ОткрепитьЗакрепитьЗакрыть

Центральный офис в России
ООО «Бекхофф Автоматизация»

Серебряническая наб., д. 29
БЦ «Silver City», 1-й этаж
109028 г. Москва, Российская Федерация

+7 495 419 07 44
russia@beckhoff.com
www.beckhoff.com/ru-ru/

22 мар. 2022 г.

Надежная и эффективная работа с высокопроизводительной технологией управления

Управление на базе ПК и EtherCAT повышают эффективность зарядно-обменной Swap станции

Китайская автомобилестроительная компания NIO поставила перед собой цель – предлагать высококачественные интеллектуальные электромобили и повышать уровень удовлетворенности клиентов. Этому содействует система энергообслуживания NIO Power, которая с помощью технологии управления на базе ПК от Beckhoff обеспечивает безопасную и эффективную эксплуатацию зарядно-обменных Swap станций NIO второго поколения.

Основанная в 2014 году компания NIO Inc. является международным поставщиком электромобилей, среди которых кроссоверы ES8, ES6 и EC6, седаны ET7 и купе ET5. Ассортимент включает также систему энергообслуживания NIO, которая на основе NIO Power Cloud предоставляет заказчикам комплексное обслуживание, включая сервис помощи на дороге, мобильные зарядные устройства, зарядные станции и зарядно-обменные Swap станции. Здесь используется технология управления на базе ПК от Beckhoff – Embedded PC CX5130, высокопроизводительная программная платформа TwinCAT 3, высокоскоростная промышленная шина EtherCAT и соответствующие модули ввода/вывода серии EL. С точки зрения NIO данная технология предлагает преимущества в области стандартизации, открытости и высокой совместимости в сочетании с оперативной и профессиональной технической поддержкой. Это обеспечивает надежную и эффективную эксплуатацию Swap станций.

Замена аккумулятора как альтернатива подзарядке на месте

Подзарядка на месте – в доме или офисе пользователя электромобиля – является основным способом зарядки электротранспортных средств. Однако обычно этот процесс занимает много времени. Хотя доля продаж электрических автомобилей класса NEV (Neighborhood Electric Vehicle – электрические транспортные средства, предназначенные для передвижения на небольшие расстояния) продолжает расти, особенно в Китае, потребители продолжают волноваться о пробеге автомобиля, мощности подзарядки и стоимости владения.

NIO – это пионер в области технологии экспресс замены аккумуляторов электромобилей, активно продвигающий данную модель в Китае. Компания с самого начала разрабатывала электротранспортные средства со сменным аккумуляторным блоком. Таким образом, возможна простая замена аккумулятора, стандартизация требований и строительство соответствующих станций замены аккумуляторов. По данным NIO, заказчики называют свои дома в радиусе 3 км от Swap станции «Houses in Electric Area» – дома в зоне размещения зарядной инфраструктуры. Чтобы к 2025 году достичь цели по обеспечению энергообслуживания для 90% заказчиков требуется расширить зарядную инфраструктуру: к концу 2021 года будет построено 700 Swap станций, а с 2022 по 2025 год ежегодно планируется строить более 600 станций. Ожидается, что к концу 2025 года общее число зарядно-обменных Swap станций NIO превысит 4000, включая приблизительно 1000 станций за пределами Китая.

Embedded PC CX5130 и подключенные EtherCAT-модули, используемые в текущей зарядно-обменной Swap станции NIO.
Embedded PC CX5130 и подключенные EtherCAT-модули, используемые в текущей зарядно-обменной Swap станции NIO.

Зарядно-обменные Swap станции NIO второго поколения, имеющие более чем 1400 патентов, обеспечивают оптимальную зарядку при которой время полной зарядки сопоставимо с продолжительностью воспроизведения одной песни. При каждой замене аккумулятора выполняется диагностика с тремя значениями силы тока для проверки состояния электротранспортного средства и аккумулятора. Для этого требуется только припарковать электромобиль на парковочной базе Swap платформы. После правильного размещения посредством системы позиционирования, электромобиль поднимается на определенную высоту с помощью подъемного механизма. Swap система извлекает новый аккумулятор из платформы зарядки, перемещает его под электромобиль, выполняет замену аккумулятора и транспортирует извлеченный аккумулятор в платформу зарядки. Мониторинг и управление всем процессом осуществляется с помощью управления на базе ПК от Beckhoff, а информация о текущем состоянии электромобиля и устройств в реальном времени передается в систему облачных служб более высокого уровня.

