德国倍服有效解决1,216 根伺服轴同步运动难题

　　工控摘要：C6525工业PC作为*PC负责控制。其通过TwinCATADS与MKT的GUI计算机通信。MKT的GUI计算机用于可视化，用表格的形式以200ms的间隔显示每滴雨滴的位置数据。
　　
　　新加坡樟宜机场的“雨之舞”可能是世界上zui大的动态雕塑。该作品的艺术理念和编舞的算法设计由柏林的Art+ComAG公司创作。为了达到热带雨的效果，该作品使用了1,216滴闪闪发亮的镀铜铝制雨滴造型。这些“雨滴”通过细钢丝从天花板上悬垂下来，每滴“雨滴”都由一台小型伺服电机驱动。动力装置专家MKTAG公司负责整个“雨之舞”的技术实现，包括软件。基于EtherCAT技术，Beckhoff公司的TwinCAT软件控制平台和模块化紧凑型伺服驱动器的方案，解决了1,216根伺服轴实时同步带来的挑战。
　　
　　如何同步控制1,216根轴?
　　
　　“1,216根轴的同步驱动是本项目的亮点之一，”Beckhoff慕尼黑办事处的销售人员RaphikShahmirian强调说。RaphikShahmirian与MKT公司密切合作，参与了“雨之舞”的技术实现。除此之外，还必须满足“雨滴”在顺序运动中的动力学、度和速度方面的高要求。“雨滴”以1.5m/s的速度和1.4m/s2的加速度运动。运动必须是充满动态的，但是同时又必须平滑、没有震动。MKT在带紧凑型伺服驱动技术的基于PC和EtherCAT的Beckhoff控制平台中找到了适合本任务的解决方案。
　　
　　C6525工业PC作为*PC负责控制。其通过TwinCATADS与MKT的GUI计算机通信。同时，PC为EtherCAT主站，并通过TwinCATNCPTP集中控制1,216根轴。通过TwinCAT凸轮表函数，主PC将位置数据分配给六台从PC，每台从PC分配有192或208根轴，并参考主动轴确保所有轴的同步性（见第20页的图表）。EtherCAT实时通信直达每一个轴。
　　
　　MKT的GUI计算机用于可视化，用表格的形式以200ms的间隔显示每滴雨滴的位置数据。这相当于每秒五幅图片。可能只有通过TwinCATNCPTP中的插补法才能实现肉眼看到的这种流畅感。这里，使用2C任务中的样条算法计算每滴“雨滴”的100个中间位置。这些计算在每台分配有本地轴的从PC上进行。
　　
　　只有通过使用EtherCAT和TwinCATNCPTP才能实现像3-D电影般的雨滴同步运动的艺术效果。主站保持所有轴相互同步;从PC每2ms计算一次轴的位置并通过EtherCAT将轴的位置与伺服驱动器实时通信。
　　
　　宽度仅为12mm的模块化紧凑型伺服驱动单元
　　
　　每根轴的运动精度在±1mm，运动路径总长7.6m。两滴“雨滴”间的zui大偏差为0.25mm。每滴雨滴通过EtherCAT伺服电机端子模块EL7201和AM3121型伺服电机进行控制。“在与EtherCAT端子模块排无缝集成的伺服端子模块中，我们找到了与机场航站楼天花板有限安装空间配合的超紧凑型解决方案，”PeterHaschkamp强调说。此外，伺服驱动技术也提供了动态优势并实现了流型转变。
　　
　　模块化控制器简化了调试工作
　　
　　“模块化的控制解决方案和单独轴的简易更换对我们来说很重要。例如，这使得部分调试成为了可能;比如，我们能够在软件、硬件和机械装置上并行工作，这使得我们能在短暂的时间段内完成本项目，”PeterHaschkamp强调说。有了TwinCATNCPTP，就有可能“调试”整个表演秀，例如，可像电影一样快进和倒带。这大大地简化了MKT的调试工作。如果单独的序列段未能*令人满意，那么MKT的工程师可以不断地重复这个过程。正如PeterHaschkamp所强调的一个巨大的优势：“使用其它的解决方案是不可能完成这项任务的，因为你每次必须从一开始便不断地启动表演秀直到达到你想要的位置，这非常耗时。”
　　
　　Beckhoff的工业PCC6525非常适合安装在狭小的空间内，因此*该项目非常扁平的设计要求。由于选用了可选的SSD存储介质和被动式散热技术，C6525不包含任何旋转组件。
　　
　　在Beckhoff的产品中，MKT公司找到了与机场航站楼天花板狭小安装空间配合的紧凑型驱动解决方案：EtherCAT端子模块，与其无缝集成安装的伺服端子模块和AM3121紧凑型伺服电机。有挑战性的是将重达30吨的*预装设备运输到现有建筑中。
　　
　　与过去MKT通过分散式硬件控制器实现的类似动态雕塑相比，“雨之舞”则是通过*PC和软件采用EtherCAT通信实现控制的。在早前的控制解决方案中，MKT将凸轮表函数本地存储在驱动器中，而现在凸轮表函数则由软件执行。这样，*PC管理位置数据，并通过EtherCAT将其实时发送到轴。
　　
　　MKT选择Beckhoff作为合作伙伴的另一个重要原因是因为Beckhoff在的地位。Beckhoff不仅能够让来自德国威尔公司总部的专家陪同和支持项目。终端客户还能得到新加坡Beckhoff子公司的现场支持和服务。