司研发经理 Jochen Willmann 解释
道。
“这个基于 3D 平台的 CAM 系统能够在不到 30 分钟的时间里完
成复杂的折弯零件编程。编程人员在 3D 模型里一步一步地确
定整个钣金加工工艺过程。一旦在计算机上创建了折弯程序之
后，MiniBendCenter 就拥有了所有必要的信息，以生成机器特定
的操作顺序。”RAS 公司的机械开发经理 Joachim Köhler 补充说
道。这样，机器操作员几乎就不需要再做任何编程工作了。该
CAM 软件通过将 3D 模型转成机器的 2D 模型的方式生成整个机
器程序。2D 模型在脱机状态下应用到机器上，测量点和机械原
点也在机器中指定。然后，在用虚拟仿真情境中进行工作规划
时，在屏幕上检查加工程序，而在仿真过程中，仿真程序使用
的是系统中真正存在的 3D 模型实境。
该加工程序不仅包括从粗坯处理到具体的加工步骤，从测量到
所有折弯工作站，再到钣金件成品的存放；诸如刀具操作等准
备工序也可以通过 RAS-CAM 编程。用于各种不同折弯任务的刀
具保存在 MiniBendCenter 刀库中，每个刀具都分配了一个条形
码。有了这个条形码之后，换刀装置就能够识别刀具，从刀库
中将刀具取出并按照正确顺序安装。完成任务之后，换刀装置
自动从刀库中取出刀具，并在刀库中替换刀具。
钣金加工的新局面
MiniBendCenter 的自动化程度非常高，可以被所有可能的钣金加
工厂使用。上述的加工中心和 RAS 编程工具可以相互联网，虽
然这并不是必须的。加工程序可以通过其它方式装载到 Beckhoff
工业 PC 中，例如通过 USB 接口或光盘。“这个系统的理念
是虚拟世界和真实世界是一致的；也就是说，我们所想象的
在 RAS-CAM 中设计的工件的样子就是这些工件在现实中应
有的样子。因此，设计的零件还必须包含实际尺寸和半径，
这样，之后的操作就可以能免则免。”Joachim Köhler 解释
说道。“有时候，要加工的工件实在太过复杂了，所以无法再
用传统的编辑方法对这些工件进行编程。我们的想法是通过在
上游嵌入这款编程工具来取得好的结果，最终，这个想法也成
功实现了。在机械环境中，我们需要强大而灵活的自动化平台
高质量地实现 CAM 技术规范。Beckhoff 的 PC 控制技术让我们能
够以最佳的方式解决了这一问题。”Jochen Willmann 补充说道。
更多信息：
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38 钣金加工机床
Jochen Meier，RAS 公司开发员，
负责该折弯中心的编程
无需支撑台，用操控器就能让上、
下夹紧底座夹紧的工件在机器上移
动，因此它具有全方位的自由度：
除了在不同的折弯面之间转动之
外，还可以将金属板移至折弯线，
它可以沿着机器侧边一直移动，并
可以将金属板向上提起来
从该工业 PC 上分离出来的控制面板
可用作操作平台和可视化平台
Jochen Willmann，RAS 公司的
控制技术开发经理
Joachim K®hler，RAS 公司的
机械开发经理
钣金加工机床 39
借助开放的高速 CNC 解决方案实现微机械加工技术的飞跃
有了 701S 加工中心后，威力铭-马科黛尔公司（Willemin-Macodel）充分利用三自由度运动的高动态性和刚性在小
零件加工领域取得了飞跃。这是通过减少运动的质量和利用 Beckhoff 功能强大的基于 PC 的 CNC 技术实现的。视
不同的工件，能耗减少了约 90％，且加工时间缩短了将近 10 倍。
基于 PC 的 CNC 解决方案用于加工和搬运小型工件
40 钣金加工机床
件微型化将是大势所趋。因此，我们想要设计一台零件尺寸和加工尺
寸比值增强的机床，因为当您加工一个 2 克或 20 克的零件时，在
一个重量为 12 吨的 3 米长机床上移动重达 100 公斤的刀架将毫无意
义。移动小质量工件要比移动刀架要简单很多。这样，必须移动的质
量大大降低，从大概 500 至 800 千克的传统轴降低到只有大约 2 千
克。也可以通过使用一台 三自由度 Delta 机器人实现这样的低惯量。
因此，新型机床的基本方案是基于并联运动与三角构造，并以通过三
个机械臂连接的工件承载架的形式实施。701S 就是专为加工小型工
件（直径 52 x 32 毫米）的加工中心，专注于计算密集型“圆弧插
补”。其主要特点包括：轨迹精度高于 0.2μm，对温度波动的敏感性
低，以及精度和可重复性非常高。专门设计的高性能电机主轴转速最
高可达 80,000 rpm，且无刀架，另外还具有更高的静态和动态刚性、
极高的平衡品质和较低的径向跳动（刀尖上小于 1 微米）。
基本想法是：在加工过程中，只移动质量小的工件，而不是较重的刀架
总部位于瑞士德勒蒙特的威力铭-马科黛尔公司专业设计和生产小型
加工中心，其产品主要用于钟表制造、医疗器械和航空航天工业等领
域。技术总监 Denis Jeannerat 解释道：“我们的核心产品是针对全工
序加工的高精度机床。因为固定小型工件始终是一个挑战，要在同一
台机床上执行所有加工步骤 — 无需像传统机床中那样将工艺划分为
车削、铣削和磨削。机床还负责工件搬运，即小心插入和取出工件。
这方面的一个典型例子是我们在 EMO2013 展会上展出的 701S 加工中
心。”
一个简单的想法彻底改变了微型机械加工技术
从表面来看，新型机床背后的想法听起来很简单：701S 微加工中心
具有一个三自由度 Delta 机器人，可以说，它已经颠覆了传统的加工
技术。该机器人负责移动工件 — 一项通常由刀架处理的任务。Denis
Jeannerat 解释了这个概念背后的如下思考：“在我们的市场上，零部
钣金加工机床 41
使用基于 PC 的控制技术控制机床运动
实现过程听起来很简单，但实际上需要进行大量工程工作和设计及掌
握控制技术相关知识，Denis Jeannerat 解释道：“对我们来说，这是
长期项目，在五年前就已经开始。最重要的是，机械系统和驱动技术
需要大量的开发工作，使我们能够提高并最终掌握动态行为。”
无疑，在项目开始时决定选用基于 PC 的控制技术是非常正确的，因
为从一开始就很清楚的是，这将是充分实现复杂的圆弧插补和快速控
制回路的唯一方法。Denis Jeannerat 继续说道：“毕竟，我们的目标
是开发一个具有极高动态性的机床。系统所需的高动态性只能通过
一台功能强大的工业 PC 实现，它可以非常迅速地计算出控制回路参
数。考虑到减少必须移动的质量时，这一优势就变得特别显著。”
PC 控制：强大、成熟、开放
在决定采用高效的基于 PC 的控制技术后，合适的供应商也很快被找
到了。Denis Jeannerat 继续说道：“我们对市场上的各种工业控制系
统进行了评估，并立即被 PC 控制技术所深深吸引。不仅仅是因为技
术，对我们来说重要的是，Beckhoff 在类似我们所在的应用领域里拥
有大量的技术诀窍和丰富的行业经验。”
据 Denis Jeannerat 所述，威力铭-马科黛尔特别重视机器设计是否具
有高灵活性：“为了使我们的机器设计尽可能地灵活，我们需要一个
在各方面都具有良好开放性的系统 — 通过多用途 I/O 解决方案，能
够与各通信子系统通信且软件具有通用性。例如，与必要的搬运或
机器人系统的通信是非常重要的。一方面，我们受益于那些已经集
成在 TwinCAT 软件中的运动功能库，另一方面，我们也可以在必要
时轻松整合我们自己的解决方案。”不仅如此，每台机床与应用都最
佳匹配，如果没有一个开放的控制系统，这几乎是不可能实现的。除
了允许灵活的机床配置的自动化硬件的模块化套件之外，动态控制软
件 — 在这种情况下如 TwinCAT — 也必须具有模块化结构，并在编程
