Case Study

感应加热系统

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感应加热使用高频电磁场来加热导电材料（通常是金属），无需直接接触。当工件放置在通电感应线圈内时，涡流会在内部产生热量，从而使过程快速、高效和清洁。在含铁材料中，额外的热量是由磁滞产生的。通过调整频率和功率，操作员可以精确控制加热深度和强度。

该技术广泛用于需要持续的局部热量的应用：轴和齿轮的表面硬化、钎焊、退火、锻造、收缩装配，甚至半导体加工。它能够在不使用明火或全部分加热的情况下提供快速、可控的热量，因此非常适合高吞吐量、精密制造。

Solution

典型的多轴系统设置

我们客户的感应加热系统使用 RMP EtherCAT 主站和运动控制器协调多轴运动。通常，一个轴旋转工件以实现均匀加热，而另一个轴则沿其长度扫描线圈或零件。精确定时的淬火喷雾沿着线圈冷却该区域并达到所需的冶金效果。

在一次设置中，旋转的工件在固定的环形线圈中垂直移动。这种由 RMP 驱动的扫描器配置需要垂直轴和旋转轴之间的紧密同步，以实现一致的加热和精确的淬火。额外的轴可以控制载荷、线圈倾斜或其他运动。

感应加热的 I/O 和安全要求

客户的系统需要强大的 I/O 来实现过程控制和安全。温度反馈（通常来自线圈附近的红外测温计或光学传感器）可能超过 2200 °C，用于实时调整加热。

RMP 控制器使用数字输出来启动加热周期，使用模拟信号（例如 0—10 V）来调制功率，管理感应电源。精确的定时确保仅在正确放置零件时才加电，出现故障时立即停机或紧急停机。

安全联锁监控冷却剂流量、温度、压力和液位。任何问题（例如冷却液滴落）都会触发 RMP 停止加热和运动。门锁和面板联锁还通过 RMP 的安全逻辑激活紧急停止。尽管支持 FSoE，但该项目使用了单独的安全继电器，RMP 协调阀门、照明和警报器等设备的运动和 I/O。

为什么客户选择 RMP EtherCAT 运动控制器

高性能和同步
- 实时控制回路速率从 500 Hz 到 8 kHz。
- 通过 EtherCAT 分布式时钟实现亚微秒同步。
- 实现运动和 I/O 的精确协调——这对于扫描定时和激活淬火至关重要。
可扩展性
- 在单个 EtherCAT 网络上支持多达 128 个轴和 10,000 多个输入/输出点。
- 可以轻松地从小型机器扩展到大型多站系统。
- 基于轴的许可使其在低轴数系统中具有成本效益。
基于 PC 的开发
- 使用 C++、C#、Python 等进行完整应用程序开发。
- 实时引擎在专用 CPU 内核上运行；应用程序逻辑在非实时端运行。
- 允许使用标准开发工具集成数据记录、视觉系统和自定义 GUI。
跨平台实时操作系统支持
- 在装有 InTime RTOS 的 Windows 上运行，或使用 PREEMPT_RT 在 Linux 上运行。
- 我们在 Linux 上部署是为了避免许可费和利用开源工具。
- 操作系统灵活性意味着更好的面向未来的能力和更广泛的集成选项。
开放架构和设备兼容性
- 原生支持 50 多家供应商的 EtherCAT 设备。
- 可与第三方驱动器、I/O 模块和温度控制器配合使用。
- Open API 允许使用标准编程语言进行全面自定义，例如基于闭环温度的功率控制。

使用了高级运动控制功能

他们利用的一个关键功能是 流媒体运动轨迹。使用 RMP PT/PVT 模式（位置时间或位置速度时间），客户向扫描轴提供实时设定值，从而允许根据反馈进行动态调整的连续运动曲线。例如，如果红外传感器的加热速度快于预期，则它们会在周期中略微提高扫描速度。这种流式传输方法保持了流畅的运动，无需使用刚性、预定义的动作。

除了直播，RMP 还支持所有现代动作模式：点对点，速度控制，电子齿轮传动，凸轮，样条，以及多轴插值。虽然客户的系统侧重于线性扫描和旋转，但RMP可以轻松运行复杂的轮廓切割机 2D/3D 路径。RMP 可以执行 G 代码直接和混合模式——例如，在协调多个轴的同时流式传输自适应路径——使其成为高性能运动系统的理想之选。

客户还充分利用了 EtherCAT 分布式时钟 同步旋转轴和线性轴。和紧张不安在 1 微秒以内，客户实现了精确、同步的升温和一致的螺旋加热模式，没有偏差。他们使用 RMP 的运动分组，将加热使能信号与轴启动命令绑定，从而确保整个过程的完美时机。

另一个有用的功能是 RMP ”捕获” 和注册 功能，这使客户能够根据输入触发器锁定精确的编码器位置。在测试中，光电管检测到零件进入线圈，RMP记录了相应的位置以进行分析和潜在的运动调整，类似于包装或印刷中的注册标记。

实时 I/O 处理和安全集成

与运动控制同样重要的是 RMP EtherCAT 控制器的输入/输出处理。感应加热对时间敏感，因此快速的 I/O 更新和低延迟的反应至关重要，而且交付了 RMP。它支持以伺服循环速度更新的数千个 I/O 点。在其设置中，流量开关和急停信号等数字输入以 1-4 kHz 的频率读取，从而实现亚毫秒级的反应。

他们使用了 RMP 用户限制 用于对冷却剂流量输入实施实时监视程序的功能。如果流量下降，RMP 会立即触发 Axis Abort 和停止，在一个周期内停止运动并切断电源，无需等待 PC 应用程序。这种固件级别的响应通常属于安全PLC的领域，但是RMP是通过其处理的 RapidCode API。他们针对过温、压力和其他条件创建了类似的实时联锁，所有这些都在 RMP 的内部逻辑中进行管理，以实现快速、可靠的停机。

RMP 还擅长 时间同步数据采集。由于运动和 I/O 共享相同的 EtherCAT 网络，因此传感器读数本质上与运动定时保持一致。客户每隔几毫秒捕获扫描轴位置的温度数据，从而生成高度精确的热分布图。使用不同的系统要实现这种紧密同步要困难得多。

RMP 灵活的 I/O 映射非常有用。除了标准的EtherCAT I/O之外，客户还添加了一个智能的EtherCAT温度控制器模块，RMP可以像其他任何设备一样识别和管理该模块。

安全关机和恢复例程也很容易实现。客户为正常停车、故障和紧急停机定义了自定义行为。例如，在模拟功率损耗期间，RMP 检测到驱动总线电压下降，并使用储存的能量缩回线圈，这是更简单的系统无法应对的正常降级。RMP 还支持 安全关闭 (STO) 和 通过 EtherCAT (FSoE) 实现安全，他们计划在未来的修订中使用它，以加强安全整合。