工程与农业机械迈向智能化

——－－贝加莱X90系列移动装备控制系统

机遇与挑战

随着劳动力成本的上升，以及生产效率提升的需求，农业和建筑业对自身设备的要求也与日俱增，自动化和网络化以及智能化需求成为行业发展的方向。从联合收割机到挖掘机，从消防车到多功能市政车辆，越来越多的自动化组件成为标准配置。几乎每一台移动车辆都装备了多个ECU、显示终端、传感器和其它辅助电子设备，面向移动商用设备的自动化技术正快速向前发展。

与传统的工业自动化相比较，移动自动化对产品在基本功能方面的要求并无特别。不管是用于控制喷涂机器人还是用于控制挖掘机铲斗，控制器还是那个控制器。其显著区别在于产品的安装和运行环境条件的不同。印刷机的控制器不需要进行高压清洗，而农用机械或工程车辆却要对此习以为常。移动自动化的产品必须面对严苛的工作环境，包括紫外线、极端温度、振动、冲击、盐雾、油污、凝露等。

图1 移动设备控制需要对抗更严苛的工作环境

工程机械智能化的需求

事实上，工程机械早已不像我们传统看上去的“傻大个”一样的机器，他们更为智能，以应对复杂的应用场景，这包括如图2所示的几个方面：

（1）智能算法：在不同的机型上，复杂的液压控制（液压机器人）、防倾翻、防摇、扭转控制，沥青摊铺设备还包括了找平、配料工艺等，这些都较之以往依靠人工经验而言，更为精细，高效。

（2）集群作业：公路已经由多机种协同作业，包括进度、车辆调度、实时工艺调整、路径优化等，可以通过无线通信网络对现场数据进行采集，并由中央调度系统给予作业指导。

通过数据采集，可以反馈大数据给OEM制造商，以使得其改变其机器的研发与制造环节的工艺水平。

图2-工程与农业机械的现场集群作业

早在2011年，贝加莱就将其常规的自动化专业知识和移动车辆及工程机械自动化方面的经验相结合，并得到日常的认可。如今，贝加莱公司针对移动装备所专门研发的具有创新意义的的X90移动控制和I/O产品线，更推动贝加莱在移动自动化领域内不断开拓疆土。

X90系统的核心是一个拥有强大ARM处理器和48个多功能I/O通道的控制器，涵盖了可用于CAN、USB、以太网和实时POWERLINK总线系统的接口，能够满足客户多样化的需求。

图3 移动装备智能化利器—X90

X90具有极其坚固的铸铝外壳，可安装四个扩展卡，灵活性高。另外还提供额外的I/O通道，多种I/O接口，如USB，CAN，RS485及RS232等。WLAN，篮牙，GPS等所需功能也尽将包含在其中。

四个扩展卡简化集成了贝加莱技术工具箱的功能，使用起来极其简单。例如，客户可以通过扩展卡的使用，简单快速地对智能环境监控系统进行配置。

图4 最多可安装四个选项卡，提供额外的I/O通道和接口

X90系列产品的接口均采用莫仕公司针对自动化ECU开发的标准连接器，完全可以应对严苛的工作环境。

图5 莫仕的标准连接器，满足严苛工作环境的要求

作为针对移动自动化开发的产品，X90必须能够应对最严酷的工作环境。-40℃到85℃的工作温度范围，高达50g的抗冲击力及5g抗震能力，让X90具有满足IP69K的高防护等级。加上耐盐，耐油，耐紫外线等特性，一切都不在话下。CE，Ex，Zone II，DNV?GL，SA等多个国际认证，更使得X90在严苛工作环境中的稳定工作能力值得信赖。

图6 重要的国际认证为X90的稳定性能背书

除了自身的特点，X90系统还兼具贝加莱自动化技术所拥有的所有优点。模块化的软件开发，集成的安全技术和丰富的排错选项，不仅大大节约开发时间，更能满足用户的实际需求。