上具有很大的自由度。
实践证明，在 701S 加工中心中，PC 控制的开放性对于简单连接一个
特殊的基于机器视觉的刀具测量系统有很大帮助。有了它的帮助，可
以全速测量刀具，包括径向跳动。测量系统可以简单地通过使用适当
的 PCI 插卡集成到 Beckhoff 控制计算机中，从而直接、迅速地为计算
机提供大量数据。除了其高运算能力之外，机床中使用的 C6920 控制
柜式工业 PC 采用 1.9 GHz 的 Intel® Celeron® 处理器，Denis Jeannerat 认
为这样还有一个重要优点：Beckhoff 的 C6920 工业 PC 结构非常紧凑，
因此机床控制柜中需要的空间很小。”
CNC 专用软件和操作界面
除了复杂的路径计算，PC 控制系统的任务还包括控制高性能主轴的
速度和位置。以极快的速度控制总共四根轴 — 三自由度 Delta 机器
人和主轴作为附加轴。从而能够用主轴进行特殊的加工操作，如刨削
或倒角。这是通过使用 TwinCAT CNC 实现的，即通过在一台工业 PC
上运行的带完整的 CNC 功能的纯软件解决方案实现。TwinCAT CNC 可
以操作分布于多达 12 个数控通道上的最多 64 根轴/被控主轴。在一
个 CNC 通道中，可以同时插补最多 32 根轴，因而可以解决最为困难
的运动任务。
有了 TwinCAT CNC，用户也受益于它们针对 I/O 外围设备和驱动系统
所具有的良好开放性，这在传统的 CNC 领域是非常罕见的。各种 I/O
模块都可通过所有常用的现场总线系统进行连接。驱动系统可以完
701S 微加工中心的占地面积约为 1 平方米
加工中心通过一台定制的带 15 英寸触摸屏的 Beckhoff CP7912“经济
型”控制面板进行操作
42 钣金加工机床
全根据具体的应用需要通过模拟量/编码器接口或直接通过数字量驱
动接口与 CNC 系统连接。701S 加工中心的 I/O 系统由 44 个 EtherCAT
端子模块构成，其信息通过两个 EtherCAT 耦合器 EK1100 传输到控
制系统中。数据采集主要通过 EL1124 或 EL1008 数字量输入端子模
块、EL2008 数字量输出端子模块，EL3064 或 EL3202 模拟量输入端子
模块、EL4002 模拟量输出端子模块，以及通过 EL5101 增量编码器接
口实现。
针对 CNC 操作界面，701S 配备了一台定制的 CP7912“经济型”控
制面板，它带有 15 英寸触摸屏以及集成 DVI/USBExtended 技术，与
工业 PC 之间的距离最远可达 50 米。面板采用铝制外壳，防护等级
为 IP 65，适合安装臂安装，并配备了一个附加键盘架，并具有 12 个
功能键和 10 个 LED 照明 PLC 专用键。此外，它还有一个带急停按钮
的按钮扩展件、6 个发光按钮、格雷码开关（23 位）和增量式编码
器。Denis Jeannerat 接着说道：“控制面板使得机床的操作变得极为
方便。例如，可以通过机电按钮直接集成很多功能，使得操作更加直
观、简单。”
高效微加工解决方案
智能设计和高效自动化的组合，不仅使得机床的结构特别紧凑，占地
面积仅为约 1 平米，而且机床也非常高效。由于运动质量大大减少，
加工一个小型工件仅需 2 千瓦的功率，而传统的机床则需要 20 千瓦
以上。Denis Jeannerat 补充道：“其轨迹精度非常高，误差仅为 0.2 微
米 — 即使在全速情况下 — 701S 也能达到一个比常规加工中心高 10
倍的值。另一个优点是可以大大节省工件加工时间。视工件的复杂性
而定，加工时间可以缩短 3 到 10 倍。例如，铜电极的加工现在仅需
八分钟即可完成，而不是以前的一个多小时。”
更多信息：
www.willemin-macodel.comwww.beckhoff.com/CNC
EtherCAT 耦合器 EK1100 将众多 EtherCAT 端子模块集成到控制系统中，如用于电阻
传感器的 2 通道输入端子模块 EL3202 和增量编码器接口端子模块 EL5101
C6920 控制柜式工业 PC 采用 Intel®Celeron®1.9 GHz 双核处理器，为要求苛刻的圆弧
插补功能提供充足的计算能力
钣金加工机床 43
为了解决精密磨削技术方面的老化问题，Echo Hill 对他们的机械零部件进行了彻底更换
针对磨削应用的最大精度和效率
改良后的计量让 Echo Hill 能够在生产期间更容易地在闭环控制基础上矫正磨削模式，该系统可自动修改直到微米级，甚至更低。
机床成功地与最多 4 个零件同时运行，而不会降低效率
44 切削加工机床
精密零件的生产 — 在过去高度专业化的手动加工领域 — 现在很大程度上都是用机床来完成的。无心磨削是针对精密磨削
圆柱形机器组件的专门技术，其中，工件不是固定的，而是在
一个快速旋转的磨轮和较慢速旋转的小型调节轮之间旋转。例
如，此项技术可以用于生产汽车、航空或航天行业使用的精密
零件。满足最小公差要求，直到微米范围，短期生产和全自动
批量生产需要强大的、定制化自动化技术。
CP690x 系列“经济型”远程控制面板用于机床可视化
切削加工机床 45
加拿大公司 Echo Hill Automation 总部位于安大略省的 Beamsville，专门
生产针对无心磨削的机床。目前市面上提供的其它磨床一般一次只
能加工一个零件。在许多情况下，不同的磨削曲线仍然必须手动设
置。过去，另一个与无心磨削相关的问题是零件计量。
Echo Hill 在研发上投入了大量的精力，旨在优化磨削工艺过程。“我
们的大多数客户加工各种不同的零件，即生产往往是短期的，需要频
繁更换产品。另一个因素是，多年来，加工后零件的尺寸公差变得越
来越小。“Echo Hill Automation 公司总裁 Harry Schellenberg 说道。“为
了能够实现高精度、高效率的小批量及不同尺寸的生产，我们不得不
重新设计我们的机床。”
Echo Hill 彻底修改了其机床方案
在很多情况下，这种机床用的磨削头重量可超过千磅（500 千克），
因此用于移动机床部件的机械部分磨损非常厉害。更重要的是，众
所周知，磨削过程会产生碎片，这意味着即使高精度磨床在满足严
格的公差方面也会有问题。
Echo Hill 的“Tactic 8”机床是针对这些挑战的创新解决方案。这台机
床使用一个 8 英寸的磨轮，可移动部件在它们的顶部旋转，也就是
说，线性电机都安装在机床的顶部，从而使得零件不再需要送入到
磨轮下面，可以从上面进行加工。线性电机的磁力抵消滑动杆的重
量，并抵销旋转辊滑动机构的重量，从而最大程度地减少磨损，并
显著延长机床的使用寿命。
科技自动化将机器人技术和测量技术集成到控制平台中
“除了机械上的改良之外，Tactic 8 配备了 Beckhoff 基于 PC 和 EtherCAT
的集成式控制平台。这提高了机床的整体效率。”Harry Schellenberg
表示道：“我们开始与 Beckhoff 洽谈，因为我们正在寻找一个机器
人控制系统。过去，我们使用独立的机床控制器、机器人和测量系
统，因此通信非常复杂。有了科技自动化，我们现在有一个将机器
人技术、测量技术和机床自动化捆绑在一台 PC、软件平台和网络上
的平台，这为我们带来了明显的竞争优势。”
Echo Hill 使用配备了第二代 Intel® Core™ i3 处理器和 TwinCAT 自动化
软件的高性能工业 PC C6515。CP690x 系列“经济型”远程控制面板
用于机床可视化。“HMI 软件能够在同一台 PC 上作为我们的自动化
软件运行，这是一个重要的改进。”Echo Hill Automation 公司副总裁
