基于 PC 控制技术的的智慧城市解决方案
目前，全球超过 50% 的人口居住在城区人口 100 万以上的大城市中，预测表明，到 2050 年，这一数字将上升至 75%。最终这些城市的能源消耗将占全球消耗总量的四分之三，因此，必须实施新的城市规划方案，以减少二氧化碳排放量并确保地区的可持续发展。这就是智慧城市系统的用武之地，它可以带来诸多好处，包括环保、稳定的电能供应、智能楼宇自动化、推动新的移动出行方案、提升交通运转效率以及公共安全保障水平等。
在这种情况下，科技不仅应该被视为城市发展的主要驱动力，而且还应该被当作实现城市可持续发展，并且提升居民生活品质和幸福感的一种重要手段。这需要仔细考虑可行的解决方案，从将公共交通与机动化和非机动化私人交通整合于一体的智慧交通解决方案，到建筑可持续运行，以及高效的给排水工程。数字网络还支持整合发电和储能系统，这反过来又可以极大地促进电网的稳定性。把智慧城市带入生活的另一个阶段是基于空气质量、电能和水质等真实数据，实现政府部门的数字化转型，让相关负责人员能够对所有情况一目了然并迅速做出决策。
我们的 PC 控制技术基于开放式标准，为实现建筑、基础设施项目、给排水处理设施以及电能供应系统的数字化发展提供了理想基础。连续的数据记录和评估可以产生有价值的信息，以推动城市空间的智慧创新运营，包括高效、可靠地运行建筑（通过电能监测和预测性维护等解决方案），建立可靠的电能供应（通过智能电网）和交通流优化等重要因素。
基于 PC 的控制技术可为您带来巨大优势：
- 一体化软硬件平台适用于所有技术系统
- 开放式通信系统支持 BACnet 和 OPC UA 等常用协议
- 支持用于边缘控制和云计算概念的标准
- 出色的节能潜力
- 将测量技术集成到自动化系统中
- 降低硬件、软件和运营成本
- 通过预定义的软件模块降低开放成本
- 能够随时灵活调整和扩展系统
- 我们合作伙伴为您的解决方案提供支持
智能自动化解决方案助力提升城市能效和居民生活品质
建筑可持续发展和智能自动化
建筑全寿命周期所消耗的能源占全球能源消耗的 38%，建筑业已成为碳排放的主要来源（2020 年全球建筑行业形势报告）。如果想要实现各个国家共同商定的气候目标，我们就必须大幅减少这一排放量。智能楼宇自动化和数字化转型战略是实现智慧城市解决方案的关键要素之一。
作为基于 PC 控制技术的先驱，我们多年来一直是地产商的合作伙伴。我们的系统集成楼宇自动化解决方案可以助力实现智能建筑可持续发展以及节能减排。包括暖通空调、照明控制和幕墙控制、房间自动化和视听多媒体技术以及远程维护和云连接在内的所有楼宇系统都被整合在同一个基于 IT 和 PC 的集成式自动化平台中。对建筑内各种功能的数据评估和分析工作既可以在现场控制系统本地进行，也可以在云端进行；边缘计算和云计算方案可以根据需要进行组合。
通过将各种楼宇控制系统集成到我们基于 PC 的中央自动化平台中，建筑之间以及街道之间可以相互联网，并整合到可持续的智慧城市解决方案中。由于所有的功能都基于软件实现，因此可以轻松适应未来扩展。倍福控制技术的可扩展性和模块化设计意味着 I/O 系统可以根据需要进行扩展，如果需要添加新的楼宇控制功能，软件模块也可以沿用。这种灵活的可扩展性对于改造现有建筑特别方便，并为实现面向未来的经济高效的解决方案奠定了基础。我们的控制系统具有互联互通性，便于实现与现有结构以及设备之间的通信。
基于 PC 的控制技术的具体应用：
通过创新的移动出行解决方案实现城市可持续发展
移动出行在提升城市经济实力和生活品质方面发挥着关键作用。但随着城市化进程的推进和气候的变化，交通基础设施的承受力也达到极限。考虑到这一点，我们需要实施基于需求、可持续的智慧交通解决方案，不仅要注重减少二氧化碳排放量，还需要注重提升城市居民的生活品质和道路安全。
