研華以APAX-5580控制平臺搭配CODESYS實時內核與EtherCAT模塊與伺服馬達打造0.5毫秒掃描周期的鋁管切斷機，大幅提升鋁管切斷機的裁切速度與穩定性、確保加工質量。

方案背景

鋁材重量輕、易散熱、易成型，經加工處理后可廣泛運用在大樓的帷幕墻、住家的鋁門窗框、汽車的散熱器、3C產品的外殼等各行各業，而將鋁材切割成特定形狀與尺寸的切割機則是鋁制品在制造過程中的必要工具，該設備的切割速度與切割精度是影響鋁制品產量與質量的重要關鍵。

目前鋁材切割機大多采用PLC來控制各個機械部件以實現自動化切割作業，但受限于典型的PLC之掃描周期多處于毫秒等級，在性能不足的情況下，機器也易于裁切出不符規格的瑕疵品;再加上，使用梯形圖編程的PLC缺乏足夠的靈活度來處理復雜的算法，使得設備制造商就算想提升鋁材切割機的性能都相當困難。

研華以APAX-5580控制平臺搭配CODESYS實時內核所提供的解決方案，可提供穩定的硬件控制平臺、高速掃描的實時內核、靈活編程的開發環境、易于設定、更新參數與維護的電子凸輪等特色，讓設備制造商更容易地開發出生產速度更快、裁切精度更高、質量更穩定的鋁材切割機，從而能提升設備在市場上的競爭力。

系統需求

天津佰沃博思科技有限公司是一家擁有專業自動化開發能力、并從事工控產品銷售與技術服務的設備制造商。目前，該系統整合廠商正在為汽車的鋁散熱器開發可高速裁切的鋁管切斷機，但處于測試階段的原型機卻始終無法達到其預期的速度與精度，讓該公司相當困擾。由于這款設備一開始規劃的硬件規格是以PLC搭配日系伺服馬達來執行切斷動作，該公司發現每當機器經過一段時間的運行后，就會切出超過預設長度的鋁管，而且PLC編程環境的局限性也讓欲優化設備功能的開發人員備感辛苦。

以上種種原因讓天津佰沃博思科技決定更換伺服馬達之外，也試圖尋找一套可以穩定切割又容易開發的軟硬件解決方案。在軟件方面，新方案必須是符合IEC61131-3標準以便能提供靈活編程的開發環境;編程語言得同時支持梯形圖(LadderDiagram，LD)與結構化文字(StructuredText，ST)讓開發人員可以快速設計出所需功能;提供電子凸輪功能以完成切斷作業。而硬件方面，提供可保障穩定性與實時性的控制平臺;可接收數字輸入與數字輸出訊號以掌握機臺狀態;支持EtherCAT通訊協議與提供脈沖轉換模塊以連接伺服馬達;并提供工業級平板計算機作為設備與操作者之間的人機接口(HMI)。

系統概述

研華整合CODESYS實時內核、APAX-5580控制平臺與、APAX-5000系列I/O模塊、以及WOP-1070CK操作面板的完整解決方案，能讓設備制造商順利開發出兼具速度與精度的鋁管切斷機。除了以工業等級的WOP-1070CK作為設備的人機接口之外，安裝了WES7(WindowsEmbeddedStandard7)操作系統與CODESYS實時內核的APAX-5580控制平臺能以研華獨有的雙核處理器優化機制讓系統保有絕佳的穩定性與實時性。而透過支持EtherCAT通訊協議與第三方合作伙伴的脈沖轉換模塊，APAX-5580即能連接天津佰沃博思科技指定選用的伺服馬達。如此完善的軟硬件整合方案讓系統性能大幅提升，掃描周期從原本的3～4毫秒變成了0.5毫秒，不僅加快了響應速度，也提高鋁管切斷機的切割質量和效率，突破設備升級的瓶頸。

研華的WES7操作系統與CODESYS實時內核都是經過優化的軟件，透過篩選出操作系統中的必要功能，以及將雙核處理器各自獨立執行WES7與CODESYS等優化措施，讓系統的執行速度再加快，因而取得更快更實時的掃描周期，讓鋁管切斷機的切割速度與精度同步提升。此外，CODESYS是符合IEC61131-3標準、可為工業控制提供最佳開發環境的軟件。支持IL、ST、FBD、LD、CFC與SFC六種標準編程語言，讓項目的開發人員可以運用已熟悉的LD語言編寫之外，當需要復雜的算法時則可改用ST語言來編寫，從而能盡早完成設備開發。而CODESYS提供的虛擬編碼器功能與電子凸輪功能還實現了項目所需的高速切割需求。

APAX-5580是一臺基于PC的PAC運動控制平臺，兼具了傳統PLC的功能以及工業計算機的優異性能與特色。其模塊化架構的開放環境能讓工程師很方便地增加及調整模塊配置，用以設計出所需的控制系統。譬如這臺鋁管切斷機就外加了APAX-504512信道數字輸入與12信道數字輸出模塊，藉此可為系統收集各種設備信息，讓用戶可以完全掌握機臺狀態。最后再搭配可與工業設備無縫整合的WOP-1070CK，其以堅固耐用的特性提供了在嚴苛環境下可簡便操作又能長時間運作的最佳人機接口。

產品清單

系統架構圖

結論

工業自動化控制是個講求速度與精度的應用領域，但設備制造商若要在處處受掣肘的環境下開發產品，勢將難以充分發揮機臺的潛力。此項目的系統整合廠商一開始因為受限于PLC的編程環境、實時性不足的控制系統、以及沒有供貨商的實時技術支持，導致所開發的鋁管切斷機的質量與效率均無法達標。

所幸，擁有豐富工控經驗的研華以模塊化的標準產品快速配置出APAX與CODESYS整合方案滿足設備制造商需要穩定、實時、靈活的系統。此機臺原先只需要能達成1毫秒掃描周期的系統，而研華優化后的解決方案卻只花0.5毫秒就能完成掃描，不僅將掃描周期再提升了一倍之多，系統還同時保有絕佳的穩定性。此外，研華位于中國的專業團隊從產品測試、軟件培訓、到項目系統搭建都提供了實時的技術支持服務來確保項目能順利進行，進而也讓設備制造商能如期推出其最新開發的高速鋁管切斷機，未來更可將相同架構復制到其他機型，加速開發時間。