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2021年11月25日

可插拔系统助力实现去电柜自动化解决方案

倍福 MX 系统:自动化新构件取代传统控制柜!

倍福最新推出的 MX 系统是对传统控制柜结构的一次颠覆性革命。在这次采访中,总裁 Hans Beckhoff MX 系统产品经理 Daniel Siegenbrink 对此做出解释并说明如何用 MX 系统取代传统控制柜。

Beckhoff 一直是技术创新的代名词。你们在自动化领域的下一步是什么?

Hans Beckhoff:没错,在自动化领域的技术变革中,我们做出了应有的贡献。我特别喜欢的几次革命包括:基于 PC 的控制技术理念、用作分布式 I/O 的总线端子模块、以及现已成为全球标准的 EtherCAT 通信协议。总而言之,倍福经过 40 多年的发展,已经在如何从根本上改进自动化技术方面积累了非常丰富的经验。此外,倍福不仅是一家自动化企业,也是一个成功的控制柜制造商,有约 250 名员工专门从事控制柜的制造工作。现在,我们正在将这些技术和实践方面的专业知识转化为具有创新意义的新产品系列,我们认为,它们将越来越深入地改变着自动化技术与市场的面貌。

Hans Beckhoff 总裁:“我们的 MX 系统能够彻底改变整个控制柜和机械工程行业。”
Hans Beckhoff 总裁:“我们的 MX 系统能够彻底改变整个控制柜和机械工程行业。”

新产品系列具体是指什么?

Hans Beckhoff:如前所述,我们在控制柜制造方面拥有丰富的实践经验。我们将这些经验与我们在其它产品领域(包括工业 PC、I/O 和通信技术、驱动技术以及软件)的专业知识进行融合,打造出一个统一的自动化套件,用标准化的模块完全取代了传统的、需要接线的控制柜。控制柜或设备上所需的所有技术系统和功能都整合在同一个系统中,我们称之为 MX 系统。

Daniel Siegenbrink:一般来说,每个控制柜的结构都相同,总是有一个电源、主开关、供电单元、包含 I/O 层和现场总线的控制系统,以及驱动产品。此外,还有配电设备,用于切换 400 V 电源,直接启动电机,或给外部装置供电。我们已经将这些重复出现的模块标准化,并通过 MX 系统的形式以统一的方案加以实施。

MX 系统的详细结构是什么样的?

Hans Beckhoff:基本要求是提供 IP67 防护等级的极为坚固的机械解决方案,以便能够以实用和稳固的方式将所有自动化模块直接整合在设备上。我们为此实施了底板解决方案。首先,解决方案包含了底板本身,它由一个机械上非常稳定的铝型材加工而成,集成了所有必要的信号、电源和通信通道。底板上定义了各种用于数据传输和处理以及供电的插槽,可以用来插接各个功能模块。这是实现模块化控制柜系统的基础,由于底板和模块都采用稳健设计,因此可以直接安装在设备上,无需额外的保护外壳,因此,不再需要使用手动组装的中央控制柜。

控制柜的功能具体如何实施呢?

Hans Beckhoff比如说,通过相应的功能模块,可以简单地将驱动器插接到底板上的槽中,然后用坚固的内六角螺钉拧紧到位。然后,它将自动提供 EtherCAT 通信功能,并提供相应的控制电压和电源电压。就这样,仅需一分钟,驱动器就完全安装好了!当然也可以使用我们成熟的单电缆技术(OCT)实现模块与电机的连接。其它模块的结构也是如此,例如,供电时需要使用符合 UL 标准的电源模块,它配备主断路器和供电单元。总而言之,MX 系统涵盖了所有可能的自动化场景,包括数字量、模拟量和安全 I/O、用于驱动的 600 V 直流母线供电、其它功率等级,以及可插拔式工业 PC。使用 MX 系统组装控制柜的速度如此之快,确实令人惊奇!我们的标准构件中没有涵盖到的个别需要定制的特殊功能,也可由 MX 系统提供支持。任何功能都可以通过带有相应 MX 系统接口的扩展单元或通过由 EtherCAT 连接的独立控制箱进行集成。

产品经理 Daniel Siegenbrink:“MX 系统极大地减少了工作量,尤其是在控制柜的制造和维护方面。它同时还简化了机械设计,并且在机械工程领域提供了优化的模块化设计支持。”
产品经理 Daniel Siegenbrink:“MX 系统极大地减少了工作量,尤其是在控制柜的制造和维护方面。它同时还简化了机械设计,并且在机械工程领域提供了优化的模块化设计支持。”