这些解决方案包括转换为使用电动车，其中包括相应配套的基础设施；公共交通与非机动交通的扩张和联网；避免拥堵的智能交通管理，以及高效的停车位管理。我们的控制技术已经在很多这样的方案中得到应用，例如，在涉及到采集实时数据以控制可变信息标志或车位引导系统时。在这些情况下需要使用高速和高精度的控制系统，才能够与不同的公共服务系统通信。比如智能交通管理中的隧道自动化，包括交通信号控制、通风和照明控制以及监控摄像机的集成，从而能够实时查看隧道内的交通拥堵情况。通过自动化系统采集所有可用的数据，可以生成一张精确的交通导航地图。
我们的技术也可用于电动车整车生产，以及跨站点电动车充电过程监测及计费控制。例如，分级供电系统可以防止当某个停车场的所有充电桩同时运行时电网负荷太大。基于 PC 的控制技术非常适合用于这种应用场景，它既可以与移动设备联网，也可以在云端采集和分析大量数据。
基于 PC 的控制技术的具体应用：
物流业务流程的数字化转型助力提升利润率和能源效率
对现代物流业务流程提出高要求：随着线上购物需求日益增长，物流配送中心既要确保及时可靠地配送货物，同时还要提供最大程度的定制化服务，确保送达速度。因此，物流行业很早就开始朝着数字化、网络化和自动化趋势迈进。
倍福基于 PC 的控制技术具有良好的开放性，能够通过内部物流、生产及零售的互联互通优化整个物流过程。多年来，我们一直活跃在物流行业的各个领域，是很多大型连锁超市及其仓储物流中心的合作伙伴。通过硬件和软件的标准化接口，可以轻松地将控制技术集成到新的或现有的系统结构中，为确保高效和可靠的订单处理奠定了基础。
城市物流助力减少交通流量和碳排放量
城市物流是以城市为主体，围绕城市的需求所发生的物流活动，物品在城市内部的实体流动，以及城市与外部区域的货物集散，目标是在不影响供应质量的情况下，减轻城市基础设施的负担。运营组织优化和设备利用率的提升可以减少城市地区的派送次数，同时可以使用全电动车或货运自行车将货物派送至位于市中心的收件人手中，有助于减少碳排放，并进一步减轻城市基础设施的负担。
若要让城市物流高效运作，需要实现所有参与运输的公司和业务流程的网络化，以及将所需信息进行数字化处理。我们的自动化技术不仅能够确保包裹顺利到达车辆，而且可以提供不间断的冷链物流。此外，它还能够通过智能地将包裹切割成最优尺寸，确保货物占用更少的运输空间，从而减少碳排放，节约资源。
智能环保的废弃物物流
由于全球废物产生量呈稳步上升趋势，可持续的废弃物物流也变得日益重要。废弃物物流包含了从可回物的分离和以最优路线收集到废弃物的分类和处理或回收等所有流程。大体上说，其目标是通过数字化和网络化方式优化所有流程，以节约资源，并减少二氧化碳排放。
例如，可以通过使用传感器监测哪些公共垃圾桶已经装满，实时优化垃圾收运路线，因为垃圾桶只有在快装满时才需要被清理运走。智能垃圾处理解决方案也越来越多地被整合到楼宇管理中：从传感器监测垃圾桶到根据实际使用时间动态自动控制清洁过程。来自各个设备的数据被存储在本地或云端进行处理。在众多试点项目中使用的地下管道式垃圾收集、压缩和处理系统，也为废弃物物流带来更大的节能减排潜力。
基于 PC 的控制技术的具体应用：
数字化、网络化确保高效的能源供应
利用面向未来的控制解决方案优化能效和过程效率是实现城市生态环境可持续发展的关键因素之一。基于智能网络的高效解决方案在我们的视线中随处可见：从分散式风电、光伏或沼气厂和水力发电站的可持续能源供应，到智能储能系统和区域供热系统的控制。
来自可持续能源的分散式和不定期的能源供应以及双向能源流动，都需要智能联网发电和储能系统以及用电设备，即智能电网。通过馈送能源信息能够对电网的变化迅速做出响应，更重要的是，智能电网还能够协调需求和发电调度。除了向用电设备传输信息之外，还需要及时记录用电信息，并通过智能电能计量系统快速传输给能源网络。