和控制专家 Dan Schellenberg 说道。在转向使用基于 PC 的控制系统作
为我们的标准系统之前，我们使用的是一台硬 PLC 和一台独立的用
于 HMI 的 PC。”
“基于 PC 的控制平台的一大优势是，TwinCAT NC I 将整个机器人协调和
三轴控制集成到一台控制器和软件中。”Dan Schellenberg 说道：“由于
PC 运行了用于复杂运动的 G 代码，在参数变化时可以相当轻松地修改
程序。另外，也可以使用不同的编程语言，从标准语言到高度专业化
的语言，这取决于哪种语言最适合特定的任务。对于定期循环的运动
控制元件，TwinCAT 提供功能块，从而节省了大量的编程时间。”
Beckhoff 的 TwinCAT XML Server增补软件可用于读取和写入标准格式
的零件参数。“考虑到 Echo Hill 的一些应用有多达 4000 个零件参
数并且这些参数在生产过程中不断变化时，这一点特别有用。”Dan
Schellenberg 说道。“它使得机床之间的参数传输灵活了很多。”
Echo Hill 在整个磨削过程中实施全面的零件测试，以达到最高精度。
高精度测得的数据采集结果能够使得在生产过程中控制加工模式成
为可能，它可以执行自动调整，直到微米级或甚至更低：测量系统
能够以 6 微米的公差控制所有的工件。Tactic 8 同时可以加工多达四
个零件，不会降低精度。Dan Schellenberg 热切地说道：“我们的客
户可以在几分钟内同时磨削四个零件，可以毫无虚言地说，这是磨
削工艺的巅峰之作。”
46 切削加工机床
更多信息：
www.echohillautomation.comwww.beckhoff.ca
EtherCAT 端子模块用于优化温度监测与振动分析
EtherCAT 用于实现机床联网通讯。不同的 EtherCAT I/O 端子模块用于
在磨床上进行数据采集、温度监测和振动分析。Echo Hill 使用集成了
超采样功能的 XFC 端子模块 EL1262，因此可迅速采集过程级的二进
制控制信号并传输给控制器。端子模块的时间基可以通过分布式时
钟与其它的 EtherCAT 设备实现精确同步。这样，数字量输入信号的
瞬时分辨率增加到总线循环时间的 n 倍。EtherCAT 同时将长度和直径
参数传输给所连接的视觉系统，方便了转换期间的机床配置工作。
TwinSAFE 技术确保最佳安全性
Safety over EtherCAT 全面确保机床、操作人员及其他人员的安全。Beckhoff
的 TwinSAFE 技术在标准的 I/O 系统中集成安全技术 — 一个简单、经济
高效的解决方案，替代了使用单独电缆连接并配置有专用软件、网络
的特殊安全控制器。
计量技术带来一系列成功
“Tactic 8 的最大卖点是，它可以同时加工多达四个零件。”Harry
Schellenberg 说道。对我们的客户来说，另一个重要方面是改良的计
量技术。现在，我们使用 EtherCAT，我们每秒最多可扫描 4000 次，
远远超过我们之前的 1000 次扫描限制。”Echo Hill 公司总裁如是说。
尽管 Echo Hill 已经通过实施基于 EtherCAT 的控制平台优化了机床的
生产能力，但成本没有任何增加。“恰恰相反，”Dan Schellenberg 说
道：“由于机器人运动学软件在中央工业 PC 上运行，我们能够降
低控制系统的总成本。此外，我们能够显著降低控制柜中的空间要
求、机床的占地面积和系统复杂性。”
“另一个竞争优势是机床所需的转换时间更短。”控制专家说
道。“我们的许多客户都生产用于汽车变速器的工件，常常都是非
常小批量的。这就需要频繁变化机床参数。有了 Tactic 8 之后，转换
时间缩短了 50% 以上。”
Echo Hill 通过一台 C6515 工业 PC 和 TwinCAT 自动化软件控制整个磨削单元，包括
三个机器人和测量系统
在无心磨削技术中，工件不是固定的，而是在一个快速旋转的磨轮和较慢速旋转的
小型调节轮之间旋转。例如，此项技术可以用于生产汽车、航空或航天行业使用的
精密零件
切削加工机床 47
用于 CNC 控制的控制面板
用于基于 PC 的机床控制系统的操作员界面
Beckhoff 控制面板的稳健设计让其非常适合恶劣的工业环境。模块化控制面板系列的特点在于其具有广泛的版本，
包括带触摸屏的标准显示器以及用于机床的完整 CNC 控制面板。控制面板、工业 PC 及 TwinCAT 软件的结合是基于
PC 的 CNC 控制系统的理想选择。
CP6xxx 和 CP7xxx 系列控制面板设计作为人机界面使用。这样控制元件
和显示元件各自形成一个独立的单元，与控制层分离。控制面板安装
在一个细长的铝制外壳中，设计高雅时尚且装配有 6.5 至 19” 的显示
器。Beckhoff 的模块化控制面板系列具有广泛的版本，包括不同的外壳
形状、显示器尺寸、按键/键盘和连接器类型。
用作控制单元的全新的控制面板已被开发出来，其特别适合于机床工
业。控制按键的 U 形排列方式（例如，控制按键位列于显示器两侧，
功能键则位列于显示器下方），符合汽车行业中常用的 Transline 概念。
广泛的控制功能可被集成到显示器单元下方的键盘扩展单元中，例
如，紧急止动按钮、机电按键、用于轴控制的 45 薄膜按键以及用于主
轴和超调的两个格雷码开关。
控制面板有嵌入式或紧凑型两种。 CP6942-xxxx 嵌入式控制面板的特征
在于其保护等级为 IP 65（前面板）/IP 20（后面板），其设计用于控制
柜安装。 CP7942-xxxx 控制面板的保护等级为 IP 65。其可从顶部安装在
机床上或通过接装板（无附加外壳）安装。两种不同的机械控制面板
（分别提供 CNC 或 PLC 功能性）可供简单方便的机械操作。控制面板
的设计、设备及功能性可改变以满足个人用户的需求。
CNC 面板系列概览
| 嵌入式控制面板 CP6942-xxxx：
不带触摸屏的 CP6942-0000
带单点触摸屏的 CP6942-0001
带 CNC 按钮扩展单元的 C9900-E787
带 PLC 按钮扩展单元的 C9900-E781
| 用于安装臂安装的 CP7942-xxxx 控制面板：
不带触摸屏的 CP7942-0000
带单点触摸屏的 CP7942-0001
带 CNC 按钮扩展单元的 C9900-E789
带 PLC 按钮扩展单元的 C9900-E783
用于机床的 Beckhoff CNC 控
制面板
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CP6942-xxxx | 适合控制柜安装的“经济型”控制面板
| 15 英寸 TFT 显示器，分辨率 1024 x 786
| 铝制前面板，带钢板后盖，前面板符合防护等级 IP 65，后面板
| 符合防护等级 IP 20 前面板有五种样式可选仅作显示用
– 功能键和 10 个带 LED 的 PLC 专用键
– 带数字键盘和 10 个带 LED 的 PLC 专用键
– 带字母数字 PC 键盘和 10 个带 LED 的 PLC 专用键
– 带美式布局字母数字 PC 键盘，侧面上有 16 个带 LED 的 PLC 专
用键
| 集成 DVI/USB 扩展技术
| 工作温度：0 – 55
CP7942-xxxx | 适合控制柜安装的“经济型”控制面板
| 15 英寸 TFT 显示器，分辨率 1024 x 786
| 铝制外壳，符合防护等级 IP 65
| 前面板有五种样式可选
– 仅作显示用
– 功能键和 10 个带 LED 的 PLC 专用键
– 带数字键盘和 10 个带 LED 的 PLC 专用键
