1、超高速、高精度數據通訊用于最先進的印刷應用

印刷業正面臨著全球范圍內的技術巨變挑戰。全球所有工業印刷機運營商正在尋求一個進入數碼噴墨印刷領域的契機。瑞士Wifag-PolytypeTechnologies公司成功開發了Calmar—用于各種商用噴墨打印頭的工業級控制電子設備。Beckhoff的EtherCAT和XFC極速控制技術為開放式高速控制平臺提供了堅實的基礎。如圖1所示。

傳統的大批量印刷方法，如凹印和卷筒紙膠印在經濟性上面臨著嚴峻挑戰；單張紙膠印現在還能對未來發展保持謹慎樂觀的態度。另一方面，數碼印刷前景看好，而其中噴墨印刷具有最大潛力。來自瑞士弗萊堡Wifag-PolytypeTechnologies公司數碼技術中心（DCC）的數碼印刷產品經理FlorianFassler確認了這一點。他說道：“作為全球三家最知名的制造商之一，原Wifag機械工廠主要研制生產報紙印刷機。由于當時很少有企業購買報紙印刷機，公司決定不再進一步開發針對這一領域的新機型。事實上，數碼噴墨印刷將成為Wifag-PolytypeHolding公司各部門的未來。”

據FlorianFassler判斷，數碼印刷面臨的主要挑戰一方面是如何提高靈活性，另一方面是如何提升印刷生產效率。只有在這兩者之間找到平衡，印刷機才能夠以盈利的方式朝著當前印刷材料個體化和個性化的趨勢發展。數碼噴墨印刷是一種矩陣印刷方法，生成一個由點矩陣組成的印刷圖像。這些矩陣印刷機在辦公室和家庭中并不陌生，它們被廣泛用作照片打印機。但這些設備的印刷速度比較慢，不適合用于工業印刷。

2、超高速技術用于敏感的印刷頭

噴墨印刷機的核心部分是印刷頭，使用印刷頭可以通過有針對性的墨滴噴射或偏斜生成印刷圖像。“印刷頭是一種商用系統，與我們的印刷機組和專用的Calmar電子設備連接。”FlorianFassler解釋道。印刷頭的接口相當原始。例如，沒有印刷頭會帶USB接口。Calmar項目組的特殊成就是實現了可用于所有印刷機械的工業級控制電子設備。

“市場上可以購買到的系統由非常復雜的電子系統構成。”FlorianFassler說道。“這些系統都是難以適應的，且調整也不是一個簡單的過程。最重要的是，它們并不一定適合產業整合。”于是，Calmar項目團隊計劃開發一個強大的可與現場總線集成的電子控制系統。這與開發一個使用簡單、靈活的產品平臺的目標不謀而合。

在評估階段，項目團隊決定集成Beckhoff的EtherCAT和XFC極速控制技術。FlorianFassler解釋道：“我們選擇Beckhoff及其EtherCAT的原因是因為該項技術具有良好的開放性。當我們三年前開始我們的開發活動時，沒有一個系統能夠像EtherCAT這樣具有高度確定性、高速以及開放性。該技術方案可以實施到一個FPGA中，EtherCAT通訊系統的集成和執行都很簡單。”如圖2所示。

3、從接口到自動化模塊

將EtherCAT和XFC集成到Calmar電子設備中的一個重要原因是總線和控制系統的運行速度非?？?。EtherCAT是一種具有短周期時間和高數據速率特點的高確定性操作總線。Beckhoff的XFC技術通過用于同步系統時間且最大偏差時間小于100納秒的分布式時鐘以及用于過程數據的高精度時間戳功能補充了這一功能。FlorianFassler說道：“對于印刷頭的同步，必須同時啟動所有相關的控制器。這意味著，每個控制器中的所有任務具有相同的時基并按照控制序列同時啟動。分布式時鐘系統確保所有設備能夠在一個周期內接收時間戳。2ms的周期時間通過系統同時產生。”

對于Calmar電子系統的集成，項目團隊在EtherCATIP核ET1810或ET1811基礎上創建了其自己的EtherCAT接口。這使得EtherCAT通訊和應用特定的功能都需要在一個FPGA上實施—都使用一個簡單、便利的方式，FlorianFassler這樣說道：“所獲得的工具可以輕松實現EtherCAT接口：這一切都有據可查。”其結果是非常成功的，Wifag-Polytype的Calmar電子系統現在擁有了一個靈活且堅固耐用的自動化模塊。FlorianFassler繼續道：“我們現在可以方便地給印刷系統設計一個配置程序，無論它是否有兩張、40張或甚至更多張Calmar卡?，F在，噴墨印刷機的設計和自動化改造變得更加簡單。此外，它還為我們提供了更多擴展診斷選項。最后，我們還擁有了一個非常適合工業應用的自動化模塊。”如圖3所示。

4、確保內部安全的同時保持對外部接口的開放性。

Calmar控制解決方案用作Wifag-PolytypeTechnologies公司數碼印刷機的自動化模塊，也可作為OEM業務模型框架內的一款單獨設備銷售。公司自己的專業知識也作為一項服務提供給OEM客戶。FlorianFassler解釋道：“PLC架構和源代碼對OEM客戶開放；Calmar專用的軟件庫以及控制室應用程序可以根據要求調整和擴展。連接外部世界的接口也是開放的，不管是連接到ERP、MES還是其它數據庫。”

Wifag-PolytypeTechnologies公司在Calmar項目組內的活動具有一致性：由硬件和軟件專家組成的團隊都要與.NET技術打交道。可視化系統基于集成有TwinCAT3的微軟VisualStudio®。“可能有部分人會認為VisualStudio®是一項新事物或者標準自動化的一項特殊應用，但對我們來說，它只是日常業務的一部分。我們的機器通過TwinCAT與使用.NET/VisualStudio®開發的控制室應用程序通訊?？刂剖覒贸绦蜇撠熖幚砜梢暬?。”FlorianFassler闡述道。