作为风电行业和光伏行业的长期自动化合作伙伴，倍福在高速风场网络监控、FLISR、分布式故障定位、隔离及供电恢复、电压与无功补偿以及电能质量监测方面拥有丰富的经验。我们可以提供各种高性能的自动化组件以及 EtherCAT 高速现场总线，可为电能测量和确保电网稳定提供良好的基础。
智能储能系统的自动化也提出了很多复杂的要求，它不仅要在可持续电能馈入电网时补偿频率波动，而且还要在生产负荷较大时为电网提供技术支撑。这就要求在连续采集和监测电能数据的基础上，利用远程控制协议进行高速通信，优化储能管理。我们的控制技术支持所有常见的通信标准。全面的测量模块系列能够可靠地采集温度、压力和流量等数据。状态监测和电力监测功能也可以通过相应的接口集成到自动化平台中，为预测性维护以及分析原始电流和电压数据提供依据。
基于 PC 的控制技术的具体应用：
高效、可持续的水供应
水资源管理领域的规划人员及工程师们正面临如何在确保干净饮用水供应的同时，进行可靠的废水处理的挑战。随着全球人口的不断增长和人口结构的变化，人们越来越关注水资源的可持续发展以及废水处理效率的提高。而现有的基础设施往往已经达到了自身的极限，必须对部分老旧的系统进行改造，并测试新方法。由于近年来针对水资源管理开发了多种用于解决特殊问题的专用设备，需要适应不同的通信通道、控制系统和设备，因此复杂性非常高。此外，还必须这对各种不同的软件包进行调整，如本地可视化、现场数据记录器或中央控制和操作管理系统。
我们的基于 PC 的控制技术为此提供了理想的解决方案。它适合用作一个集成式控制平台，既适用于集中控制污水处理厂，也适用于分布式控制水井、泵站、雨水溢流池、水塔、沉沙池、预处理、机械方式净化和生物净化、污泥处理和二次澄清池等各种水处理分站。由于我们的 PC 控制系统具有多样化的软硬件接口，支持将所有常见的通信媒介和标准（例如通过 OPC UA ）用于更高级别的过程级控制，以及现场级控制。远距离通信通过云服务、调制解调器、无线电、PC 网络或移动网络实现。基于 PC 的自动化平台的良好开放性也使得它能够快速适应现有的系统，从而能够轻松实现设备改造来提高能源效率。
基于 PC 的控制技术的具体应用：
旅游业可持续发展
就全球而言，旅游业已经发展成为世界上最大产业之一，并且是促进经济增长、创造就业的主要动力。旅游业的发展也让生态环境遭到很大破坏，为人们所诟病，因此旅游业也迫切需要数字化转型，推动社会经济的可持续发展。自 2019 年起，欧盟委员会每年会授予两座城市“欧洲智慧旅游之都”的称号。此奖项主要颁发给在旅游业的可持续性、数字化、创新性和包容性解决方案方面表现突出的欧洲城市。
可持续发展能力的评价内容包括：废弃物回收及再利用，酒店和餐馆的环境认证，温室气体排放，公共交通可达性，以及租赁自行车和电动滑板车等设施的可用性。另一个重要指标是通过新技术获得旅游服务和产品，例如引导游客前往城市周边景点并提供酒店和餐馆等信息的 APP。
大型节庆活动、游乐园和邮轮等越来越喜欢利用智能手机提供智能导览服务，帮助游客及时了解各景区景点的现场情况。可持续发展、能源效率和人与环境的和谐共生在这些以高能耗为特征的细分市场中日益占据主导地位。
基于 PC 的控制技术的具体应用：
倍福针对智慧城市的技术亮点
基于 PC 的控制技术原理：智慧城市数字化的理想选择
自 1980 年以来，倍福基于 IT 和 PC 的控制技术已经在全球各个行业领域得到广泛应用，比如设备控制器、风力发电机组控制系统以及楼宇自动化。40 年前 PC 控制技术还并非主流，却很快发展成为自动化行业标准。倍福始终坚持基于 PC 的控制理念，不断开发出具有创新意义的产品，诸如模块化总线端子系统、EtherCAT 高速现场总线或嵌入式控制器等产品都是自动化技术领域中的里程碑。倍福的控制产品在性能方面具有可扩展性，对其它系统开放，同时软硬件产品都采用模块化设计，因此具有很强的通用性。