– 带字母数字 PC 键盘和 10 个带 LED 的 PLC 专用键
– 带美式布局字母数字 PC 键盘，侧面上有 16 个带 LED 的 PLC 专
用键
| 集成 DVI/USB 扩展技术
| 工作温度：0 – 55
C9900-E781/783 | 用于机床的 PLC 按钮扩展单元
| 按钮扩展单元底置
| 16 个带指示灯的西门子 Signum 系列方形按钮，30x30 mm
| 1 个西门子 Signum 系列急停按钮，可直接接线
| 用于按钮帽的标签，可分别标记
| 按钮状态可通过 USB 读取
| 另外，所有按钮都可通过一个端子排和另一个常开触点直接
接线
| 所有指示灯仅通过 USB 控制
| 1 个 23 位格雷码开关，通过 USB 控制
| 2 端口 USB A 接口通过 IP 65 紧固螺帽安装在前部
C9900-E787/789 | 用于机床的 CNC 按钮扩展单元
| 按钮扩展单元底置
| 2 个带指示灯的西门子 Signum 系列圆形按钮，可直接接线
| 1 个西门子 Signum 系列圆形急停按钮，可直接接线
| 1 个西门子 Signum 系列圆形开关按钮，可直接接线
| 45 个薄膜按键，每个按键均带 LED，通过 USB 控制
| 通过滑入式标签标记按键
| 1 个 17 位格雷码开关，通过 USB 控制
| 1 个 23 位格雷码开关，通过 USB 控制
切削加工机床 49
现如今，人们对楼宇及其它设施的门锁系统的要求比以前任何时候都要高。若想有效实行复杂的安全措施，则需要有创新的设备及软件理念。受瑞士公司 Keso AG（在门锁系统领域拥有超过 45 年丰富经验的专业公司）的委托，SEH GmbH 研发了一个锁芯圆柱面高精度钻孔机器人。软件方案由 Mabag AG 提供，控制及驱动技术则由 Beckhoff 提供。
高精度圆柱面钻孔
过去，总部位于瑞士 Widnau 的专用机床制造商 SEH GmbH 需
要与各中控制设备供应商合作，因此他们会用到很多截然不同
的驱动解决方案。Keso AG 向 SEH GmbH 下了一份订单，要求
为其设计一款用于锁芯圆柱面钻孔的新型、自动钻床，从而
让 SEH 进行了一次系统改造。“2006 年年中，这份高科技订
单促使我们做出了一项重大决定：我们只需要一家能够提供完
整的自动化解决方案的‘一站式’供应商，因此，我们选择了
Beckhoff。”SEH GmbH 机械工程师兼董事总经理 Guido Herzog 如
此阐释道。
精度最高、灵活性更大
新型专用钻床用于在锁芯圆柱面上进行螺栓孔的精确钻孔。阶
梯孔在深度及 X-Y-Z 坐标方面都要精确到 ± 0.01 mm。为此，伺
服电机的精度必须控制在 1 µm 范围内。“这比我们要求的精度
还要高出 10 倍。”Herzog 如是说。
在这之前，Keso AG 已将 CNC 机床用于锁芯圆柱面的阶梯孔；然
而，角度必须机械地从 0°调整到 4.5°。转换时间需要 40 到 45
分钟；此外，还可能会损耗 4 到 5 个锁芯圆柱面。随着新研发
设备的使用，转换时间 — 包括数据导入及钻头调整 — 所需的
时间仅为 30 秒左右。这将不再有任何损耗 — 甚至第一个圆柱
面也总是可用。
高精度钻床共有 10 根 CNC 轴，通过 Beckhoff 的 TwinCAT 自动
化软件控制。此外，还有 2 根用来调整角度和高度的轴，配有
Beckhoff 产品系列中最小的伺服电机，其法兰尺寸为 56 mm，
高约 120 mm。小型电机里甚至还内置了一个制动器。共使用了
5 个配备有旋转变压器和制动器的伺服电机，因为在紧急情况
下，必须能停止 Z 轴的运行。此外，可通过制动器调整角度设
置。“在最大应力下，电机最大可设置为 50% 的额定输出。其
它所有电机都具有相同的输出，即使其能力不能被充分利用。
这样会带来一个很大的好处，就是可在出现故障的情况下轻松
更换伺服电机。”Guido Herzog 解释道。
50 切削加工机床
一切尽在控制之中 — 归功于集成的自动化解决方案
重要数据都存储于 Keso AG 服务器数据库中，这些数据可通过
条形码经由指定的接口直接传输至控制器。另外，灵活性、
适用性及流畅的数据传输是 PC 控制器所具备的最大优势之
一。“如此简单的集成很容易导致与另一台控制器之间的问
题。”Mabag AG 的董事总经理、同时编译和执行该钻床用户定
制软件的 Robert Schär 如此说道。“除了三根高频主轴之外，
其它所有组件，包括控制器、显示器、伺服电机和软件，均由
Beckhoff 提供。有了 Beckhoff 自动化系统，我们就能够控制一
切：路径、功率和扭距。我们能够随时跟踪并控制一切，甚至
可以判别机床的磨损情况。”Guido Herzog 补充道。
未来展望
目前研发的钻床已经是 Keso AG 订购的第二台钻床。“第一
台钻床已投入运行一年，在 12 小时内可钻削约 2000 个圆柱
面。”Robert Schär 解释道。Guido Herzog 补充说道：“与之前
的那台钻床相比，这台钻床可在相同时间内以更高的精度钻削
更多的圆柱面。
此外，正如 Robert Schär 所述，为 Keso AG 研发的机床带来了更
多的订单：“看起来，SEH 将会为整个欧洲市场的汽车制造商
提供新的机床。所有的汽车制造商都拥有自己的门锁系统。我
们 Mabag 将负责编程。由于使用了 Beckhoff 自动化系统，我们
能够在故障情况下直接访问客户服务器，从而能够立即分析故
障原因并进行远程维护。”
SEH GmbH 机械工程师兼董事总经理 Guido Herzog、Mabag
AG 董事总经理 Robert Schär 以及来自 Beckhoff 瑞士分公司
的 Stefan Keller
Beckhoff 组件
| 1 CX1020，模块化安装于 DIN 导轨的控制器，安装有
TwinCAT NC PTP 和 Windows XP Embedded
| 1 台 CP6901，带触摸屏的 12„ DVI/USB 控制面板
| 2 个 AX2513-B200 伺服主站模块，3 A，Lightbus
| 8 个 AX2523-B200 伺服轴模块，3 A，Lightbus
| 6 台 AM3041 伺服电机
| 4 台 AM3021 伺服电机
| 各种 I/O 端子模块
更多信息：
www.keso.comwww.seh-gmbh.chwww.mabagag.chwww.beckhoff.ch
切削加工机床 51
基于 PC 的控制平台应用于深孔钻床
提升设备性能，降低系统成本
Kays 工程公司的 Dehoff 枪钻系统配备了
Beckhoff 基于 CX1010 嵌入式控制器的控制
系统。与原先使用的 PLC 控制系统相比，
PC 控制系统节约了 50 % 以上的成本
枪钻技术已广泛应用于各个行业，例如汽车制造、航空航天、医疗器械等行业领域 － 基本上，任何有精密孔加工要求的应
用场合都会用到此项技术。Kays 工程公司是一家高精度深孔钻系统供应商。为了满足其客户群的高精度要求和不同的钻孔需
求，该公司采用 Beckhoff 基于 PC 的控制技术对其钻床进行了自动化改造。Kays 工程公司的 Dehoff 枪钻系统配备了 Beckhoff 基于 CX1010 嵌入式控制器的控制系统。与原先使用的 PLC 控制系统相比，PC 控制系统节约了 50% 以上的成本。
Kays 工程公司位于美国密苏里州的马歇尔市，旗下拥有 2 大系列的深
孔钻系统：Eldorado 系列用于钻四分之三英寸的孔，Dehoff 系列则用于
钻 2 英寸的孔。Dehoff 系列用于控制冷却系统、夹具系统、自动化系
统以及根据客户要求安装在机床控制系统内的许多其它可选部件。
