能源與鋼鐵等行業中所使用的機械設備構造較為複雜，因此對投入使用的測量和分析係統的要求也相對較高。這不僅要求係統能夠快速、精確地進行數據采集，還要求係統設計盡可能靈活、具有可擴展性、注重成本效益以及節省空間。因此，Bonnenberg & Drescher 公司為其聲波測溫（AGAM）係統配備了倍福基於 PC 和 EtherCAT 的控製和測量技術。
AGAM 係統前：Bonnenberg & Drescher 公司總經理 Matthias Ritter 博士（左）和 Martin Brodeck 博士（右），以及倍福萊茵魯爾分公司負責人Ralf Stachelhaus（中間）
Bonnenberg & Drescher 公司總部位於德國亞登霍文，專注於生產工藝分析與優化，其產品主要應用於燃燒控製領域。公司成立於 1971 年，成立初期主要承接核電工程項目：包括冷卻係統及關鍵部件的設計與使用壽命的分析，以及核安全防護方案的製定與實施，如輻射防護、放射性物質的安全運輸以及核電環境排放監測。上世紀 80 年代，公司經營範圍擴大至傳統發電領域，尤其專注於燃燒工藝的分析與優化。自上世紀 90 年代初以來，公司一直采用 AGAM 係統實現上述目標，並將其廣泛應用於垃圾焚燒發電廠和高爐。
用於測量電廠鍋爐內氣體溫度的完整 AGAM 係統的示意圖
此款測量係統的物理原理非常簡單：qitizhongdeshengbosuduqujueyuqitiwendu，jiqitidewenduyuegao，shengbodechuanbosuduyuekuai。weilejingqueceliangqitiwendu，guolusizhoufenbuleduogechuanshengqi，tamenhuishengchengyigesuoyouzhuangzhitongshijieshoudexinhao，ranhoujianggaixinhaoyongyujisuanguoluneiqitideerweiwenduquxian。zhezhongfangfadeduteyoushizaiyutanenggouwufusheceliangqitiwendu，congeryouhuashebeishengchanliucheng，dadaoyixiaxiaoguo：
- 優化燃燒過程，減少燃料用量，並降低二氧化碳排放量
- 顯著減少設備腐蝕
- 提升設備產能和利用率（垃圾焚燒）
基於 PC 的控製技術取代專用產品，無需額外添加組件
過去，測量和分析係統的係統設置方式相當“傳統”：以 25 kHz 的采樣頻率（即 400,000 值/秒）最多可采集 16 個通道的測量數據，隨後這些測量值會由一個性能強大的服務器係統處理和歸檔（例如運用傅裏葉變換及關聯方法）。此外，還需要一個用於實現簡單自動化功能的 PLC 和各種專用產品，如用於高速、高確定性和高分辨率地采集模擬量信號（聲波）的模數轉換器。
而使用倍福基於 PC 的控製技術可以將所需的組件數量減少至隻需一個 CPU 係統。CX2062 嵌入式控製器搭載 Intel® Xeon® CPU（2.0 GHz 時鍾頻率和 8 核處理器），滿足了實現計算密集型分析應用的性能要求，必要時也可以搭載性能更強大的處理器。Bonnenberg & Drescher 公司認為，模擬量信號的快速、實(shi)時(shi)同(tong)步(bu)采(cai)集(ji)和(he)數(shu)字(zi)化(hua)處(chu)理(li)保(bao)證(zheng)了(le)分(fen)析(xi)係(xi)統(tong)的(de)質(zhi)量(liang)。采(cai)樣(yang)率(lv)越(yue)高(gao)，尤(you)其(qi)是(shi)時(shi)間(jian)分(fen)辨(bian)率(lv)越(yue)高(gao)，抖(dou)動(dong)就(jiu)越(yue)低(di)，通(tong)過(guo)傅(fu)裏(li)葉(ye)分(fen)析(xi)和(he)測(ce)量(liang)通(tong)道(dao)關(guan)聯(lian)性(xing)進(jin)行(xing)的(de)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)就(jiu)越(yue)精(jing)確(que)。這(zhe)正(zheng)是(shi) EL3702 EtherCAT 模mo擬ni量liang輸shu入ru端duan子zi模mo塊kuai發fa揮hui其qi作zuo用yong的de地di方fang，因yin為wei這zhe些xie端duan子zi模mo塊kuai具ju有you超chao采cai樣yang功gong能neng，即ji除chu了le每mei個ge現xian場chang總zong線xian周zhou期qi之zhi外wai，它ta們men還hai運yun行xing自zi己ji的de測ce量liang周zhou期qi，可ke以yi用yong它ta來lai對dui現xian場chang總zong線xian進jin行xing“超采樣”。EtherCAT的分布式時鍾意味著時間分辨率也非常精確（+/-20 ns）。此外，整個數據集以相同的精度與 EtherCAT 周期和 TwinCAT 軟件應用程序同步並添加時間戳。EL3702 EtherCAT 端子模塊的信號采集速度達到 100 kHz，且采用新係統後，通道的數量上限也將超過 16 個。
模塊化係統助力提升靈活性
ADS 路由是 TwinCAT 係統的通信中心。預處理的數據可以通過 ADS 路由提供給其它應用程序使用，這些數據再通過 ADS-DLL 傳輸到 AGAM 係統的 C# 環境中進行進一步處理。處理結果隨後再通過 ADS 傳輸回 TwinCAT 係統，並可通過 EtherCAT、PROFINET 和 Modbus 等常見的現場總線接口從 TwinCAT 係統傳輸至客戶係統，或作為客戶網絡中的可視化 Web 接口提供。
根據 Bonnenberg & Drescher 的應用經驗，係統的 I/O cengyefeichangrongyikuozhan。xianyouxitongkeyitongguojiandandichajiegengduodeduanzimokuaijinxingkuozhan，ranhouzhixuzairuanjianneixingchenggengduoxianyouruanjianmokuaideshili。daiguangxianjiekou（塑料、多模或單模光纖）的 EtherCAT 耦合器能夠進行遠距離測量並大幅減少模擬量接線工作，進而提升係統靈活性。
