应用案例 | TwinCAT 3 软件、基于 PC 的控制技术和演示架在职业培训中的应用

工业以太网和基于 PC 的控制技术早已在很多设备中普及。班贝克州立职业学校（SBSZ）对此也予以了充分重视。学校利用最新技术传授先进的编程方法、运动控制和安全方面的专业知识，让新兴的贸易专家和技术人员通过实际使用倍福的工业 PC、TwinCAT 3 和驱动器深入了解开放式自动化平台的优势。
班贝格 SBSZ 主要传授电气工程、计算机科学和机电一体化等各个不同领域必要的理论和实践知识。随着技术的进步，教学内容和教学材料也要不断更新，与时俱进。2020 年，电气工程 3（机电一体化）系重新设计了其教学设施，新增了一座控制和驱动技术实验室。

硕士工程师 Stefan Felkel：“基于 PC 的控制技术的灵活性和 TwinCAT 3 的简单授权模式为实验室工作站的建立和使用提供了巨大优势。”


“我们的目标是确保未来的技术工人，尤其是自动化和机电一体化领域的电工和技术人员，在就业前能够做好最充分的准备，并将所学知识有效地运用到实际工作中。”与 Markus Grill（理学硕士）一起设计实验室工作站的高级教师 Stefan Felkel 说道。因此，实验室中各个学习单元和练习都是培训计划不可或缺的一部分。目标是通过各种实践练习，培养学生独立完成各项任务和编程的能力。Stefan Felkel 表示：“每位职校学生和志向成为技术人才的学员都可以设计和创建自己的程序，并在硬件上进行模拟和测试。”学校总共有六个实验室工作站，每个工作站最多可供三名学生使用。此外，还有一个供教师使用的实验室工作站，可以通过它远程控制实验室工作站和工业 PC 的电源。
安全、运动控制和垂直集成

每个工作站都有三个培训模块，分别侧重于 PLC、安全和运动控制，这些模块可与 C6525 工业 PC 灵活搭配。
PLC 示教板上安装了数字量和模拟量 I/O 端子模块（EL1895、EL3174、EL4132）、1 个 AS-i 主站端子模块（EL6201）以及用于两个电位计的 EL3214-0090 模拟量输入端子模块。运动控制学习模块包含了 2 个用于控制伺服电机的 EL7221-0090 EtherCAT 端子模块（48 V DC、8 A、OCT）、1 个制动斩波器端子模块 (EL9576) 和 1 个风扇模块（ZB8610)。另外，它还配备了一个编码器接口端子模块 EL5151，用于设置设定值。
安全示教板上安装的设备包括 1 个 TwinSAFE 输入端子模块（EL1918）、1 个 4 通道 TwinSAFE 输出端子模块（EL2904）、1 个带 TwinSAFE SC 通信接口的 IO-Link 主端子模块 （EL6224-0090）和 1 个 EtherCAT 数字量端子模块（EL1859）。“通过 TwinCAT 3 编程平台和各种 TwinCAT 3 功能，我们可以设计和创建大量以实践为导向的学习场景。”Stefan Felkel 强调道。
“我们的 Motion Servo、TwinSAFE 和 TwinCAT I/O 示教板是实现这一目标的基础。为了确保这些模块与现有的培训设置兼容，倍福系统应用部的 Franco Angelico 和倍福演示系统部的 Jens Thorun 根据 Stefan Felkel 和 Markus Grill 的要求对模块进行了调整。”来自倍福纽伦堡销售团队的 Wolfgang Negele 补充道。
Stefan Felkel 认为，重要的是每个人都拥有自己的工业 PC，并且能够轻松地将其与任何硬件设备连接。基于 PC 的控制技术和 EtherCAT 在此提供了极大的灵活性：工业 PC 可以通过相应的网络接口灵活连接实验室工作站的硬件或其它移动实训推车。
实用技能培训与 TwinCAT 3

在实验室中，除了硬连线可编程逻辑控制器之外，教师们主要传授顺序控制器编程的基础知识。实验室的核心部分是 TwinCAT 3 开发平台。TwinCAT 3 NC PTP 和 Safety Editor 也可用于运动控制和安全学习模块。TwinCAT 的优势在于，学生可以将工业 PC 用作应用程序编程和软 PLC 的平台。此外，学生们也可以使用自己的笔记本电脑，无需支付任何高昂的授权费用。“这无疑可以让学生能够更加专注和深入地研究基于 PC 的控制主题。”Stefan Felkel 说道。他认为，工业 PC 相对于传统的硬件控制平台具有更大的灵活性。“我们还使用了各种扩展功能，例如通信领域的 OPC UA。”他说道。在驱动轴的设计和优化方面，除了 TwinCAT 3 Motion Designer（TE5910）和 TwinCAT 3 Drive Manager 2（Te5950）之外，还使用了 TwinCAT 3 Bode Plot Base（TE1320）。

在总共六个实验室工作站中，每个工作站都配备了两台 C6525 工业 PC，用于完成编程、设置和测试等各种实操练习
从接触器电路到机器人应用

在驱动技术方面，接触器电路的基础知识通过硬连线可编程逻辑控制器和 C6525 工业 PC 的相应程序进行教学。“在教学中，我们使用安全继电器控制电机，以引入安全主题，并通过 TwinSAFE 进行进一步深化。”Stefan Felkel 说道。通过 EtherCAT 端子模块 EL7221（紧凑型驱动技术）对伺服电机（AM8132）进行控制操作，以及给异步电机施加负载以确定其特性曲线，完成驱动技术的教学任务。
培训结束后，学生们需要编写一个机器人系统程序：需要控制两个机器人和另外五个包含基本自动化元件（传感器、电气气动装置、总线系统）的工作站。为此，学生们需要分析每个子站的功能，确认它们与相邻站点的接口，并启动通信。整个培训课程包括程序设计、编程以及测试和文档编制。“我们目标是在培训课程中创造出尽可能令人兴奋的实际应用，同时解决许多基础学科领域的问题。”Stefan Felkel 说道。
未来，学校还将进一步扩展培训课程的内容，包括伺服电机的控制。目前已经有了相应的 AX5000 伺服驱动器，并正在用于建设新的教学模块。此外，学校还计划整合平面移动类电机和专用电机。最后，Stefan Felkel 补充道：“总之，我要特别感谢倍福纽伦堡办事处的系统应用工程师 Franco Angelico 给予我们的大力支持和帮助，以及他为学习模块的上线和运行做出的巨大贡献。”
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