Dehoff 钻床与其它钻床的一个最主要的差别在于：它采用的是平地安
装方式，而不是直线导轨安装方式。这样可确保机床具有无与伦比的
稳定性，最大限度地减少钻孔过程中产生的振动，这种振动会导致成
品出现很多质量问题。此外，Dehoff 钻床主轴转速范围非常大，因此
也具有极大的钻孔灵活性。
借助 PC 控制技术提高灵活性
除了需要有极高的的精度之外，客户对深孔钻床最主要的要求还是它
必须具有极大的灵活性，能够与每一个具体的应用最佳匹配。Kays 工
程公司的控制工程师 Brandon Snell 解释道：“Kays 公司的 Eldorado 系
列是一种面向车间的标准机床，而 Dehoff 系列则是根据客户的具体要
求进行定制的钻床系列，能够满足更高层次的客户需求。通常，我们
的客户已经完成了待钻孔部件的设计和尺寸制定工作，形状、尺寸千
差万别。”Dehoff 枪钻系列配备有一些标准元件，比如伺服驱动器、
电机和其它标准的运动控制部件，但机床却是完全根据具体的应用场
合而设计的。在过去，Kays 工程公司采用的是一台传统的 PLC 通过一
个模拟量接口来控制伺服驱动器和变频器（VFD）。操作界面使用的
是一台单色、低分辨率显示器。早在 2006 年初，Kays 公司即开始寻找
新的控制方案，对来自 6 家供应商提出的解决方案进行了评估，以寻
求一种灵活性更高的控制平台，从而满足各种客户定制需求，提供一
个具有出色运算能力的硬件平台。
52 切削加工机床
基于嵌入式控制器的紧凑、经济的控制平台
Snell 高兴地说道：“Beckhoff 的嵌入式控制器正是我们所要寻找的解
决方案，能够完全满足我们的要求。”Kays 工程公司为 Eldorado 系列
钻床选用的是 Beckhoff CX9010，而为更高性能的 Dehoff 钻床选用的则
是 CX1010。Beckhoff CX 系列控制器采用了 EtherCAT 系统作为高速工业
以太网通讯系统。同时，他还强调：“嵌入式控制器另一个很大的优
点就在于它们采用了闪存进行引导和存储，而不是硬盘。我们评估了
其它很多运动控制方案，它们的成本都比基于 PC 的控制方案高。简
单、经济性是我们决定选用 Beckhoff 基于 PC 的控制解决方案的主要因
素。”
Kays 公司选用 Beckhoff 的 6.5 英寸全彩色控制面板 CP7829 替换了原先
的显示器，面板正前方印有 Dehoff 和 Eldorado LOGO。CP7829 配备有大
量的功能键和一个数字键盘，因此具有很大的灵活性。面板通过 DVI/
USB 接口连接到 CX 系列嵌入式控制器。与传统的标准型 IP20 触摸屏
相比，这种控制面板可以大大节省成本和空间。
优化编程
嵌入式控制器采用 TwinCAT 软件集成了运动控制功能。“TwinCAT 具有
内置的运动控制库，可以节省大量的编程时间 — 我们能够方便地访
问我们需要的标准代码块。”Snell 如是说。
“由于 TwinCAT 支持结构化文本，这大大简化了我们的编程工作。我
们仍能够使用梯形逻辑图，但又不再局限于仅仅使用梯形逻辑图编
程，还可以使用所有的 IEC 61131-3 编程语言进行编程。
Kays 工程公司开发的系统包括一个“钻削参数计算器”，最终用户能
够使用该计算器方便地输入待钻削材料的数据以及所需的孔径数据，
系统自动生成适用于待钻削材料的进给速度和主轴转速。
使用 EtherCAT 实现超高速控制
驱动系统采用的是带有 EtherCAT 接口的 AX2000 伺服驱动器。“我们选
用 EtherCAT 的最大原因在于：采用此项技术之后，我们的机床就能够
具备即插即用性能。”在过去，若要控制 Eldorado 和 Dehoff 机床上的
伺服驱动器和变频器，需要一个 4-20mA 的电流回路以及大量的布线
工作。这种方式可靠性低，达不到 Kays 工程公司的预期目标，特别是
考虑到需要长距离布线的时候。
“EtherCAT 的使用大大改善了设备的性能，因为 EtherCAT 除了具有性
能卓越的优点之外，还具有处理速度快、可靠性高等特点，采用标准
的 CAT 5 电缆布线，布线工作更加简单，从而可大大节约成本。我们
只需使用一种类型的布线方式，而不必担心因为 6 种不同的布线方式
带来的麻烦。”Snell 解释道。
成本更低，性能更高
“总的来说，新的 Eldorado 和 Dehoff 系列控制系统比原先的系统更加
经济。除了性能更高之外，由于使用了更高效的伺服驱动器，能耗显
著降低。现在，我们使用 Beckhoff 的一种结构更紧凑型的电机来控制
枪钻的轴滑块，这种结构精巧的电机能够生成原先系统中外形庞大的
电机才能生成的相同扭矩。”Snell 继续说道。
这种自动化改造极大地提高了设备的灵活性和生产效率，但并没有给
Kays 工程公司带来成本上的增加。Snell 高兴地说道：“我们欣喜地看
到，Dehoff 系列钻床的成本优化效果显著 — Beckhoff 基于 CX1010 的控
制系统与过去传统的 PLC 控制系统相比，其成本降低了 50％ 以上。采
用了 CX9010 的 Eldorado 系统与过去的低性能系统相比，成本也节省了
10％ 以上。每一天我们都花更少的钱，获得更高的性能。”
Kays 工程公司的成本降低不仅仅局限于硬件的花费，通过采用
EtherCAT 和标准的以太网线，控制柜的布线时间也减少了整整 2 个工
作日。
全新的 Eldorado 和 Dehoff 机床获得了客户的积极响应，这大大鼓舞了
Kays 工程公司。“这些经过重新设计的机床引起了强烈反响，以后，
至少 90％ 的 Eldorado 和 Dehoff 系列机床都将完全配备 Beckhoff 基于
PC 的控制系统以及 EtherCAT。”Snell 如是说。
当然，Kays 工程公司还并没有完全实现他们基于 PC 的控制系统的革
新目标。当他们决定添加更多的运动轴，进一步提高深孔钻系统的性
能时，他们看到：Beckhoff 的 CX1020 和 CX1030 嵌入式控制器可以提
供更多的性能提升选项和更大的性能提升空间。“我们能够将系统升
级为下一代 CX 系列控制系统。每一台新型机床中的大部分现有的编
程和控制系统设计都将保持不变。现在，我们已经对机床设计进行了
优化，提高了设备的灵活性，并为未来的发展做好准备。”
6.5 英寸 CP7829 控制面板，面板正前
方印有 DeHoff LOGO
更多信息：
www.kays-dehoff.comwww.beckhoffautomation.com
切削加工机床 53
基于PC 的 NC 技术为提高型材成型机的灵活性提供保障
Rollwalztechnik（RWT）在制造 NC 和 CNC 控制的型材成型机，特别是针对汽车领域的机械已有 15 年历史，一直以来，他们采用的都是用于驱动组件、控制组件和液压组件的装配系统。他们采用 Beckhoff 基于 PC 的自动化技术所制造的滚丝机在灵活性、性能及操作舒适性方面设立了新的标杆，很好地诠释了这种设备方案在减少维修工作量及灵活应对各种具体的生产任务方面所具备的竞争优势。
一举成型
Rollwalztechnik Abele + Höltich GmbH 始建于 1982 年，总部位于德国 Engen。
公司主要生产型材成型机，如用于旋转对称式工件成型的单辊或双辊滚
丝机和型材滚轧机。典型应用包括高精度外花键、螺纹和循环滚珠丝
杆。这种机器通常根据最大可用的压缩力分类。RWT 产品系列涵盖了12
和 60 t 之间的所有设备，生产传统型（带变频器控制的驱动器和简单的
终端位置控制的液压系统）和全 CNC 控制型成型机。
具有创新意义的机械制造技术