基于 IT 和 PC 的控制技术基本原理其实非常简单：以一台性能强大的工业 PC 为基础，搭配用于连接传感器和执行器等外围设备的高性能现场总线以及具有实时能力的 TwinCAT 自动化软件。倍福始终坚持将 IT 领域的主流技术与自动化技术原理相融合，一方面可以不断提升 PC 控制系统的性能和功能，另一方面还可显著降低系统成本。基于 PC 的控制技术使得所有自动化功能都可以在一个软件中集中映射。包括：
- 编程和配置（PLC）
- 运动控制
- 数据显示及监控（HMI）
- 测量技术和分析功能
- 诊断和状态监测
- 连接各种云服务和网络服务器
- 机器学习和人工智能
基于 PC 的控制技术可为您带来巨大优势：
- 具有高性能，能够通过以下方式实现高能效的过程控制：
- 采用新一代高算力处理器的工业 PC
- TwinCAT 开发和实时控制软件
- EtherCAT 高速现场总线
- 集成：一个控制器即可控制智慧城市中用到的所有系统
- 模块化：可以随时扩展和修改控制功能
- 可扩展：可提供满足所有性能等级需求和各种外观设计的控制组件
- 开放：连接所有标准的现场总线
- 互联互通：从传感器到云端的简单、安全的通信
- 高可用性：采用先进的诊断和预测性维护功能
- 连接所有常用的数据库，以存储历史数据
- 倍福是一家熟知各行业完整控制技术的自动化系统供应商
TwinCAT：集成式开发和控制平台
TwinCAT 是一个集开发、Runtime 和建模等所有功能于一体的集成式软件工具，可以简化复杂过程的自动化：有了 TwinCAT，您只需要使用一个软件即可编程和配置控制器。TwinCAT 提供各种软件包和预配置模块，用于控制智慧城市中用到的所有系统。软件采用模块化和可扩展的设计，因此可以根据用户的具体需求精确定制。由于 TwinCAT 3 可以集成到 Visual Studio® 中，自动化对象的编程也可以通过 IEC 61131-3 和 C 或 C+ + 编程语言实现，可以简化项目管理和团队协作的工作流程。对于所生成的对象（模块），无论用什么语言编写，这些对象都能够相互调用和交换数据。
TwinCAT 3 产品亮点：
- 编程和配置都在同一个软件中完成
- Visual Studio® 集成
- 支持面向对象的 IEC 61131-3 扩展
- 使用 C/C++ 作为实时应用程序的编程语言
- 可链接至 MATLAB®/Simulink®
- 集成运动控制解决方案 — 包括 NC PTP、机器人技术和 CNC
- 开放的接口可以兼容现有工具和扩展新功能
- 灵活的 Runtime 环境，支持多核 CPU
- 支持 32 位和 64 位操作系统（Windows，TwinCAT/BSD）
- 通过 TwinCAT Automation Interface 自动生成代码并实施项目
- 支持所有通用现场总线接口 支持 PC 接口（网络，PCI，USB，硬盘）
- 使用开放式标准 （OPC UA、MQTT、ModBus、BacNet、ADS 等）与用户接口和其它程序进行数据连接
倍福支持所有通信标准
基于 PC 的自动化平台功能强大，能够完成控制、数据处理、连接、可视化、远程维护以及云端连接等任务。由于硬件和软件都采用开放式接口，因此它非常适合用于集中或分布式控制智慧城市中用到的技术基础设施。我们的控制技术提供了灵活使用各种 IT 架构（边缘计算和云计算方案可以分开使用）所需的自由度。智慧城市的各个应用领域在技术层面上相互影响，同时共享数据。倍福技术使城市中的这些单独的组件能够联网，充分利用协同效应。因此，基于 PC 的控制技术可以用于在将不同的行业专用的通信协议整合到同一个系统中。例如，可以整合以下协议：
