Промышленная автоматизация выходит далеко за пределы традиционных производственных линий. Японский производитель кондитерских изделий Juchheim совместно с инженерной компанией Matsuura Denkosha реализовал роботизированную систему для автоматического производства традиционного японского Baumkuchen.
В основе системы используется технология Beckhoff PC-based Control — ультракомпактный промышленный компьютер Beckhoff C6030 с процессором Intel® Core™ i7, программной платформой TwinCAT 3 и сетью EtherCAT.
Особенность проекта заключается в объединении на одном промышленном компьютере классического PLC-управления и искусственного интеллекта.
Beckhoff C6030 для роботизированного производства
Автоматизированная установка включает три робота Theo, вертикальный робот с шарнирной рукой и конвейерную систему для перемещения емкостей с тестом и стержней.
Все основные компоненты системы управляются с помощью Beckhoff C6030 и EtherCAT.
Промышленный компьютер обеспечивает управление:
конвейерами;
роботами;
вращением печей;
дверцами печей;
приводами и электродвигателями;
датчиками и камерами;
другими элементами автоматизированной линии.
Компактные размеры Beckhoff C6030 позволяют экономить место в шкафу управления, а широкий выбор EtherCAT I/O упрощает подключение большого количества датчиков и исполнительных устройств.
TwinCAT 3 и EtherCAT для точного управления
Программная платформа TwinCAT 3 используется для реализации PLC-управления технологическим процессом.
Через EtherCAT система синхронизирует движения роботов, приводов и других механизмов. TwinCAT управляет конвейером, вращением печи и открыванием и закрыванием дверцы, обеспечивая точную координацию всех операций.
Использование EtherCAT также позволяет относительно просто изменять конфигурацию оборудования. Во время испытательной эксплуатации разработчики смогли оптимизировать расположение защитного светового барьера и конвейера без значительной переработки системы.
Beckhoff и искусственный интеллект на одной платформе
Одной из наиболее интересных особенностей проекта стало размещение AI-приложения и PLC-управления на одном промышленном компьютере Beckhoff C6030.
AI-модель анализирует состояние Baumkuchen во время приготовления. Для этого перед каждой печью установлены высокопроизводительные камеры, которые получают изображения поверхности изделия.
Изображения объединяются с данными других датчиков, включая радиационные пирометры. На основании этих данных AI-модель определяет состояние выпекаемого слоя теста.
Используемая модель на базе Convolutional Neural Network (CNN) первоначально обучалась в Python, а затем была реализована как Windows-приложение непосредственно на промышленном компьютере.
TwinCAT и AI-инференс в реальном времени
По мере приготовления Baumkuchen его диаметр увеличивается, поэтому изменяются расстояние до стенок печи и необходимое время выпекания каждого слоя.
AI-система анализирует изображения и данные датчиков в реальном времени. Когда слой достигает требуемого состояния, информация передается в систему управления TwinCAT.
После этого TwinCAT останавливает вращение заготовки и открывает дверцу печи, позволяя роботу извлечь изделие и продолжить технологический цикл.
Общее время от поступления данных в обученную AI-модель до передачи результата обратно в систему управления составляет примерно 100–200 мс.
Такой показатель стал возможен благодаря тому, что AI-инференс и PLC-управление работают на одной платформе Beckhoff C6030.
PC-based Control Beckhoff для автоматизации пищевого производства
Технология PC-based Control Beckhoff позволяет объединять функции промышленного контроллера, вычислительной платформы и Windows-приложений в единой системе.
В рассматриваемом проекте это позволило использовать один IPC одновременно для:
управления технологическим процессом;
работы TwinCAT PLC;
AI-инференса;
обработки данных с камер;
подключения датчиков;
удаленного обслуживания системы;
запуска собственных Windows-приложений.
Такой подход дает разработчикам большую свободу при создании специализированного оборудования.
Beckhoff для точного нанесения слоев теста
Еще одной задачей автоматизированной системы является равномерное нанесение теста на вращающийся стержень.
TwinCAT управляет положением и углом вращения стержня, обеспечивая нанесение одинакового количества теста для каждого слоя.
Для Baumkuchen это особенно важно: традиционная технология предполагает последовательное формирование большого количества тонких слоев. В рассматриваемой установке формируется до 13 слоев теста.
Автоматизация позволяет стабилизировать толщину слоев и одновременно сократить потери материала по сравнению с ручным процессом.
Beckhoff IPC для промышленного AI
Проект Juchheim демонстрирует возможности использования промышленных компьютеров Beckhoff для AI-приложений в автоматизации.
Вместо разделения AI-вычислений и управления оборудованием между разными платформами разработчики объединили эти функции в одном Beckhoff IPC.
Это позволяет сократить количество оборудования, упростить архитектуру системы и обеспечить быстрый обмен данными между AI-приложением и системой управления TwinCAT.
Гибкая автоматизация с TwinCAT и EtherCAT
Архитектура TwinCAT + EtherCAT позволяет не только управлять существующей системой, но и относительно просто адаптировать ее при изменении производственного процесса.
Во время пилотной эксплуатации Baum-Haus конфигурация оборудования неоднократно оптимизировалась. Изменения в расположении элементов линии и обновления программной части выполнялись с использованием гибкой инженерной среды TwinCAT.
Это особенно важно для специализированных машин, которые постоянно совершенствуются в процессе эксплуатации.
Beckhoff C6030 — промышленный компьютер для автоматизации и AI
Beckhoff C6030 в данном проекте выступает не просто как промышленный компьютер, а как центральная вычислительная платформа всей автоматизированной системы.
Сочетание Beckhoff C6030, TwinCAT 3 и EtherCAT позволяет объединить управление оборудованием, роботами, приводами и периферией с современными AI-приложениями.
Подобная архитектура может использоваться не только в пищевой промышленности, но и в других задачах промышленной автоматизации, где требуется одновременная работа PLC, высокоскоростной сети ввода-вывода, вычислительных приложений и систем машинного зрения.
Поставка оборудования Beckhoff
СнабЭкспрессЦентр осуществляет поставку оборудования Beckhoff для промышленной автоматизации, включая промышленные компьютеры, контроллеры, EtherCAT-компоненты, модули ввода-вывода и другие компоненты системы управления.
В том числе возможна поставка Beckhoff C6030, компонентов EtherCAT и оборудования для систем управления на базе TwinCAT.
Для проверки возможности поставки необходимо предоставить точную модель и артикул оборудования Beckhoff.