RWT 的滚丝机设计使得使用螺纹滚花辊实现的轧制工艺得到了普遍应
用，例如使用回转式滚柱丝杠进行贯穿式滚轧或平整冷轧，或者将这
两种工艺相结合。这种成型机结构紧凑，带力配合型辊子架，确保能
够安全控制轧制力。自润滑型非对称式 3 或 4 滚柱导轨能够防止滑升
－ 这是提升轧制工具使用寿命的一个重要前提。RWT 公司生产的双辊
滚丝机 RWT 30X CNC/AC 就是创新性机械设计的一个很好范例，他们的
技术总监 Helmut Sproll 对该机器进行了简要说明：“该机器有两个用
于成型工具的手拧螺钉。这两个螺钉都由伺服电机驱动，并通过 NC
控制器根据相对旋转位置和同步运行方式进行同步。待成型的工件位
于两个相互作用成型工具之间，由一个伺服液压系统驱动。由此，工
件通过液压系统的进给运动被拾取、旋转，然后成型。
54 切削加工机床
“两根旋转轴必须满足很高的同步性要求，以便能够制造出高精度的
工件，如汽车行业常用的外花键。“Helmut Sproll 解释道。“第三根
轴的液压进给运动用于确保工件的尺寸精度控制在 0.001 mm 范围内。
对于某些特定的应用场合，也可通过旋转轴进行同步（起始角度）。
成型工艺的质量控
制通过监控成型力和驱动功率实现。Beckhoff 自动化技术可满足所有
这些要求。” Beckhoff 巴林根办事处的 Frank Würthner 如此说道：“滚
丝机的特点就是可以通过冷成型得到所需的轮廓，这表示不会破坏原
料的自然纤维方向。这样可以确保工件能获得更高的硬度和冲击强
度。”
柔性自动化和集成自动化
Helmut Sproll 约在一年前开始采用 Beckhoff 自动化技术，促使他作出此
项重要决定主要有以下几方面原因。PC控制系统具有极大的灵活性，
能够很好地满足各种过程工程要求。它能够创建一个和集成式用户界
面，而且高性能 PC 使得位置控制周期时间极短。“通过集成式软件
PLC 能够执行各种自动化任务，并且能够通过附加的 NC 轴轻松实现机
器扩展，具有良好的性价比。”RWT 公司的技术总监如是说。
在首次合作中，Beckhoff 成功实现了软件项目实施工作。Frank Würthner
说道：“由于我们采用了 Beckhoff 开放式技术，我们才能够更好地利用
我们全面的液压技术并能够非常灵活地对用户需求做出响应。例如，我
们可以自由选择总线系统，没有任何限制。考虑到我们所使用的驱动技
术，我们决定采用 SERCOS。” Helmut Sproll 指出，毫无疑问，EtherCAT
必将受到青睐，因为它能够提供比 SERCOS 快很多的传输速度。
控制系统
| 控制柜 PC C6140
| 控制面板型 CP7832-0001，带按钮扩展件 C9900-E768
| SERCOS PCI 现场总线接口卡 FC7501 或 FC7502
| TwinCAT NC PTP、TwinCAT PLC “液压定位”功能库
| 根据具体应用定制的用户界面
| Windows XP
I/O 系统
| SERCOS 总线耦合器 BK7520
| 各种总线端子模块
控制系统| 控制柜 PC C6140| 控制面板型 CP7832-0001，带按钮扩展件 C9900-E768| SERCOS PCI 现场总线接口卡 FC7501 或 FC7502| TwinCAT NC PTP、TwinCAT PLC “液压定位”功能库| 根据具体应用定制的用户界面| Windows XP
I/O 系统| SERCOS 总线耦合器 BK7520| 各种总线端子模块
切削加工机床 55
三根加工轴由上位 Beckhoff 控制系统控制，同时，该系统还负责处理用
于工件进给和卸载的 PLC 功能以及夹紧功能。该系统平台由 Beckhoff 控
制柜 PC C6140（操作系统为 Windows XP，带 SERCOS 主站接口卡）和用
于集成 I/O 级和伺服驱动器的“经济增强型”总线耦合器 BK7520 构成。
其它系统组件有 TwinCAT NC PTP 定位软件、TwinCAT PLC 液压定位功能库
以及控制面板 CP7832 上的 NC 接口。
用户界面通过一个触摸屏显示和控制，包括实际的 CNC 设备控制、
PLC 应用、用于质量控制目的的机床轧制力监控和驱动器的输出测
量。和设备控制系统相似，该系统也是以专业的行业技术为基础，通
过 RWT 与 Beckhoff 的紧密合作开发而成的。Helmut Sproll 高兴地说道：
“我们的合作非常愉快。通过与 Beckhoff 的通力协作，我们能够充分
利用重要的协同效应，我们也很高兴能够得到 Beckhoff 的宝贵建议和
技术支持。
软件控制的优势所在
Helmut Sproll 深信，使用纯软件控制的决定已经获得了回报：“Beckhoff
基于 PC 的自动化技术具有高度灵活性、一个通用的用户界面、始终如
一的实施质量以及集成式远程维护和诊断功能。”据 Frank Würthner 说，
TwinCAT NC PTP 轴定位软件和液压功能库的可升级性为我们带来了更大
的收益。“我们认为，柔性和集成式自动化解决方案的优势 90 % 能够
通过机械设计来说明，而 10 % 则需要在具体的应用中得到证实。由于
该软件中 TwinCAT NC PTP 的功能综合而又全面－ 例如轴定位轴定位（设
定值生成、位置控制）、带 NC 接口的集成软 PLC、用于调试的操作软件
和通过各种总线与轴连接的 I/O 接口－ 它完全能够取代传统的定位模块和
NC 控制器。
金属加工 | 中国 56 切削加工机床 56
若要满足人们对牙科用具在品质和精度方面的高要求，就需要有相应的精密机械工程配套。为了应对这些要求，瑞士莫尼埃查纳有限公司
（Monnier + Zahner AG）采用 Beckhoff 基于 PC 和 EtherCAT 的控制平台对其牙科车针（钻头）自动磨床进行了自动化改造。比如带 6 根插补轴
和 HSC 功能的 M647 系列 CNC 牙科车针自动磨床。
瑞士精度与 Beckhoff 自动化技术的完美结合
畅通无阻：使用软 CNC 控制牙科车针自动磨床
M647 牙科车针自动磨床，配备带和圆盘式刀库的
全自动装卸设备
切削加工机床 57
莫尼埃查纳公司总部坐落于瑞士 Safnern，在机械工程领域拥有
多年丰富经验。自创始之日起直到 1972 年，公司主要生产和销
售的是表壳制造机床。20 世纪 70 年代机械表的行业危机迫使公
司不得不转向骨科和牙科零件加工机床的设计和生产。目前这
一部分的销售额占到了公司总销售额的约 40 %。“我们已在牙
科零件加工机床和医疗植入物生产设备（如接骨钉加工机床、
人工髋关节球头磨床）领域占据世界领先地位。”莫尼埃查纳
公司总经理 Roland Walti 如此说道。
精度与公差达到微米级
莫尼埃查纳公司提供的大部分解决方案都是 CNC 控制的特种机
床。“所有的研发、设计和自动化改造都是我们自己独立完成
的；换句话说：我们公司拥有一整套自己的专有技术。”Roland
Walti 强调说道。“通常，我们只从外面的供应商处采购设备零
部件。”莫尼埃查纳公司行政总监 Heidi Buhler 补充说道。“不
是每个人都能设计这种设备，也不是每个人都能够制造这些设
备。公差在 μm 范围内的高精度加工需要非常专业的设备制造
商。”Roland Walti 强调说道。“然而，我们设备的功能非常简单
且好用。这些功能都是在工厂安装的。客户可以根据他们具体的
应用要求进行编程和参数化。“也可以选择通过 NC 代码给零件
程序分配 10 个辅助操作。”
工艺优化：使用基于 PC 的控制技术对控制器进行改造
一台牙科车针自动磨床控制器停止运转促使莫尼埃查纳公司决
