TwinCAT 3、Simulink® 建模和數位孿生技術助力實現織布機的現代化改造
Vandewiele 公司的 Zero Twist Feeder 織物送料機可以無扭曲地將絲帶紗運送到織布機上。這款設備的基礎是來自由比利時專家 Vintecc 提供的一款應用範圍廣泛的仿真模型，該模型已透過 TwinCAT 3 Target Simulink® 深度整合到倍福控制軟體中，讓紡織紗管的速度與夾持器運動精確同步。
Vandewiele 公司總部位於烏爾裡瑟港市（Ulricehamn），在全球織物送料機市場擁有超過60%的市占率，公司研發部門負責人 Pär Josefsson 介紹：「我們是這個利基市場中，一家規模較大的供應商。我們非常重視創新，這一點可以從我們的一百多個有效專利中看出。」然而，對於開發 Zero Twist Feeder ，Vandewiele 希望透過將模擬技術整合到設備控制器中實現新的突破，因此他們開始尋求外部的專業支持。最終他們找到了專業從事以模型為基礎的軟體開發商Vintecc 公司，其總部位於魯瑟拉勒（Roeselare），靠近 Vandewiele 母公司總部。這兩家開發合作夥伴一致認為，搭配PC -based控制技術的TwinCAT 3軟體是滿足該應用嚴苛要求的最佳解決方案。
目標是實現無瑕疵紡織面料
在將碳纖維、玻璃纖維或塑膠纖維織成絲帶紗時，供應的紗線扭曲或起球是最大問題之一，會導致面料出現瑕疵。 Pär Josefsson 認為，傳統的進線導絲裝置無法解決這個問題。「在這類設備中，必須以恆速引導絲線。但織布機在高速運轉時，往往會以非常不規則的間隔時間拉動紡織紗管。」
因此，Vandewiele 團隊從頭開始開發了一款設備。其想法是使用碳纖維機械臂作為絡筒機和夾持器之間的緩衝裝置。Pär Josefsson 解釋說道：「絡筒機勻速輸送紗線。然後，緩衝臂緩衝紗線，紗線連續地從絡筒機上鬆開，並使其始終處於張緊狀態。必須確保紗線張力保持完美平衡，張力既要足夠強才能避免紗線松垂，又要有足夠的彈性以防止紗線斷裂。然後，緩衝臂以合適的速度將適量的紗線送到織機上。」
模擬模型直接整合至控制器中
Vintecc 在相應的 Simulink® 模型中實施其豐富的建模專業知識，為這過程創建了一個控制器。專案經理 Brecht Vermeulen 解釋說道：「首先，我們創建了一個設備數位孿生模型，其中所有軟體都是使用 Simulink® 編寫。該模型包含多個子模型，每個模型代表設備設計的一個方面，如參數、安全、報警和 HMI。」Simulink® 與 TwinCAT 控制軟體的結合可以帶來特殊優勢，他認為：「不需要單獨的 PLC 代碼，而是使用 TwinCAT 3 Target for Simulink® 無縫整合、視覺化和直接調整模型，並自動無縫連接 I/O 和驅動器。無論是在模型中、在 TwinCAT 中還是在硬體中，參數的修改都會被立即輸送到一個非易失性存儲模組中。所有參數都以這種方式安全、可靠地存儲。這種深度整合只能夠過倍福平台才能實現。」
實施成功的決定性因素是所需的高精度。緩衝臂長約 650 mm，必須具有 ±1.5 mm的高精度，才能不斷實現完美的角度控制。在實際應用中，速度可以達到 850 公尺/分鐘。Brecht Vermeulen 解釋說：「因此，在生產開始之前，設備必須根據 Simulink® 模型以慢速運動執行兩個校準步驟，即校準絡筒機直徑和緩衝臂運動。這個步驟通過計算進料曲線以及進料裝置所需的實際速度和張力來實現。在整個插入週期中，模型還能夠根據兩個感測器的資料對絡筒機直徑的變化和機械臂的張力進行補償。」透過 TwinCAT HMI 可以方便地視覺化和分析整個過程和設備的性能。
據 Brecht Vermeulen 介紹，倍福工業 PC、高動態驅動技術以及性能強大的 EtherCAT 通訊系統和 I/O 端子模組與Zero Twist Feeder 尤為相得益彰：「AX8000 多軸伺服系統與 AM8000 伺服馬達和 EtherCAT 是滿足所需短週期時間的最佳組合。另一個重要因素是精確的驅動器增益調整，無論是在比利時還是瑞典，我們都可以依靠倍福完成這項工作。安全功能透過 TwinSAFE 直接整合在驅動器中，因此無需使用單獨的安全 PLC，這樣也可以提高設備的靈活性、節約成本。這個應用的優勢在於將 Simulink® 模型深度整合到 TwinCAT 中，不需要使用額外的硬體，即可進一步增強標準硬體的功能。」
虛擬調試
在Vandewiele公司的真實硬體上測試這些演算法之前，Vintecc 在比利時進行了各種模擬測試。他們使用 TwinCAT Scope 軟體示波器上顯示的測量值對每台原型機進行分析，以優化 Zero Twist Feeder 的機械結構。Pär Josefsson 總結說：「我們與 Vintecc 和倍福的合作非常順利。Vintecc 擁有高水平的建模知識水準，和他們溝通的過程非常簡單高效，因此我們能夠快速推進 Zero Twist Feeder 的開發工作。倍福瑞典分公司也給予我們大力的支持。這是我們第一次直接在設備控制器中實施模擬，而這也是達到預期效果的唯一途徑。目前，第一台 Zero Twist Feeder 已經交付給客戶，並證明了其價值 ，既有帶一個緩衝臂的單通道設備版本，也有帶兩個緩衝臂的緯線混合版本。」