【中國傳動網 企業動態】 研華協助CNC柔性產線以單一控制平臺同時執行MES與CODESYS實時控制軟件，跨界整合IT與OT。透過CPU分核優化技術，同時保證運動控制與信息系統穩定運行，減少加工失誤率，讓生產效率提升到三倍之多，落實邊緣計算，搶占柔性制造與CNC智能化商機。

項目簡介

隨著產品開發周期縮短，市場預測與生產規劃更顯重要。對此，CNC加工廠也需要強大的企業資源規劃系統(ERP)等信息技術(IT)輔助以調配最適生產計劃、管控整體營運，以往負責生產管理的制造執行系統(MES)也不再只是操作技術(OT)層的配角。向來各自獨立、鮮少直接溝通的兩個系統儼然成為實現CNC智能化與智慧工廠的關鍵，MES也成為銜接CNC產線IT層與OT層間的樞紐。

盡管MES開發商可透過為CNC產線加裝工業計算機再搭配PLC作為銜接異質系統的橋梁，但傳統做法只能傳遞簡單訊號，仍仰賴人工操作，無法防呆、效率低且人工成本高。對于二維條形碼等復雜數據，也有整合接口不足與解碼效能不佳等問題。再加上，MES開發人員雖然熟稔IT技術，對自動化控制系統的了解卻很有限。因此，該如何有效地串聯IT層與OT層，成了系統開發商面臨的一大挑戰。

研華以基于X86的開放式分核控制平臺APAX-5580同時搭載CODESYS實時內核與Windows操作系統，讓IT與OT系統高度整合又能同時保證穩定高效能。結合同系列的本地與遠程I/O，讓CNC產線能夠靈活布建，通訊接口與未來擴展性也更加自由。本項目僅利用單一控制平臺即滿足系統開發商的所有需求，讓其能順利整合MES與電火花工具機，實現CNC柔性產線遠程控制與統一管理的目標。

系統需求

天津歌德麥得科技有限公司是一家為CNC加工與模具產業提供信息化管理軟件與自動化工廠解決方案的系統整合廠商。順應工業4.0趨勢，該公司計劃將一套管理電火花工具機所需電極工具的電極窗口管理系統納入MES內，并將信息與上層信息系統串接，期望能透過IT層與OT層之整合來提升CNC加工廠的生產效率。

該電極窗口管理系統由CNC與電極工具庫組成，六層電極工具庫共有24種工具，每件工具下方貼有二維條形碼。生產時透過MES通知目前所需的電極工具編號，即能讓CNC以正確的工具執行加工作業。一開始天津歌德麥得科技選擇為每個單元(CNC與電極工具庫)加裝日系PLC與伺服驅動控制器，并于上位安裝一臺工業計算機。沒想到此做法不僅在處理大量二維條形碼時效率低，也難以全面采集所需訊號，花費的成本偏高外，硬件供貨商也無法提供實時的技術支持。因而促使該公司開始尋找另一套能滿足其需求的高性能控制核心系統。

新的控制核心解決方案除了將被設定成MES客戶端外，還要能夠根據MES的指令自動選取電極工具。由于每個單元彼此間相距遙遠(十幾米到幾十米不等)，新方案必須提供遠程控制功能，并讓中控室可以統一管理。軟件方面需具備方便IT工程師編程的高級語言以加速完成程序設計，控制層面則需要大量數字輸入與輸出I/O以便接收與觸發設備訊號，以及可將電極工具庫內的二維條形碼掃描結果傳輸給MES的協議轉換功能;最后是以EtherCAT通訊協議連接脈沖轉換模塊驅動步進馬達，并透過運動控制完成電極工具庫之旋轉與定位。

系統概述

研華開放式分核控制平臺APAX-5580是此系統中連接IT層與OT層的控制核心。，作為MES客戶端，APAX-5580可將從底層設備取得的信息傳送給位于中控室的MES，同時也能接收來自MES的指令，實時向下控制CNC與電極工具庫執行動作。此外，藉由以Modbus/TCP連接智能網關ECU-1152取得二維條形碼掃描結果，及以EtherCAT連接脈沖轉換模塊，APAX-5580能將總計144個(每層24個x6層)電極工具之二維標識符上傳給MES，讓系統可以統一管理多臺電火花工具機之電極工具狀態。

APAX-5580主要依賴其獨特的雙核處理器分核優化機制無縫整合IT層與OT層，利用其中一核執行內建的WindowsEmbeddedStandard7操作系統確保MES客戶端可以順利串接IT層;另一核負責執行運動控制、邏輯控制及總線控制以保障OT層的實時性和穩定性。整合軟硬件于單一平臺讓系統結構更簡單、維護更便利外，其獨特的模塊式設計讓APAX-5580具有高度擴充性，可因應未來需求新增或調整模塊配置，不需更換整個控制核心。另外，CODESYS所提供的ST語言也能讓不熟悉PLC的IT工程師以其所擅長的高階編程語法編寫自動化運動控制及邏輯控制程序，配合研華高質量的技術支持服務，可大幅縮短開發時間，加速上市速度。

負責執行控制的APAX-5000系列I/O模塊提供本地與遠程兩種擴充接口端口，用戶可依CNC在工廠內的實際布建情況部署模塊。線型拓撲結構適用于大型CNC產線，星型拓撲則能保證當任一單元出現問題時，其他單元不會受到影響。此外，可提供六個RS-232隔離式串行埠的ECU-1152能接收由二維碼掃描儀所取得的電極工具數據，且由于其內建WebAccess/TagLink軟件，因此可輕松將數據由自定義RS-232協議轉換成Modbus訊號，之后再經由網絡傳送給上層的APAX-5580。

專案導入

系統架構圖

結論

工業4.0引領制造業朝向實現智能工廠之路邁進同時，CNC廠也搭上此轉變風潮，必須將與制造相關的元素全面鏈接并深度優化，才能逐步達成CNC智能化的目標，因此IT層與OT層的整合是首要之務。為制造業業者提供解決方案的系統整合廠商若仍專注于傳統PLC控制，勢必讓開發過程面臨重重考驗，也很難如期開發出滿足工業4.0需求的系統。

研華不僅有完整的產品線滿足各種軟硬件需求，性能優異的產品也確保了系統的可靠性，易于整合的清晰結構則讓系統整合廠商可以迅速建構出所需的解決方案，并讓日后的系統維護作業較為輕松。而且對于自動化控制系統了解不夠深入的IT開發人員而言，有豐富工控經驗的研華可以針對OT層提供專業的規劃建議與技術支持，讓搭配出的軟硬整合方案可以執行出使用者所需的結果。

在導入研華完整的控制核心解決方案后，天津歌德麥得科技這套整合IT層與OT層的系統能將電火花工具機的返修率降低到30%，加工時間也從24小時縮短制3小時，效率提升了三倍之多，人員成本更降低了70%。

由于此系統備受市場青睞，未來，天津歌德麥得科技已計劃用此套核心架構為基礎，串聯其他產線系統，或在微調后復制到其他CNC機臺的控制系統中，讓柔性產線中的數控加工設備、物料運儲裝置及計算機控制系統更具智能，加速CNC加工廠智能化的進程，讓柔性產線真正落地。