連通丹麥洛蘭島羅德比港與德國費馬恩島普特加登的費馬恩海峽隧道全長 18 公裏，預計將於 2029 年竣工，建成後，它將成為世界最長的沉管式隧道。為此，在羅德比港附近 150 公頃的施工現場，正在預製 79 個長約 220 米的標準隧道管節以及 10 個特殊管節。瑞士 Hebetec Engineering 公司與 Elpex 公司采用倍福的 EtherCAT 端子模塊和基於PC的控製技術，為這些重逾 7.3 萬噸的管節運輸過程提供自動化控製與安全護航。
費馬恩海底隧道采用與丹麥和瑞典之間厄勒海峽大橋相同的沉管隧道技術進行建造。該項目需要使用 79 個標準管節和 10 個ge特te殊shu管guan節jie建jian設she隧sui道dao基ji礎chu設she施shi。製zhi作zuo管guan節jie時shi，首shou先xian將jiang鋼gang筋jin連lian接jie成cheng籠long狀zhuang結jie構gou，並bing推tui入ru預yu製zhi模mo板ban中zhong。隨sui後hou在zai澆jiao築zhu車che間jian內nei進jin行xing混hun凝ning土tu澆jiao築zhu。待dai混hun凝ning土tu充chong分fen硬ying化hua後hou，部bu分fen拆chai除chu模mo板ban，將jiang首shou段duan 24 米長的管節移出，為下一個鋼筋籠騰出空間。
此過程循環重複，直至隧道管節的所有九個區段全部完成混凝土澆築，並依次移出車間，進入幹船塢。在那裏，217 米長的隧道管節通過密封隔艙完成密封。盡管每個管節重約 73,500 噸，但當船塢注水時仍可漂浮，並能被拖曳至港池。為確保項目能按計劃於 2029 年竣工，目前有五條生產線正同步進行標準管節的混凝土澆築作業。
01
精準快速移動巨型管節
在整個流程中，巨型隧道管節通過液壓支架調平後，由液壓千斤頂向前推移數百米。該方案由瑞士欣德爾班克的 Hebetec 公司研發，並與位於基爾希貝格的倍福解決方案供應商 Elpex 公司合作實現自動化。“將最終長達 200 餘米、寬 43 米的管節安全、精確地從混凝土澆築車間移運至港池，是一項真正的挑戰。”Hebetec 公司運營總監 Olivier Briguet 強調道。每條生產線由六個行程達 1.8 米mi的de雙shuang液ye壓ya缸gang驅qu動dong，這zhe些xie液ye壓ya缸gang安an裝zhuang在zai可ke移yi動dong框kuang架jia上shang，通tong過guo夾jia爪zhao緊jin貼tie在zai滑hua移yi梁liang側ce麵mian。六liu個ge液ye壓ya千qian斤jin頂ding均jun勻yun地di向xiang前qian推tui進jin管guan節jie，隨sui後hou鬆song開kai夾jia緊jin裝zhuang置zhi並bing回hui縮suo，在zai此ci過guo程cheng中zhong被bei向xiang前qian牽qian引yin，繼ji而er開kai啟qi新xin一yi輪lun循xun環huan作zuo業ye。
“滑移梁長約 400 米，當然並非完全筆直。”Olivier Briguet 指出另一個複雜因素。為消除混凝土內部應力，需使用數十個舉升油缸持續調整各管節的水平度。僅單個管節的調平作業就需要控製 36 台千斤頂，它們分為三組液壓係統協同工作。這樣不僅能夠補償 ±5 毫米的公差，還能通過減小接觸麵積將摩擦阻力降至最低。
“實際頂推所需的推力僅為液壓動力的 1.2%，顯著低於最初計算的 5%。這為隧道管節製造商 Femern Link Contractors 節省了大量能源成本。”
—— Elpex 公司副總經理
Urs Krähenbühl
在連續生產過程中，六台配備雙油缸的頂推裝置將隧道管節平穩推送數百米，使其通過狹窄的閘門進入幹船塢
ciwai，guanjiedezhonglifenbubingbujunyun。zaidingtuiguochengzhongbixukaolvzheyiyinsu，yifangzhisuidaoguanjieqingxie，jushengyougangdebutongmocazuliyetongyangxuyaonarukaoliang。zhiyoudangsuoyoudingtuizhuangzhi（千斤頂）施加相同的作用力時，隧道管節才不會偏離軌道。“為此，我們通過在每個調平油缸上安裝壓力傳感器來監測重量，並利用 TwinCAT 軟件控製液壓泵轉速以調節頂推力。”Elpex 公司軟件團隊負責人 Benjamin Schwab 解(jie)釋(shi)道(dao)。此(ci)外(wai)，隨(sui)行(xing)於(yu)管(guan)節(jie)控(kong)製(zhi)室(shi)內(nei)的(de)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)溢(yi)流(liu)閥(fa)進(jin)行(xing)幹(gan)預(yu)，單(dan)獨(du)調(tiao)節(jie)各(ge)加(jia)壓(ya)油(you)缸(gang)的(de)壓(ya)力(li)。為(wei)更(geng)好(hao)地(di)輔(fu)助(zhu)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)作(zuo)業(ye)，還(hai)專(zhuan)門(men)配(pei)備(bei)了(le)一(yi)套(tao)用(yong)於(yu)檢(jian)測(ce)並(bing)顯(xian)示(shi)方(fang)向(xiang)的(de)導(dao)向(xiang)係(xi)統(tong)。在(zai)建(jian)造(zao)車(che)間(jian)的(de)盡(jin)頭(tou)，43 米寬的管節必須盡可能筆直地通過相對狹窄的出口。
02
監測與控製站隨行作業
該項目采用大量 240 噸至 390 噸級千斤頂及液壓蓄能器，以滿足操作員對管節連續生產速率達 10 米/小時的要求。通過 CP2924 多點觸控控製麵板，操作人員可全程監控加壓、調平及導向操作。控製站設於小型集裝箱內，它與液壓蓄能器共同安置在隧道管節上隨之同步移動。