完善的一站式移动自动化技术

X90的推出，让贝加莱在移动装备领域如虎添翼。X90系列产品将贝加莱在工业自动化领域积累多年的的优势引入了移动机械领域。通过Automation Studio，用户将体验到易于操作的开发环境，高性能的实时操作系统，以及现成可用的软件组件。从此，针对建筑机械，农业机械，林业机械及市政机械等的移动设备的自动化解决方案变得前所未有的简单。

图7 为建筑机械，农业机械，林业机械及市政机械等的移动设备提供完善的自动化解决方案

X90系列产品可以与贝加莱的其它系列产品无缝配合。采用Automation Studio的开发工具和实时的Automation Runtime操作系统，移动机械的生产商可以借助贝加莱在控制技术方面超过35年的专家经验，从全面诊断，完全集成到系统中的仿真，到基于HTML5网页技术的HMI解决方案和更高级的系统接口各方面获得竞争优势。

图8 贝加莱为移动自动化提供一站式技术

多年来，贝加莱一直致力于开发基于100%可扩展硬件的统一而全面的自动化解决方案。贝加莱的软硬件完全分离。应用软件一经开发，可在多个平台和多代硬件产品中重复使用，进一步确保了客户投资收益的最大化。

贝加莱自动化解决方案的一个突出特点在于mapp软件构架。预编程和模块化配置能够将软件开发效率平均提高67%。模块化、智能化的组件提供经过全面测试的功能，轻点鼠标就能得到一个完备的用户管理或能源监控解决方案。除了通用的mapp组件外，还推出了专用于移动自动化的组件mapp J1939。无需编写代码，就可以在贝加莱应用中集成所有类型柴油机的重要数据，如速度和柴油机温度，并准确地传送到应用程序中。

图9 mapp J1939组件让程序编写更简便

迈向智能时代的工程作业

智能时代的系统可以为用户带来的价值，这也是工业4.0所关注的理念，而通过X90，工程机械也可以实现现场数据采集、反馈给生产制造，延展其产品生命周期，以及业务模式的调整，尤其对工程机械领域遍布全球的现场设备而言。

（1）全生命周期的服务延伸

传统的机器销售之后仅提供有限的售后服务，但是，在智能时代，制造商可以通过一系列的服务能力来扩展到全生命周期的服务，通过这种竞争模式的转变，可以获得更好的用户体验、更为忠诚的客户以及售后服务阶段的增值。

基于大数据采集以及智能学习算法，我们可以为用户提供在操作方面的指导、控制工艺的优化升级服务、能源优化方案、工艺可以在线升级。也包括基于状态监测的维护，通过故障的采集来提供预测并早期预警。

（2）集群作业的管理与协同

对于协同而言，包括了路径的规划、车辆调度、协同中的作业负荷均衡与优化、作业工艺参数下达、气象/工况预警等与集群作业协同相关的服务，这些都是需要基于控制系统具有开放的属性，不仅提供控制，也具有网关互联集成能力、无线传输、IoT协议支持能力等。

X90支持CANopen、POWERLINK、OPC UA，满足在互联互通、语义互操作多个层级的集成能力。

图10-通过数据的采集与计算反馈实现优化与协同

（3）研发优化

对于机械制造商而言，基于大数据平台的反馈也可以为产品研发提供数据：

n  工艺的参数优化

n  机械的设计改善

n  操作习惯的改善

n  常见故障的处理与改善

图11-Automation Studio为工程机械智能化提供平台支撑

X90本身是一个产品，但是，与集成开发平台Automation Studio与贝加莱的APROL平台共同构成了为未来智能时代的工程机械领域提供了整体的方案集成。如图11所示，包括了智能算法设计、开放的互联、针对工程机械领域的软件集成（SAE 1939,ISO Bus和CAN,POWERLINK支持），云/边缘计算的计算采集与传输支持能力。