總部位于德國(guó)安貝格的 Baumann GmbH 專(zhuān)為汽車(chē)零部件供應(yīng)以及電子、制藥和醫(yī)療技術(shù)行業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)和制造交鑰匙自動(dòng)化系統(tǒng)。這些系統(tǒng)涵蓋從機(jī)器人工作站到全自動(dòng)生產(chǎn)線整線設(shè)備。產(chǎn)品系列中的模塊化測(cè)試系統(tǒng)是一種面向電池電芯、模組及電池包測(cè)試臺(tái)架以及電力電子設(shè)備等測(cè)試應(yīng)用場(chǎng)景的柔性解決方案。倍?；?PC 的控制技術(shù)為系統(tǒng)緊湊設(shè)計(jì)與開(kāi)放式架構(gòu)提供了核心基礎(chǔ)，尤其是 EJ 系列 EtherCAT 插拔式模塊 與 ELM 系列的 EtherCAT 測(cè)量端子模塊在系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　Baumann 自 2005 年起就一直采用倍?；?PC 和 EtherCAT 的控制技術(shù)作為其測(cè)試系統(tǒng)的核心解決方案。據(jù) Baumann 公司標(biāo)準(zhǔn)解決方案與產(chǎn)品負(fù)責(zé)人 Jörg Seybold 介紹，選擇該系統(tǒng)的決定性因素不僅在于其性能，更在于其多樣化的接口與開(kāi)放架構(gòu)，這種特性既能集成各類(lèi)測(cè)量設(shè)備，又能實(shí)現(xiàn)與上級(jí)系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)之間的高效通信。

　　01

　　汽車(chē)測(cè)試系統(tǒng)的特定要求

　　電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)不僅正在徹底革新汽車(chē)行業(yè)的生產(chǎn)工藝，更推動(dòng)著相關(guān)測(cè)試技術(shù)迎來(lái)一場(chǎng)顛覆性變革。Jörg Seybold 解釋道：“在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，以往開(kāi)發(fā)一款新產(chǎn)品往往需要?dú)v經(jīng)數(shù)年之久，而今，隨著電池技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)，汽車(chē)產(chǎn)品的迭代速度顯著加快，甚至達(dá)到了每季度更新一次的程度。這意味著我們必須為客戶開(kāi)發(fā)模塊化、可擴(kuò)展且具備快速適配能力的測(cè)試系統(tǒng)?；谏鲜霰尘罢Q生的 MTS 系統(tǒng)成功將完整的測(cè)試系統(tǒng)集成在一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的控制柜內(nèi)，意味著它能夠輕松取代需要多達(dá)五個(gè)控制柜的傳統(tǒng)系統(tǒng)。”

　　除具備占地面積小的優(yōu)勢(shì)外，MTS 系統(tǒng)還能幫助用戶節(jié)省大量時(shí)間：面對(duì)新的應(yīng)用場(chǎng)景，測(cè)試系統(tǒng)無(wú)需再花費(fèi)數(shù)周時(shí)間進(jìn)行升級(jí)改造。憑借基于 19 英寸抽拉式工業(yè) PC 實(shí)現(xiàn)的模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)以及即插即用功能，該系統(tǒng)系統(tǒng)能夠快速又靈活地響應(yīng)各類(lèi)變化。通常情況下，相關(guān)操作可由最終用戶自行完成，無(wú)需 Baumann 公司介入。“系統(tǒng)的測(cè)量范圍極為寬廣。在電流測(cè)量方面，其量程覆蓋了從幾微安至幾百安區(qū)間。電壓測(cè)量的量程范圍同樣廣泛，不僅能夠進(jìn)行 4.2 V 電芯電壓的精確測(cè)量，還可開(kāi)展 1000 V 范圍內(nèi)的相關(guān)測(cè)試，例如針對(duì)完整的卡車(chē)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)所進(jìn)行的測(cè)試。”Jörg Seybold 解釋道。