考慮到項目規模相當龐大，與之相匹配的控製組件在數量配置方麵也極為可觀：分布在總負載達 820 kW 的多個控製櫃中，安裝了大量模擬量 EtherCAT 端子模塊 (EL3024) 和數字量輸入/輸出端子模塊，用於采集所有信號並精確控製電機及液壓閥；係統還配備了多款電源端子模塊、集成標準與安全 I/O 的 EtherCAT 耦合器 EK1914；以及配備 TwinSAFE 邏輯的 EtherCAT 端子模塊 EL6910。控製器采用的是 C6030 超緊湊型工業 PC。
軟件團隊負責人 Benjamin schwab、副總經理 UrsKrahenbūhl（均來自 Elpex）與倍福利薩赫辦事處負責人 AndreasIsei（從左至右）
“粗略估算，我們鋪設了約 4.5 公裏供電電纜、3.5 公裏 EtherCAT 通信電纜及 67 公裏控製電纜。”Urs Krähenbühl 在概述項目規模時說道。“ EtherCAT 靈活的拓撲選擇為布線工作提供了極大便利。”軟件團隊負責人 Benjamin Schwab 補充道。這使得分布在隧道管節上的蓄能器可采用線型拓撲連接，而生產線上的頂推裝置則通過 8 端口 EtherCAT 拓撲擴展模型 CU1128 實現星型拓撲連接。”
03
EtherCAT 的靈活性與熱連接功能
“我們針對每條生產線都都進行了雙重規劃部署，因為當一個管節還在移出車間時，就必須同步啟動下一個管節的製作。”Olivier Briguet 解釋道。係統還必須能夠快速便捷地更換故障組件。“EtherCAT 熱連接功能為 Hebetec 和 Elpex 提供了所需的靈活性。”倍福利薩赫辦事處負責人 Andreas Iseli 證實道。基於此需求，Elpex duiyougangyuxunengqideduozhongchayihuazuhejinxinglepeizhi。zheshideanzhuangrenyuannenggoucongcangkuquchusuoxuzujian，zaikaishixinguanjiezuoyehuochuxianguzhangshi，jiangzhexiezujiananzhuangdaochanxianshang，bingtongguolianjieqiwanchenglianjie。
04
EAP 與交叉通信助力實現安全方案
“鑒於設備非永久固定安裝，且幾乎可以任意組合連接，因此我們還需要一種通用的安全應用解決方案。”Benjamin Schwab 指出這一項目的特殊之處：典型的安全控製係統通常需要明確指定的配置。而此項目中使用的安全控製必須在啟動時自動識別設備組合，並與 HMI 上的預設配置進行比對。“通過熱連接功能，我們在安全部分同樣實現了這種靈活性。”Benjamin Schwab 表示。然而由於設備組合數量龐大，需要配置的 TwinSAFE 組數超出了單個 EtherCAT 端子模塊 EL6910 支持的範圍。Elpex 通過增配第二個 EL6910 端子模塊輕鬆解決了這一問題，該端子模塊通過 EtherCAT Automation Protocol（EAP）與另一個 TwinSAFE 端子模塊通信。“倍福公司應用工程師 Hans Baumberger 在實現交叉通信的過程中為我們提供了大力支持。”Benjamin Schwab 回憶道。
盡管控製組件數量極為龐大，Elpex 公司僅耗費了 1800 個工時就完成了基於 TwinCAT 的開發與編程工作。EtherCAT 在配置、測試及調試海量液壓閥與其它組件過程中同樣表現出色，使設備調試時間縮短至約 300 工時。“基於 PC 的控製技術和倍福公司無疑是這一獨特項目的完美技術方案與理想合作夥伴。”Urs Krähenbühl 總結道。
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1980nian，zongbuweiyudeguoweiershi。zuoweiquanqiuzidonghuajishudequdongzhe，beifudingyilezidonghualingyudexuduobiaozhun，shiguojibiaozhundezhidingzhehetuidongzhe。gongsisuoshengchandegongye PC、I/O 和現場總線組件、驅動技術、自動化軟件、無(wu)控(kong)製(zhi)櫃(gui)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)以(yi)及(ji)工(gong)業(ye)圖(tu)像(xiang)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)既(ji)可(ke)作(zuo)為(wei)獨(du)立(li)的(de)組(zu)件(jian)使(shi)用(yong)，也(ye)可(ke)將(jiang)它(ta)們(men)集(ji)成(cheng)到(dao)一(yi)個(ge)完(wan)整(zheng)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)，適(shi)用(yong)於(yu)各(ge)個(ge)行(xing)業(ye)領(ling)域(yu)。經(jing)過(guo)40多年的發展和努力，倍福已在世界各地設立40家分支機構，加上全球的合作夥伴，業務遍及75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350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半導體、光伏太陽能、風力發電、鋰電池製造、電子製造、汽車製造、機器人、數控機床、包裝機械、煙草機械、塑料加工、物流輸送、流程工業以及智能建築等眾多領域。
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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