- 楼宇：KNX、LON、Dali、BACnet、DMX、SMI、MP-Bus、M-Bus、EnOcean、RS232/RS485、Modbus、Ethernet TCP/IP、FIAS，等等
- 视听多媒体：sACN、SMPTE timecode、Art-Net™、AES 70（OCA）、 PosiStageNet 及 PJLink，等等
- 基础设施和能源领域：IEC 61850、IEC 61400-XX、GOOSE、IEC 60870-5-10X、MQTT、OPC UA、IEEE 1588，等等
从大数据到智能数据：数据的合理使用是实现新业务模型的基础
数据采集：
每个应用以及每个 IT 基础设施都对采集数据的方法提出了不同的要求：SQL 或 noSQL，基于文件，本地或远程，基于云的数据湖对于所有这些应用场景，都有大量成熟的 TwinCAT 产品可供选择
数据分析：
TwinCAT Analytics 能够进行全方位的数据分析：从数据采集、通信、存储历史数据到评估。采集到的数据也可以在基于 Web 的操作台界面上显示。所有用于预测性维护的信息都可以通过适当的分析工具从数据中得出。
机器学习：
TwinCAT Machine Learning 是集成在 TwinCAT 中的机器学习（ML）解决方案。它基于成熟的标准，让机器学习应用领域也能享受基于 PC 的控制系统的开放性优势。此外，ML 模型是实时执行的。机器学习的基本思想是不再遵循经典的工程路线，即为特定任务设计解决方案，然后将这些解决方案转化为算法，而是能够从模型数据中学习所需的算法。倍福可为从数据采集到模型训练再到布署训练好的模型整个工程周期提供一个闭环工作流。
EtherCAT 助力实现高速通信
EtherCAT 高速现场总线具有联网智慧城市的控制和测量数据以及与云服务进行通信所需的所有功能。EtherCAT 具有高带宽特点，不仅可以处理所有标准信号，还可以实施高精度测量技术和安全技术。大量 EtherCAT 接口允许在现场无缝集成 PROFINET 和 DeviceNet 等标准的现场总线。系统还可以设置电缆冗余。
EtherCAT 的优点包括：
- 高速度
- 诊断简单
- 灵活的拓扑结构
- 最多可扩展 65,000 个模块
- EtherCAT 允许每个从站最多传输 64 kbit 数据
- 完全同步
倍福针对智慧城市的产品亮点
智慧城市控制器或边缘控制设备的理想选择：C60xx 系列
倍福推出的 C6015 超紧凑型工业 PC 系列具有高度灵活的应用选择，一经推出就在市场上引起广泛关注并取得很大成功。C6015 控制柜式工业 PC 不仅坚固耐用，而且搭载了时钟频率为 1.91 GHz 的 Intel® Atom™ 处理器（最高四核），非常适合用于实现自动化、可视化和通信任务。其尺寸仅为 82 x 82 x 40 mm，安装方式灵活，使得这款无风扇型多核 PC 非常适合用于具有高性能需求且安装空间有限的智慧城市应用。C6015 除了可以用于实现各种自动化任务之外，还适合用作物联网网关或边缘控制设备，特别是工业 4.0 应用。
用于实现自动化的通用基本功能模块
通常，I/O 信号通过分布式接线方式传输至现场总线设备，或通过集中接线方式传输给控制器。而从市场上采购到的来自不同厂家的现场总线设备一般都具有固定的输入/输出配置和设计，因此往往需要安装带有类似功能的一整套设备。这种复杂的信号采集方法一方面会增加材料、安装、设计和文挡制作等方面的成本，并且在后期改造或系统扩展方面也会增加投入。通过我们的通信端子模块，可以用总线端子模块的形式实现现场总线功能。这对于在上位系统中集成了子系统的总线系统来说非常有益，这也就意味着子系统及上位总线接口仅需一个系统接口。