　　通過(guò) CP2924 多點(diǎn)觸控控制面板，急事是復(fù)雜的圖表和測(cè)試序列，也能在 24 英寸顯示屏上清晰呈現(xiàn)，同時(shí)支持按需手動(dòng)執(zhí)行測(cè)試任務(wù)

　　在 MTS 系統(tǒng)中，這一功能通過(guò) CCU（控制與通信單元）和 PDU（電源分配單元）這兩個(gè)基礎(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需求靈活選配 MDU（測(cè)量分配單元）、HVDU（高壓分配單元）以及 HCDU（大電流分配單元）組件，以確保系統(tǒng)能夠適應(yīng)多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景。此外，Baumann 還提供一套測(cè)試框架，用戶可輕松適配其個(gè)性化測(cè)試配方和測(cè)試序列，并通過(guò)倍福適合控制柜安裝的 CP2924 多點(diǎn)觸控控制面板實(shí)現(xiàn)便捷操作。該框架提供圖形化診斷分析功能、與 MES 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口、過(guò)程監(jiān)測(cè)功能等。

　　02

　　采用緊湊型高性能 I/O 模塊的控制解決方案

　　整套 MTS 系統(tǒng)控制技術(shù)與 Baumann 測(cè)試框架都運(yùn)行在搭載 TwinCAT 3 軟件的 C6032 超緊湊型工業(yè) PC 上。 Baumann 公司測(cè)量測(cè)試技術(shù)開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)人 Heiko Hochmuth 解釋道：“C6032 的主要優(yōu)勢(shì)在于其所需安裝空間極小且安裝方式靈活。對(duì)于 MTS 系統(tǒng)而言，安裝精度往往需要達(dá)到毫米級(jí)要求。”其同事，現(xiàn)任軟件測(cè)試系統(tǒng)部門(mén)主管的 Martin Lehmeier 補(bǔ)充道：“在軟件方面，TwinCAT 3 為我們帶來(lái)了多重優(yōu)勢(shì)，不僅提供強(qiáng)大的調(diào)試功能和豐富的功能選項(xiàng)，還支持多樣化的編程方式選擇（包括高級(jí)語(yǔ)言）。正是基于這些能力，我們才能成功構(gòu)建出當(dāng)前這套測(cè)試框架。”

　　EJ 系列 EtherCAT 插拔式模塊的應(yīng)用為 Baumann 帶來(lái)了顯著優(yōu)勢(shì)，Heiko Hochmuth 解釋道：“通過(guò)將 EJ 模塊安裝在客戶定制的信號(hào)分配板上，可構(gòu)建極為緊湊的 I/O 組。其次，這些模塊省去了復(fù)雜的布線需求，從而避免接線錯(cuò)誤及相關(guān)的故障排查，同時(shí)有效降低成本。所有 MTS 模塊都采用統(tǒng)一規(guī)格的信號(hào)分配板，并根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行適配性配置。這在簡(jiǎn)化倉(cāng)儲(chǔ)管理的同時(shí)，仍保持了必要的靈活性。”

　　此外，他補(bǔ)充說(shuō)明：相較于采用 EtherCAT 端子模塊的解決方案，該設(shè)計(jì)不再需要電纜槽，這有助于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的緊湊設(shè)計(jì)。Hochmuth 指出，MTS 系統(tǒng)中所使用的各類(lèi) EtherCAT 插拔式模塊中充分彰顯了基于 PC 的控制系統(tǒng)所具備的高度靈活性，例如：

