PC-based Control Beckhoff для инфраструктуры электромобилей NIO
Китайский производитель электромобилей NIO развивает собственную систему энергетических услуг NIO Power, включающую зарядные станции, мобильные зарядные автомобили, сервисные команды и станции автоматической замены аккумуляторных батарей.
В станциях замены аккумуляторов второго поколения NIO применяется комплексная система автоматизации Beckhoff, включающая Embedded PC CX5130, программную платформу TwinCAT 3, высокоскоростную сеть EtherCAT и EtherCAT-клеммы серии EL.
По оценке NIO, решения Beckhoff обеспечивают стандартизацию, открытость и высокую совместимость системы управления, а также позволяют надежно и эффективно управлять сложными процессами автоматической замены аккумуляторов.
Автоматическая замена аккумулятора как альтернатива зарядке электромобиля
Зарядка электромобиля непосредственно на зарядной станции остается основным способом восстановления запаса энергии, однако этот процесс может занимать значительное время. Поэтому NIO рассматривает автоматическую замену аккумуляторной батареи как эффективную альтернативу традиционной зарядке.
Электромобили NIO изначально разработаны с отдельным аккумуляторным блоком, который можно быстро заменить. Такой подход позволяет стандартизировать батареи и создавать автоматизированные станции замены аккумуляторов.
Станция второго поколения выполняет весь процесс автоматически. Электромобиль устанавливается на специальную платформу, после чего система позиционирования определяет правильное положение автомобиля. Подъемное устройство поднимает автомобиль на необходимую высоту, а механизм замены извлекает заряженную батарею из зоны хранения и устанавливает ее под автомобилем.
После демонтажа разряженная батарея перемещается на зарядную платформу для последующей зарядки.
Все операции контролируются системой Beckhoff PC-based Control. Одновременно информация о состоянии автомобиля, аккумулятора и оборудования передается в облачную систему NIO Power для централизованного мониторинга.
Embedded PC Beckhoff CX5130 и TwinCAT 3
В станциях автоматической замены аккумуляторов NIO второго поколения используется Beckhoff Embedded PC CX5130 в сочетании с TwinCAT 3 и EtherCAT-клеммами.
Компактный безвентиляторный CX5130 с двухъядерным процессором устанавливается на DIN-рейку и обеспечивает обработку сотен сигналов ввода-вывода, а также управление многочисленными сервоприводами станции.
Система рассчитана на эксплуатацию в широком диапазоне температур:
рабочая температура: от –25 до +60 °C;
температура хранения: от –40 до +85 °C;
встроенный ИБП обеспечивает сохранение постоянных данных при кратковременном отключении питания.
TwinCAT 3 объединяет функции PLC и Motion Control на одном Embedded PC. Это позволяет обеспечить быстрый обмен данными между логикой управления и системой управления движением без необходимости использования отдельных контроллеров.
Платформа Beckhoff TwinCAT 3 поддерживает программирование по IEC 61131-3, а также C/C++ и MATLAB/Simulink и интегрируется со средой Visual Studio.
EtherCAT обеспечивает высокую скорость и точность управления
Для станции замены аккумуляторов необходимо одновременно управлять большим количеством приводов и контролировать многочисленные датчики и исполнительные механизмы. Поэтому высокая скорость обмена данными и точная синхронизация имеют принципиальное значение.
EtherCAT обеспечивает необходимую производительность коммуникации и позволяет синхронно управлять многочисленными сервоприводами станции.
Функциональность TwinCAT NC PTP включает стандартные PLCopen Motion Control, многокоординатное управление и электронные кулачки с поддержкой до 255 осей. Это позволяет реализовать сложные алгоритмы движения, необходимые для позиционирования автомобиля, подъема кузова и точного извлечения и установки аккумуляторной батареи.
С помощью TwinCAT Scope View можно в режиме реального времени контролировать и регистрировать параметры процесса замены аккумулятора, включая профили движения сервоприводов, траектории и крутящие моменты.
Компактные EtherCAT-клеммы Beckhoff
Для организации большого количества сигналов в шкафах управления NIO используются высокоплотные EtherCAT-клеммы Beckhoff EL1809 и EL2809.
Компактный форм-фактор позволяет уменьшить занимаемое оборудованием пространство в шкафу управления. Широкий ассортимент EtherCAT I/O-модулей Beckhoff позволяет подключать различные типы датчиков и исполнительных устройств.
EtherCAT также упрощает интеграцию компонентов сторонних производителей и обеспечивает гибкость при построении сетевой архитектуры. В зависимости от требований оборудования возможно использование линейной, звездной или древовидной топологии.
Надежное управление сложными процессами
Станция автоматической замены аккумуляторов NIO должна одновременно контролировать сотни параметров и выполнять сложные механические операции. Подъем автомобиля, извлечение аккумуляторной батареи, установка нового аккумулятора и контроль момента затяжки требуют точной синхронизации нескольких осей.
Комплекс Beckhoff CX5130 + TwinCAT 3 + EtherCAT позволяет объединить PLC, Motion Control, сбор данных и диагностику в единой системе управления.
Дополнительные коммуникационные интерфейсы, включая Modbus, упрощают подключение стороннего оборудования. Возможность интеграции баз данных позволяет сохранять большие объемы технологической информации о процессах замены аккумуляторов.
Важным преимуществом является возможность удаленного обновления программного обеспечения и интеграции с OTA-системами. Функции регистрации событий также помогают выполнять удаленную диагностику и анализ неисправностей без обязательного выезда сервисного специалиста на объект.
Beckhoff — автоматизация станций замены аккумуляторов электромобилей
Применение Beckhoff PC-based Control, Embedded PC CX5130, TwinCAT 3 и EtherCAT позволяет NIO реализовать высокопроизводительную и масштабируемую систему автоматизации станций замены аккумуляторов.
Решения Beckhoff обеспечивают высокую скорость обработки данных, точное управление сервоприводами, синхронизацию сложных движений, удаленный мониторинг и диагностику оборудования.
Такой подход позволяет создать надежную автоматизированную инфраструктуру для электромобилей, в которой Beckhoff выступает не только как поставщик отдельных компонентов, но и как основа единой системы управления сложным технологическим процессом.