定对其控制器进行改造。莫尼埃查纳公司软件部门经理 Martin
Walti 叙述道：“当时它还不是一个真正的 CNC，而是一个插补
模块。我们一直在寻找一个能够满足我们要求的控制方案，最
终我们决定选择 Beckhoff。之后，我们有越来越多的设备都配备
了 Beckhoff 的自动化系统，让我们能够逐步使用 TwinCAT PLC 和
TwinCAT NC PTP 来扩展我们的专有知识。”
M647 牙科车针自动磨床有六个同步驱动的交互轴。高精度牙
科车针在工作区研磨。一个三轴搬运设备将棒料进给至研磨工
艺，同时还移出加工完成的车针并将它们放下。“最大的挑战
就是将很多年前开发的旧控制器中的功能转移或集成到新的控
制器中。”Martin Walti 解释道。如果一个东西已经发展了很多
年，那么通常人们就总是会以现有的东西为基础，因此也常常
就会接受妥协。使用新的控制器后，我们优化并重建了所有功
能。当然，所有功能现在都是独立的，因为之前整个控制器使
用的就是一个 Windows 应用程序，包括用户界面。
完整的 Beckhoff CNC 系统
莫尼埃查纳公司还对机床上控制器和驱动的交互作用重新进行
为了确保能够满足对牙科工具在质量和精度方面的
要求，莫尼埃查纳公司选用了 Beckhoff 基于 PC 的
控制系统
用于加工圆形牙科工具的 M665 型磨床有 6 根必须
同步驱动的交互轴，高精度圆形刀具在工作区研磨
58 切削加工机床
用于加工各种不同样式的圆形牙科工具和牙钻的 M642 改进
型、M665 和 M647 型磨床现在都配备了 Beckhoff 自动化平台。
莫尼埃查纳公司非常重视机床的功能性：精度、μm 范围内的公
差、高产出和可用性是最重要的标准。
在这里，标准就是自动化组件的快速交互，主要依靠 EtherCAT
实现。“我们现在有了第一台完全配备 EtherCAT 的机床，它显
著简化了电气结构、提升了工艺品质。”Martin Walti 补充道。
网络交互涉及工业 PC、AX5000 驱动控制器和 I/O。
只需设定参数而无需进行 NC 编程
“决定选用 Beckhoff CNC 控制系统的关键原因有在 IEC 61131-3 基础
上开发应用程序过程中的高度灵活性、最新的硬件和软件界面的
可用性、组件的紧凑型设计 — 最重要的当然还包括 — 价格。我
们无需支付很高的价格即可优化工艺过程。”总经理 Robert Walti
如是说。“客户最终决定接受全自动机床。”一个重要标准是半
熟练的工人是否能够操作机床。为了让操作变得尽可能的简单，
我们创建了一个特殊的工具，用户可以用它来以简单的方法‘开
发’待加工的工件：他们只需要设定一些参数，其它的都由这一
特殊工具来完成。”
故障诊断通过因特网进行
基于 PC 的控制器的一个重要特点是能够实现基于 Web 的服务。
莫尼埃查纳公司交付的机床是不允许客户进行任何修改，即客
户没有源代码，除了能够定义工件参数之外，不能进行任何编
程或者更改任何功能。一旦某台机床出现了故障，莫尼埃查纳
公司的专业技术人员就会通过因特网登录到机床控制器中，帮
助进行故障诊断。“我们已经切实体会到 Beckhoff 控制平台所
带来的诸多好处。”Roland Walti 补充说道：“比如，布线工作
量比之前大幅减少，从而减少了故障出现可能性；控制柜变得
更小，停机时间显著缩短，生产工艺得到显著优化。此外，用
户界面与控制程序分开，显著提高了我们机床的操作可靠性和
可操作性。信息丰富的诊断选项加快了调试过程。未来，我们
还将要更充分地利用这项技术所带来的好处。”
M647 的控制柜配备了 AX5xxx EtherCAT 伺服驱动器、EK1110 EtherCAT 耦
合器、EtherCAT I/O 和 TwinSAFE 端子模块
用于磨床的 3 轴搬运设备
了评估。“我们使用 AX5000 EtherCAT 伺服驱动器和伺服电机，
位置编码器已经集成在电机中。”Martin Walti 解释道。TwinCAT
CNC 软件在一台 Beckhoff C6920 工业 PC 上运行，而操作则由一
台 CP6902 控制面板完成。莫尼埃查纳公司使用 Beckhoff EtherCAT
端子模块和 EtherCAT 端子盒作为 I/O 系统。在安全方面，公司也
决定采用 Beckhoff 的 TwinSAFE 集成安全技术。
更多信息：
www.monnier-zahner.ch
www.beckhoff.ch
切削加工机床 59
Herkules：将轧辊磨床与软件相结合的控制专家
Herkules 机床厂位于德国锡根（Siegen），在轧辊磨床的开发和制造领域已有 100 年的历史，是钢
铁行业全球重要细分市场的领军企业。自 2000 年起，Herkules 就一直使用 Beckhoff 控制技术及自
动化产品，这些产品由 HCC KPM Electronics 子公司根据各种设备和机械种类进行编程和实施。
TwinCAT －完美加工的有力保证
磨削支持：由于轧辊过程中辊子上承受的压
力非常大，对轧辊磨床的磨削精度和正常运
行时间方面的要求极高。这些在钢铁和金属
冶炼行业中都是要求最为苛刻的任务。
去年，Herkules 成功实施了一个要求极为严苛的项目，为中国的武
汉钢铁（集团）公司（WISCO）交付了一套完整的轧辊车间改造方
案。轧辊车间由总共四台轧辊磨床、两个用于装载和下载轧辊磨
床（装载机）的单脚起重机以及轧辊车间管理系统（RSMS）。在
轧钢厂中，已经经过粗加工的金属板被轧辊成最终所需的厚度和
质量。最终产品是硅钢或者变压器钢片，例如，可用于制造变压
器和电机。在轧钢厂内，轧辊车间为确保待轧辊的金属板质量提
供保障。由于轧辊过程中辊子上承受的压力非常大，对轧辊磨床
的磨削精度和正常运行时间方面的要求极高。这些在钢铁和金属
冶炼行业中都是要求最为苛刻的任务。轧辊车间必须保证每天三
班制,约 70 个工作及支撑辊的工作输出，利用率
达到 97％。
巨型辊子仍需要具有精密性
乍看起来，轧辊磨床与精密工具几乎没有相同之处。这一方面是
因为其规模大小 － 加工用的辊子净重最大可达 400 吨，长度可
达 10 m － 另一方面，由于轧钢厂周围有数千吨的钢铁需要加工。
但是，再细看，就会发现这种机床的高精密特点：除了数根测量
轴之外，磨床还有最少四根加工轴，它们通过伺服驱动器驱动：
| W 轴：用于旋转辊子的主轴头，夹在固定支架的中心部分。
| X 轴：垂直进给至辊子的砂轮。
| Z 轴：横向进给至辊子的砂轮。
| C 轴：通过倾斜轴微进给的砂轮。
待磨削的辊子夹子主轴头上，并由主轴头驱动。一台带有两个触
觉传感器的高精度增量测量装置用于跟踪转动的辊子，测定当前
的形状和直径并检测辊子表面是否有损伤。机床操作人员根据所
需的结果设置圆柱度、最终直径、表面质量及结构或磨损等参
数。控制系统由这些参数计算出磨削工序。连续测量同步进行，
以便记录磨削工序的结果并测定或修改下一行程所需的值。
钢铁和造纸行业中的某些加工工艺需要精确定义的辊子形状。它
们可以是圆锥形或球形，或者从纵向轴角度看过去是一个正弦形
或瓶颈形（CVC）。肉眼是看不出这些形状的变化的，因为这些变
化顺序是以毫米计算的。例如，汽车行业对金属板的表面结构有
特殊要求，使得喷涂后的车身光泽亮丽，这些单靠喷涂是无法实
60 切削加工机床
型号为 WS 450 L MonolitTM 的 Herkules 轧辊磨床
HCC KPM 飞速测量和检验系统。高
精度、增量测量装置，两个触觉探头
沿着旋转的辊子运行，测定其当前形
状和半径以及辊子表面是否有损伤。
现的。必需的磨削精度最低为 1/1000 mm 的同心度和几何精度。
为了能够完成此项精密复杂的任务，HCC KPM Electronics 生产了一