智能楼宇自动化系统中集成能耗测量功能
能效管理在楼宇自动化中扮演着重要角色，若要节约成本，必须降低能耗，优化工艺。对于楼宇和工厂运营中高效的电能管理，必须要实时记录水、电、和热量消耗。
倍福基于 PC 的控制技术可以通过集成在标准控制系统中的监控系统来监测、分析和处理能源数据，实现能耗降低和成本优化。专用的 I/O 组件可以高精度、透明地采集楼宇中的所有能耗数据，然后由 TwinCAT 控制软件处理和分析这些数据。这样可以充分挖掘节能潜力，为符合 DIN EN ISO 50001 标准打下坚实基础。倍福的电能计量总线端子模块和 EtherCAT 端子模块产品适合用于持续监测电力消耗以及进行详细的能耗分析。
可用于直接测量电流的倍福端子模块：
楼宇自动化软件工具和功能库
倍福开发了大量的软件工具、功能库和应用模板的工具包，以便能够尽可能高效、轻松地实现楼宇自动化中的应用开发。其开发都是通过免费的 TwinCAT Engineering（TE1000）编程环境实现的。它能够根据 IEC 61131-3 标准免费进行编程，帮助系统用户灵活实现各项自动化任务。
TwinCAT 3 Building Automation 功能库（TF8040）中包含了所有楼宇自动化基本功能：从简单的逻辑模块和 PID 控制器到根据太阳位置实现百叶窗板自动调节。通过 Building Automation 功能库中的功能块，系统集成商可以使用各种即用型应用软件系列，或者叫做模板。它们都是成熟、接口齐全的程序块，从暖通空调技术使用的应用程序到遮阳及照明控制等房间自动化功能。它们可以简化系统集成商对系统的熟悉过程，确保系统性能维持在较高水平。这样既可以提高任务执行质量，又可以提高所创建程序的可重用性。
若要将倍福自动化工作站集成到上一级的管理和控制层，可以将通过 BACnet 和 OPC UA 进行的通信直接集成到模板中。根据所需的通信协议，TwinCAT 功能组件 TwinCAT 3 OPC UA（TF6100）和 TwinCAT 3 BACnet/IP（TF8020）可用于实现此目的。
基于 PC 的控制平台可以通过 TwinCAT 3 IoT Data Agent（TF6720）“为云计算做好准备”。它独立采集为此目的配置的过程数据，并将数据传输给 Microsoft Azure 或 Amazon Web Services™ (AWS) 云中的通信或数据服务，或者将过程数据发送给 MQTT 或 AMQP 消息代理。
系统操作和参数设置可以通过控制柜上的触摸屏在现场完成，也可以通过集成式 HTML5 Web 可视化系统远程操作。对于更高的操作功能要求和对 Web 技术的支持，如响应式设计，建议使用功能库 TwinCAT HMI（TF2000）。它支持楼宇自动化的所有基本操作和监控功能，如系统显示、报警和事件列表、调度和趋势图。
TwinCAT HMI：快速实现个性化用户界面
TwinCAT HMI 可以统一使用得到广泛应用的 HTML5、JavaScript 和 CSS 等 IT 标准。通过将完整的图形编辑器与人们所熟悉的 TwinCAT 3 开发环境中的工具包集成在一起，可以毫不费力地创建各种可视化界面。使用上述 IT 标准或高级编程语言可以实现不属于可视化工具包的客户专属功能。所创建的可视化功能独立于客户端平台，并具有很好的响应能力，能够实现各种应用场景，从本地面板解决方案到多客户端、多服务器和多 Runtim 解决方案。
倍福现在能够采用诸多 IT 标准：
- Visual Studio® 用于项目开发
- HTML5 用于界面设计
- TLS 用于安全通信
- 无论用户使用哪种操作系统、分辨率或显示器，用户界面都可以在任何支持 HTML5 的浏览器上执行
