EtherCAT 是迄今为止速度最快的工业以太网技术。然而，Kraus & Naimer 凸轮控制器测试台的数据采集过程要求更短的总线周期。为了满足性能需求，倍福专家将原有的周期时间从 100 µs 缩短至 20 µs。

凭借超过 118 年的深厚行业积淀，Kraus & Naimer 已发展成为开关与凸轮控制器领域的全球标杆企业。除了种类繁多的标准开关产品之外，该公司还能为各类应用提供定制化解决方案，最多可以提供96个触点或者基于客户需求定制触点配置。“我们拥有单件定制专用凸轮控制器的能力，这也正是 Kraus & Naimer 的核心竞争力所在。”Kraus & Naimer 公司产品数据管理兼市场营销主管 Christoph Halbertschlager 强调道。Kraus & Naimer 位于魏克尔斯多夫的最大生产基地每日开关产量达 8000 个，产品范围涵盖从拥有数十个触点的紧凑型控制开关和负载开关，到专用于发电及和能源分配系统的大型装置。

每一个开关都要经过严格、全面的测试，并留存书面记录，即便是众多的定制型号也不例外。测试过程包括将开关固定于夹具中，通过脚踏控制让气动探针与触点相接触，随后使用集成有编码器的操作手柄在各个开关位置间进行切换。在开关过程中，信号曲线和旋转角度都会被精确记录下来。魏克尔斯多夫的 Kraus & Naimer 自动化技术主管 Ibrahim Podrimja 指出：“高分辨率采集多个输入和输出数据，对于精确测试开关操作的时序和角度位置至关重要。

标准组件助力快速采集信号

信号通过 CX2043 嵌入式控制器，8 个带快速输入滤波的 EL1018 数字量输入端子模块 (8 通道) 采集和 26 个带分布式时钟功能的 EL2202 数字量输出模块快速输出信号。运行过程中的开关位置通过带分布式时钟功能的 EtherCAT SSI 主站端子模块 EL5001 以 1°的分辨率进行检测。根据开关配置的不同，最多支持设置 24 个开关位置。在当前配置下，Kraus & Naimer 可实现最多 48 个触点（24 对触点）的测试能力。

测试过程中的难点在于如何快速精确地记录启动过程中开关状态的变化数据。“我们设定了极为严格的公差范围，要求触点必须在该范围内打开或关闭。”Kraus & Naimer 电气设计与软件开发专家 Gerald Platzkammer 解释道。为实现所需的高时间分辨率，团队与倍福的专家们携手合作，共同探索解决方案。

选择极速控制技术还是缩短总线周期？

项目初期，团队曾考虑采用 XFC 极速控制技术来满足系统对高时间分辨率的要求。尽管通过精确的时间戳来分配输入和输出在技术上是可行的，但在本次项目评估中，这种做法反而会增加分析过程的复杂性。“将 EtherCAT 周期时间缩短到 20 µs 效果更佳。”倍福奥地利分公司的销售代表 David Kittl 解释道。系统用两个总线周期完成输出设置和读回输入。“如果进一步缩短周期时间，将无法明确分配输入和输出。”Gerald Platzkammer 补充道。

在当前配置下，CX2043 嵌入式控制器通过 EtherCAT 总线，可在单次测试中完成 48 个触点约 83 万位数据的采集。当扩展至满配 92 个触点时，这一数字将跃升至约 300 万位。数据以数组形式传输至评估程序，程序会将其与目标开关程序及开关顺序进行比对。该评估程序基于 C# 语言开发，通过 ADS 协议从控制程序中调取数据，并通过 Web 服务平台，从 ERP 系统及各类数据库中获取订单专属的开关程序。“基于 PC 的控制系统的一个主要优势是，我们的软件只需稍作调整即可在倍福控制系统中继续运行。”专注于自动化解决方案软件实施的开发人员 Rainer Fraunschiel 说道。这使得 Kraus & Naimer 公司无需再在 ERP 系统和控制器之间配置额外的 PC 作为接口。“得益于快速总线周期和基于 PC 的控制系统，整个电气测试过程不超过 2 秒。”Ibrahim Podrimja 补充道。在测试过程结束时，系统会将完整的测试报告，连同每个开关的目标状态与实际状态对比数据一起存入数据库。

基于 PC 的控制系统取代传统的独立测量技术

在选用倍福作为自动化方案供应商之前，Kraus & Naimer 采用的是配备定制的插件卡的独立测量计算机。采用基于 PC 的控制解决方案后，公司成功实现了设备数量的大幅精简。“省去对额外 PC 的需求使我们既节省了空间又降低了成本。”Ibrahim Podrimja 解释道。“采用倍福的标准组件后，我们的独立性和自主性也显著增强了。”他进一步指出，销售团队凭借全面的产品线、强有力的技术支持和注重解决方案的服务模式，持续为今后的项目提供着重要保障。

TwinCAT 3 和结构化文本编程语言的选用带来了更多的技术优势。“我们成功提升了控制程序的智能化水平，并添加了一些以往难以实施的新功能。”Gerald Platzkammer 指出。基于 PC 的控制系统的开放式结构使用户能够根据需要选择任意可视化解决方案，并与 TwinCAT HMI 完美适配。Ibrahim Podrimja 表示，TwinCAT 的另一大优势是 TwinCAT 3 的普及性：“很多职校学生在培训期间就已学习使用 TwinCAT 3 进行编程，当我们聘用他们为控制工程师入职时，他们便已熟练掌握基于 PC 的控制技术。”他同时强调，软件文档和功能说明配有德语版本是另一个重要优势。

更多项目正在积极推进中

在持续推进装配自动化项目的同时，我们正以手动高端测试台架为起点，开启测量测试领域的合作。Kraus & Naimer 已制定全球部署计划：一方面在全球各生产基地增设多个测试站点，另一方面将对现有的全自动测试台架同步升级至倍福控制系统。自 2023 年秋合作启动以来，除测试站项目外，另有四个项目同期实施，目前新的装配自动化系统正处于规划阶段。“倍福的技术方案和公司规模与我们完美契合。”Ibrahim Podrimja 总结道。