款控制系统，只需进行微小改动，即可用于各种机器 － 完全基于
PLC 和运动控制解决方案，TwinCAT PTP 和 NCI/CNC 软件。
客户专家和智能控制方案的完美结合
为了利用集中控制方案在调试、维护及性能方面的优点，Herkules
的电气设计工程师力争在软件中运行尽可能多的功能，于是决定选
用 Beckhoff 的 TwinCAT。利用 TwinCAT 所提供的开放式软件结构和
用于控制轴运动的动态功能，Herkules 可以将专家们需要花多年时
间开发的自己的控制系统集成到软 PLC 中，创建“HCC/KPM 10”轧
辊磨床控制系统。
TwinCAT 所提供的所有功能几乎都得到应用：
| 一个 Run-Time 系统中 3 个 PLC 任务，间隔时间为 1 或 10 ms
| 1 个 NC 任务，使用最多 10 根轴，间隔时间为 2 ms
切削加工机床 61
| PLC 项目中几乎所有的编程语言（IL、FBD、ST、SFC）
| 将 PTP 轴功能和复杂的多表连接应用于磨削工艺，从磨削状态、
磨削砂轮磨损得出的修正参数，辊子所需形状与实际形状之间测
量所得的偏差值
| 在 VB 和操作指南的基础上通过 ADS DLL 通讯接口与集成的可视化
系统通讯
| 用于插补功能的 TwinCAT NCI，例如在辊子表面上铣削同心纹
Lightbus 被用作为现场总线，用于将外围的 Beckhoff 总线端子模块
整合至机床中。基于以太网的 EtherCAT 总线系统主要用于与伺服驱
动器通讯。一方面，EtherCAT 的主要优点是其实时能力和高数据输
出量 – 总线周期时间小于 1ms – 另一方面，它可与 TwinCAT 结合使
用，操作简单。控制 PC 中只需要有一个空闲的网络端口。伺服驱
动器通过标准网络电缆连接。
运送任务控制通过软件实现
大型 WISCO 项目不仅提供了 4 台轧辊磨床，还有两台用于装卸轧
辊磨床（装载机）的自动单脚起重机。轧辊车间管理系统 RSMS 用
于管理磨削任务和辊子－ Herkules 集团的另一个核心竞争力。软
件用于规划生产工序并分配传输任务给装载机或分配加工任务给磨
床。装载机运送待加工的辊子给磨床，并将加工后的辊子运送回存
储位置。在装载机控制 PC 上运行的 TwinCAT NC 负载运送并精确定
位磨床横进给中的辊子。一台桥式起重机用于将辊子运送入或运送
出自动化区。
TwinSAFE 为人员安全提供保障
机床的输入通过控制面
板实现，控制面板是根
据 Herkules 的特殊要
求与 Herkules 合作设
计而成的。
型号为 WS 600 的 Herkules 轧辊磨床。待加
工的辊子最重可达 400 吨，最长可达 10 m。
操作磨床和装载机的自动化区被分为不同的安全区域。带护罩锁
的安全门防止人员进入危险区域。所有安全相关的信号都通过
Beckhoff TwinSAFE 系统进行预处理和控制。
监控以下状态：
| 9 个安全门
| 6 个挡光板
| 14 个急停键按钮
| 2 个激光扫描仪（保护装载机不会相互碰撞）
| 8 个使用了安全无线电技术的激光扫描仪（保护装载机不会与桥
式起重机碰撞）
| 用于驱动器的安全继电器（用于驱动器的安全电路断路器）
| 12 个按键开关（桥接选件，多种操作模式）
附加功能
| 释放 9 个安全门
| 检测和监控装载机位置（与安全区相关）
| 建立急停与（4 台）磨床的连接（根据装载机位置）
| 控制驱动器的安全继电器
TwinSAFE 安全技术包括检查急停按钮和机床的急停要求，并将这
些要求中转给加载装置。此外，安全区状态受到监控，根据状态
决定是否能够将加载装置放置到安全区中。根据装载机的位置和
操作模式，通过 TwinSAFE 释放安全门。如有需要，也可通过按键
开关选择操作模式。在手动操作模式中，连接了一个带附加急停
功能的安全无线电远程控制系统。
驱动器状态也通过 TwinSAFE 监控。混合至装载机的急停信号可以
通过安全总线端子模块输出让驱动器停止运行。装载机碰撞监控
和带桥式起重机的装载机中的信号会导致急停。
为了实现这些安全功能，在一个安全网络中共集成了 19 个 TwinSAFE
逻辑总线端子模块和 51 个 KL1904 安全输入端子模块。所有安全功
能都在两个通道内实现。TwinSAFE 信号通过 Lightbus 集成在磨床中，
控制面板 – 可根据客户要求定制外观
机 床 输 入 通过控制面板实现， 控制面板是根据 Herkules 的
特殊要求与其合作设计而成的。所有的硬件操作元件都集成
在面板中，通过 Lightbus 与控制 PC 相连。这种紧凑型、高度
集成的外观设计能够实现稳定的机床管理和手机支持的控制
站。HCC 图形用户界面（GUI）在面板上直观显示，操作人员
通过该界面可以调整和操作复杂的机床。操作人员通过 GUI
获取与辊子及当前磨削状态相关的所有信息。TwinCAT 与多
语版 GUI 通过 Beckhoff 多功能通讯接口ADS-DLL 相连。
62 切削加工机床
型号为 WS 450
MonolitTM 的
Herkules 轧辊
磨床，用于磨
削工作辊和中
间辊
各个逻辑端子模块借助网络变量通过实时以太网互相通讯。每个机
床控制系统平均有 6 个通讯接口用于连接 I/O 级、伺服转换器、中央
控制系统、RSMS 及装载机。在此 PROFIBUS 设计中，通过PROFIBUS 连
接一个超声波裂缝检测系统，如“排除单号现场总线”功能。
“这也突显了 TwinCAT 控制器的卓越特性，在这里，它可以实时处
理 PLC 和 NC 功能，使得各种现场总线能够无故障通讯。”负责设
备调试的 HCC 软件工程师 OliverKettner 评述道。迄今为止，已为约
250 个机床实施了此处所描述的控制和自动化方案，根据客户要求
进行了改造。
武汉钢铁（集团）公司的轧辊车间由下列部分
组成：
| 3 个型号为“WS 450-6 x 5000 CNC
MonolithTM”的轧辊磨床，用于磨削工作辊
和中间辊
| 1 个型号为“WS 600 x 5000 CNC
MonolothTM”的轧辊磨床，用于磨削工作辊、
中间辊和支撑辊
| 2 个自动单脚起重机（装载机），用于在机
床之间运送辊子
| 1 个轧辊车间管理系统（RSMS），用于管
理辊子和存储数据，控制生产工序
应用到的 Beckhoff 产品有：
| 8 个控制柜工业 PC C5102-0010
| 4 个控制面板 CP7832-1050
| 24 个 Lightbus 总线耦合器
BK2000/BK2020
| 12 个 EtherCAT 总线耦合器 BK1120
| 约 1100 个总线端子模块
| 使用的总线系统：
– Lightbus
– PROFIBUS
– EtherCAT
– 实时以太网
切削加工机床 63
中国 总部Beckhoff Automation (Shanghai)Co., Ltd.德国倍福自动化有限公司上海市闸北区江场三路（市北工业园区） 163 号 5 楼（200436）电话：021 / 66 31 26 [email protected] 小时技术服务热线：400-820-7388 北京北京市西城区西直门外大街1号西环广场 T3 写字楼 1801-1803 室（100044）电话：010 / 58 30 12 [email protected] 广州 广州市天河区珠江新城珠江东路 16 号高德置地 G座2603（510623）电话：020 / 38 01 03 [email protected]
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