工控摘要：C6525工業(yè)PC作為*PC負(fù)責(zé)控制。其通過TwinCATADS與MKT的GUI計(jì)算機(jī)通信。MKT的GUI計(jì)算機(jī)用于可視化，用表格的形式以200ms的間隔顯示每滴雨滴的位置數(shù)據(jù)。
　　
　　新加坡樟宜機(jī)場(chǎng)的“雨之舞”可能是世界上zui大的動(dòng)態(tài)雕塑。該作品的藝術(shù)理念和編舞的算法設(shè)計(jì)由柏林的Art+ComAG公司創(chuàng)作。為了達(dá)到熱帶雨的效果，該作品使用了1,216滴閃閃發(fā)亮的鍍銅鋁制雨滴造型。這些“雨滴”通過細(xì)鋼絲從天花板上懸垂下來(lái)，每滴“雨滴”都由一臺(tái)小型伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。動(dòng)力裝置專家MKTAG公司負(fù)責(zé)整個(gè)“雨之舞”的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，包括軟件。基于EtherCAT技術(shù)，Beckhoff公司的TwinCAT軟件控制平臺(tái)和模塊化緊湊型伺服驅(qū)動(dòng)器的方案，解決了1,216根伺服軸實(shí)時(shí)同步帶來(lái)的挑戰(zhàn)。
　　
　　如何同步控制1,216根軸?
　　
　　“1,216根軸的同步驅(qū)動(dòng)是本項(xiàng)目的亮點(diǎn)之一，”Beckhoff慕尼黑辦事處的銷售人員RaphikShahmirian強(qiáng)調(diào)說。RaphikShahmirian與MKT公司密切合作，參與了“雨之舞”的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。除此之外，還必須滿足“雨滴”在順序運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)力學(xué)、度和速度方面的高要求。“雨滴”以1.5m/s的速度和1.4m/s2的加速度運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)必須是充滿動(dòng)態(tài)的，但是同時(shí)又必須平滑、沒有震動(dòng)。MKT在帶緊湊型伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的基于PC和EtherCAT的Beckhoff控制平臺(tái)中找到了適合本任務(wù)的解決方案。
　　
　　C6525工業(yè)PC作為*PC負(fù)責(zé)控制。其通過TwinCATADS與MKT的GUI計(jì)算機(jī)通信。同時(shí)，PC為EtherCAT主站，并通過TwinCATNCPTP集中控制1,216根軸。通過TwinCAT凸輪表函數(shù)，主PC將位置數(shù)據(jù)分配給六臺(tái)從PC，每臺(tái)從PC分配有192或208根軸，并參考主動(dòng)軸確保所有軸的同步性（見第20頁(yè)的圖表）。EtherCAT實(shí)時(shí)通信直達(dá)每一個(gè)軸。
　　
　　MKT的GUI計(jì)算機(jī)用于可視化，用表格的形式以200ms的間隔顯示每滴雨滴的位置數(shù)據(jù)。這相當(dāng)于每秒五幅圖片。可能只有通過TwinCATNCPTP中的插補(bǔ)法才能實(shí)現(xiàn)肉眼看到的這種流暢感。這里，使用2C任務(wù)中的樣條算法計(jì)算每滴“雨滴”的100個(gè)中間位置。這些計(jì)算在每臺(tái)分配有本地軸的從PC上進(jìn)行。
　　
　　只有通過使用EtherCAT和TwinCATNCPTP才能實(shí)現(xiàn)像3-D電影般的雨滴同步運(yùn)動(dòng)的藝術(shù)效果。主站保持所有軸相互同步;從PC每2ms計(jì)算一次軸的位置并通過EtherCAT將軸的位置與伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)通信。
　　
　　寬度僅為12mm的模塊化緊湊型伺服驅(qū)動(dòng)單元
　　
　　每根軸的運(yùn)動(dòng)精度在±1mm，運(yùn)動(dòng)路徑總長(zhǎng)7.6m。兩滴“雨滴”間的zui大偏差為0.25mm。每滴雨滴通過EtherCAT伺服電機(jī)端子模塊EL7201和AM3121型伺服電機(jī)進(jìn)行控制。“在與EtherCAT端子模塊排無(wú)縫集成的伺服端子模塊中，我們找到了與機(jī)場(chǎng)航站樓天花板有限安裝空間配合的超緊湊型解決方案，”PeterHaschkamp強(qiáng)調(diào)說。此外，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)也提供了動(dòng)態(tài)優(yōu)勢(shì)并實(shí)現(xiàn)了流型轉(zhuǎn)變。
　　
　　模塊化控制器簡(jiǎn)化了調(diào)試工作
　　
　　“模塊化的控制解決方案和單獨(dú)軸的簡(jiǎn)易更換對(duì)我們來(lái)說很重要。例如，這使得部分調(diào)試成為了可能;比如，我們能夠在軟件、硬件和機(jī)械裝置上并行工作，這使得我們能在短暫的時(shí)間段內(nèi)完成本項(xiàng)目，”PeterHaschkamp強(qiáng)調(diào)說。有了TwinCATNCPTP，就有可能“調(diào)試”整個(gè)表演秀，例如，可像電影一樣快進(jìn)和倒帶。這大大地簡(jiǎn)化了MKT的調(diào)試工作。如果單獨(dú)的序列段未能*令人滿意，那么MKT的工程師可以不斷地重復(fù)這個(gè)過程。正如PeterHaschkamp所強(qiáng)調(diào)的一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)：“使用其它的解決方案是不可能完成這項(xiàng)任務(wù)的，因?yàn)槟忝看伪仨殢囊婚_始便不斷地啟動(dòng)表演秀直到達(dá)到你想要的位置，這非常耗時(shí)。”
　　
　　Beckhoff的工業(yè)PCC6525非常適合安裝在狹小的空間內(nèi)，因此*該項(xiàng)目非常扁平的設(shè)計(jì)要求。由于選用了可選的SSD存儲(chǔ)介質(zhì)和被動(dòng)式散熱技術(shù)，C6525不包含任何旋轉(zhuǎn)組件。
　　
　　在Beckhoff的產(chǎn)品中，MKT公司找到了與機(jī)場(chǎng)航站樓天花板狹小安裝空間配合的緊湊型驅(qū)動(dòng)解決方案：EtherCAT端子模塊，與其無(wú)縫集成安裝的伺服端子模塊和AM3121緊湊型伺服電機(jī)。有挑戰(zhàn)性的是將重達(dá)30噸的*預(yù)裝設(shè)備運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)有建筑中。
　　
　　與過去MKT通過分散式硬件控制器實(shí)現(xiàn)的類似動(dòng)態(tài)雕塑相比，“雨之舞”則是通過*PC和軟件采用EtherCAT通信實(shí)現(xiàn)控制的。在早前的控制解決方案中，MKT將凸輪表函數(shù)本地存儲(chǔ)在驅(qū)動(dòng)器中，而現(xiàn)在凸輪表函數(shù)則由軟件執(zhí)行。這樣，*PC管理位置數(shù)據(jù)，并通過EtherCAT將其實(shí)時(shí)發(fā)送到軸。
　　
　　MKT選擇Beckhoff作為合作伙伴的另一個(gè)重要原因是因?yàn)锽eckhoff在的地位。Beckhoff不僅能夠讓來(lái)自德國(guó)威爾公司總部的專家陪同和支持項(xiàng)目。終端客戶還能得到新加坡Beckhoff子公司的現(xiàn)場(chǎng)支持和服務(wù)。