　　•EJ1101-0022 EtherCAT 耦合器，

　　•EJ1809 16 通道數(shù)字量輸入模塊，

　　•EJ1859 8 通道數(shù)字量輸入和 8 通道數(shù)字量輸出混合型模塊，

　　•EJ2809 16 通道數(shù)字量輸出模塊，

　　•EJ3104（4 通道，±10 V）和 EJ3202（2 通道，熱電阻）模擬量輸入模塊，

　　•EJ1904（4 通道數(shù)字量輸入）和 EJ2914（4 通道數(shù)字量輸出）TwinSAFE 模塊，以及

　　•EJ6002 2 通道通信接口（RS232/RS422/RS485）。

　　Heiko Hochmuth 表示，倍福 I/O 產(chǎn)品的另一大優(yōu)勢(shì)在于 ELM 系列高精度測(cè)量端子模塊的應(yīng)用：“在 MTS 系統(tǒng)中，我們主要采用 ELM 電壓測(cè)量端子模塊，其配置可根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景適配 — 具備電氣隔離性能，最多可配置四個(gè)模擬量輸入通道，支持高達(dá) ±1200 V 的寬電壓范圍測(cè)量。ELM 端子模塊豐富的功能選項(xiàng)及多元測(cè)量能力顯著提升了我們的工作效率。此外，該模塊還具備極高的測(cè)量精度，即便處于高溫環(huán)境，仍能保持穩(wěn)定的性能表現(xiàn)。

　　同時(shí)，用戶可通過(guò)可選的附加參數(shù)實(shí)現(xiàn)靈活的數(shù)據(jù)預(yù)處理。如此強(qiáng)大的功能集成在一個(gè)高度緊湊的結(jié)構(gòu)中，可替代傳統(tǒng)分立式測(cè)量設(shè)備，顯著節(jié)省空間與成本，這種高效設(shè)計(jì)無(wú)疑會(huì)令測(cè)量工程師們心動(dòng)不已。”MTS 系統(tǒng)通過(guò)帶 ID 撥碼開(kāi)關(guān)和診斷功能的 EtherCAT 耦合器 EKM1101 連接，主要使用以下測(cè)量端子模塊：

　　•ELM3002-0000（2 通道），專(zhuān)為靈活測(cè)量 20 mV 至 30 V 內(nèi)的 11 種電壓量程而設(shè)計(jì)。

　　•ELM3002-0205（2 通道），用于電池和發(fā)電機(jī)的高壓測(cè)量，支持 ±60、360、600 和 1200 V 量程范圍，

　　•ELM3002-0000（4 通道），專(zhuān)為靈活測(cè)量 20 mV 至 30 V 內(nèi)的 11 種電壓量程而設(shè)計(jì)，以及

　　•ELM3102-0100（2 通道），用于電壓和電流測(cè)量，支持 +60 V 至 -20 mV 和 ±20 mA 量程范圍，每個(gè)通道的采樣率高達(dá) 20 kSps。

　　除了 EJ 模塊（右）和 EL 系列 EtherCAT 端子模塊外， MTS 系統(tǒng)還采用了 ELM 系列高精度 EtherCAT 測(cè)量端子模塊（左）；圖示為 MDU 模塊中的情況

　　該緊湊型 I/O 層可按需擴(kuò)展各類(lèi) EL 系列 EtherCAT 端子模塊。尤其是用于電力測(cè)量的 EL3443 3 通道模擬量輸入端子模塊（最大 480 V AC/DC，1 A）。它可以用于測(cè)量電流電壓值，以及有功功率、無(wú)功功率和視在功率及電能，同時(shí)支持功率因數(shù)（cosφ）、頻率、總諧波失真（THD）及諧波分析（最高 40 次諧波分析）。在 MTS 系統(tǒng)中，EL3443 實(shí)現(xiàn)了對(duì)并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)的詳細(xì)監(jiān)測(cè)。

　　關(guān)于德國(guó)倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專(zhuān)注于自動(dòng)化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國(guó)威爾市。作為全球自動(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動(dòng)者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場(chǎng)總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開(kāi)放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過(guò) 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

　　倍福于 1997 年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國(guó)內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽(yáng)能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國(guó)國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開(kāi)放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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