Высокопроизводительное оборудование и программное обеспечение с высокой скоростью обмена данными

Во втором поколении Swap станций компания NIO использует Embedded PC CX5130, программную платформу TwinCAT 3, EtherCAT-модули ввода/вывода и сверхбыструю систему обмена данных EtherCAT. Безвентиляторный монтируемый на DIN-рейку CX5130 с двухъядерным процессором обрабатывает сотни сигналов ввода/вывода и управляет многочисленными сервоосями Swap станции. 1-секундный UPS обеспечивает надежное резервное копирование постоянных данных в случае сбоя электропитания. Расширенный диапазон рабочих температур от -25 до +60 °C и расширенный диапазон температур хранения от -40 до +85 °C позволяют использовать его даже в сложных климатических условиях. Согласно NIO, TwinCAT характеризуется высокой степенью открытости и совместимости с другими системами. Допускается использование обычного программного обеспечения баз данных, которое хранит операционные данные Swap станции посредством TwinCAT Database Server. TwinCAT 3 интегрирован в Visual Studio® и поддерживает программирование в соответствии со стандартом МЭК 61131-3 с использованием C/C++ и MATLAB®/Simulink®.

Являясь модульной программной платформой с функциями PLC и NC PTP, TwinCAT предлагает интегрированное решение для ПЛК и управления перемещением в одном Embedded PC. Это ускоряет обмен данными между управлением перемещением и логическим управлением, делая его более прямым. TwinCAT NC PTP поддерживает стандартные функциональные блоки управления перемещением PLCopen, предлагая многочисленные функции, такие как многоосевая связь и дисковые кулачки с числом осей до 255. По мнению NIO, по сравнению с распространенными контроллерами перемещения управление на базе ПК отличается большей гибкостью и производительностью. Благодаря короткому времени цикла и высокой скорости передачи данных по сети EtherCAT обеспечиваются высокие требования к реальному времени и синхронизации для многочисленных сервоосей зарядно-обменной Swap станции. TwinCAT Scope View отслеживает и регистрирует все операционные данные в режиме реального времени в процессе замены аккумулятора, включая профили перемещения сервоосей, траектории и крутящие моменты.

Согласно NIO, EtherCAT-модули высокой плотности подключения (HD) EL1809 и EL2809 обеспечивают очень компактную схему размещения в шкафах управления Swap станции. Широкий спектр модулей ввода/вывода Beckhoff охватывает все требуемые типы сигналов. Как всемирно признанный стандарт обмена данными, EtherCAT обеспечивает не только быстрый сбор и вывод сигналов через различные интерфейсы в портфолио устройств ввода/вывода Beckhoff, но и простую интеграцию компонентов сторонних производителей. Гибкость выбора топологии сети позволяет использовать архитектуру «шина», «звезда» или «дерево».

Заключение

«На зарядно-обменной Swap станции NIO второго поколения необходимо отслеживать и контролировать сотни измерительных точек. Подъем автотранспортных средств, а также извлечение и установка аккумуляторов требует сложных процессов, таких как многоосное соединение и регулирование крутящего момента, а также удаленная загрузка и работа без присутствия оператора», объясняет Чжэн Фэйфэй, технический директор NIO Power. «Embedded PC CX5130 от Beckhoff с двухъядерным процессором и стандартной модульной структурой программной платформы TwinCAT 3 обеспечивают необходимую вычислительную мощность для выполнения нескольких алгоритмов управления и сбора данных для Swap станции. Можно интегрировать обычное программное обеспечение баз данных для хранения технологических данных высокого разрешения Swap станции. Многочисленные интерфейсы промышленных шин в дополнение к EtherCAT, например Modbus, обеспечивают высокую совместимость и упрощают интеграцию устройств сторонних производителей, таких как датчики. Метод обновления загрузочной программы обеспечивает простую интеграцию беспроводных систем (OTA), а также обновления из облака без перезагрузки Embedded PC. Возможность регистрации событий упрощает удаленный анализ и диагностику, избавляя наших сервисных специалистов от необходимости проведения работ на территории заказчика. Это экономит драгоценное время и снижает трудозатраты», заключает Чжэн Фэйфэй.