通過對等的控製係統進行質量控製
倍福技術的使用也使係統在質保方麵取得了顯著進步。對於必要的模擬，測量任務使用基本相同的對等係統實現：通過帶超采樣功能的 EL4732 模擬量輸出端子模塊產生的傳聲器數據模擬鍋爐上使用的組件，並在反方向相應生成 24 V 信號。每個測量係統在交付給客戶之前都要經過數天的耐久性測試。
改進後的 AGAM-Q1 係統也已於 2021 年正式投入使用，並已獲得德國萊茵 TÜV 檢驗機構的認證，適用於經過官方認證的設備溫度測量。EL4723 輸出端子模塊可用於實現符合相關法律法規的測量係統自檢。
過電流保護端子模塊節省空間和成本
EL9227-5500 電子過電流保護端子模塊主要用於它的規範使用：用帶 EtherCAT 接口的電子熔斷器取代傳統的熔斷器。這樣帶來的好處包括：
- 節省空間和成本
- 靈活配置脫扣電流、電流及電壓的預警等級、熔斷器特性、啟動行為等
- 完整的電流和電壓測量功能，作為 PLC 的循環過程數據（電源和負載診斷）
- 豐富的診斷功能，例如可以診斷觸發原因、用戶設置更改和日誌文件
此外，Bonnenberg & Drescher 還發現了另一個非常有用的應用場景：將電子過電流保護端子模塊用作具有測量和診斷功能的數字量開關輸出，即用於電磁閥。EtherCAT 端子模塊的測量功能可以通過趨勢線顯示開關點的電流和電壓特性，因此現在可以輕鬆、可靠地診斷各種閥門故障，比如電纜斷裂、線圈缺陷或閥門機械缺陷。
係統集成帶來明顯優勢
Bonnenberg & Drescher 公司總經理 Martin Brodeck 博士總結道：“測量數據的采集、存檔、分fen析xi和he顯xian示shi的de一yi體ti化hua為wei我wo們men帶dai來lai了le很hen多duo切qie實shi的de好hao處chu。標biao準zhun的de現xian場chang總zong線xian技ji術shu取qu代dai了le測ce量liang鏈lian前qian端duan使shi用yong的de專zhuan用yong電dian力li電dian子zi器qi件jian。這zhe樣yang可ke以yi保bao證zheng長chang達da數shu十shi年nian的de備bei件jian供gong應ying，並bing確que保bao我wo們men能neng夠gou持chi續xu參can與yu創chuang新xin，無wu需xu自zi己ji備bei貨huo。”
Martin Brodeck 博士提到的另一個重要方麵是：CX2062 嵌入式控製器可在全球範圍內長期供應，至少可以使用 10 年，隨後還可再享受 10 年的服務：“倍福在全球超過 75 個國家中有 40 家jia子zi公gong司si和he合he作zuo夥huo伴ban，我wo們men的de客ke戶hu可ke以yi從cong其qi中zhong任ren何he一yi家jia海hai外wai子zi公gong司si或huo通tong過guo其qi合he作zuo夥huo伴ban購gou置zhi這zhe些xie組zu件jian。整zheng個ge係xi統tong的de控kong製zhi過guo程cheng相xiang較jiao於yu以yi前qian得de到dao了le顯xian著zhu簡jian化hua，因yin此ci對dui我wo們men的de客ke戶hu來lai說shuo，係xi統tong更geng加jia可ke控kong。現xian在zai，在zai很hen多duo情qing況kuang下xia，客ke戶hu都dou能neng夠gou自zi助zhu服fu務wu，不bu需xu要yao我wo們men的de幹gan預yu。更geng重zhong要yao的de是shi，將jiang嵌qian入ru式shi控kong製zhi器qi用yong作zuo我wo們men的de平ping台tai基ji礎chu可ke以yi確que保bao自zi動dong化hua技ji術shu和he IT 技術的成功融合，為包括數據庫連接和網絡接口在內的計算密集型應用創造了寶貴優勢。”
關於德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注於自動化新技術的德資企業，創立於 1980 年nian，總zong部bu位wei於yu德de國guo威wei爾er市shi。作zuo為wei全quan球qiu自zi動dong化hua技ji術shu的de驅qu動dong者zhe，倍bei福fu定ding義yi了le自zi動dong化hua領ling域yu的de許xu多duo標biao準zhun，是shi國guo際ji標biao準zhun的de製zhi定ding者zhe和he推tui動dong者zhe。公gong司si所suo生sheng產chan的de工gong業ye PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控製係統，可為各個工控領域提供開放式自動化係統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作夥伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福於 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶於上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用於風力發電、半導體、光伏太陽能、電子製造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網於 2014 年成為中國國家推薦性標準，並已入編工信部的《國家智能製造標準體係建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基於 PC 的控製技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能製造奠定了堅實的技術基礎。
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