Daniel Siegenbrink我们实际上整合了设备所需的所有功能。可以热插拔的模块被分为 PC、I/O 和运动控制等产品领域以及新的继电器和系统部分。这也包括一些新产品,如变频器、继电器、接触器、混合电机启动器和功率输出单元。

Hans Beckhoff:不言而喻,基于 PC 和 EtherCAT 的控制和驱动技术的广泛性让我们能够利用成熟的技术,因此让我们获益匪浅。尽管如此,我们实际上已经为 MX 系统重新设计了整个倍福产品系列,并从性能和控制角度考虑,让这些产品都采用可插拔设计。而且,我们从一开始就与很多在各个行业中处于领先地位的客户合作,到现在已经有三年多的时间,目的是着眼于客户的实际应用,有针对性地进行开发。这为我们的系统规范提供了巨大帮助。

说到规范,用于使用 MX 系统的框架参数是什么?

Hans Beckhoff:MX 系统的最大连接负载为 63 A,典型电压范围为单相 110...230 V 和三相 380...530 V。允许的温度范围为 0...50°,纯被动散热。

Daniel Siegenbrink:以下参数适用于各个插槽:数据插槽提供 EtherCAT 通信,提供 24 或 48 V DC 供电,电流最高 20 A,而电源插槽提供 400 V AC 和 600 V DC 供电,电流最大 35 A。通过并行使用两个电源插槽,我们还可以为一个模块提供最大 63 A 的电流。在实际应用中,另一个重要的方面是认证。MX 系统是符合相关控制柜标准的控制柜替代解决方案。但不仅仅只是如此,与传统控制柜不同,它是一个符合 CE、UL CSA 和 IEC 认证的统一解决方案。这意味着设备制造商可以真正实现按库存生产,只需在交付当天决定将设备运往全球何处。

还可以为设备和系统制造商带来哪些优势?

Hans Beckhoff:新的模块化系统的优势早在设计阶段就已显现。这是因为控制柜的复杂性显著降低,所有单独的电线连接、单独的电线标记和后续的控制柜制造工作都大大减少。有了 MX 系统,模块只需插在底板上,作为电气控制柜的终端,可以说是类似于气动阀岛。一些有机会体验 MX 系统的客户告诉我们,300 页的电路图减少到只有 30 页,相关的工作量也减少了 90%,通过减少大量工作继而降低成本。

Daniel Siegenbrink:可以这么说,现在我们的客户在考虑选择紧凑的模块时,往往会使用控制柜作为整体的控制单元。这不仅需要大量的布线工作,设备的模块化设计也没有完全体现。而在我们的系统中,这完全不是问题,因为控制柜不再是一个体积庞大的整体,而以模块化的方式沿着设备均匀分布。

Hans Beckhoff:另一个决定性的因素是最小化的空间需求。设备制造商可以将结构紧凑的 MX 系统直接安装在设备机身上,从而无需单独的控制柜以及相应的电缆敷设。这样可以显著简化安装过程,特别是使用预装电缆时。这也意味着可插拔式安装不再一定要由电工进行,也可以由机械作业人员完成。

MX 系统对控制柜制造本身意味着什么?

Daniel Siegenbrink控制柜制造通常非常复杂,涉及到大量组件和工艺步骤,容易出错,空间需求也较高。在这里,使用我们的可插拔技术不仅可以简化电路图,而且还可以减少布线工作。分析还表明,在某些情况下,需要的组件不到 10%,从而省去了大量控制柜制造工作。

坚固耐用的底板插接工业 PC、I/O、运动控制、继电器和系统相关的功能模块,即构成 MX 系统 — 防护等级高达 IP67、高度灵活的去电柜自动化解决方案。
坚固耐用的底板插接工业 PC、I/O、运动控制、继电器和系统相关的功能模块,即构成 MX 系统 — 防护等级高达 IP67、高度灵活的去电柜自动化解决方案。

Hans Beckhoff最小化设备设计和控制柜制造的工作。根据我们的估算,例如,以前需要花费 24 小时才能完成的控制柜组装,现在基于模块化的安装仅需一小时左右。更重要的是,控制柜的质量也会得到质的提升。最后,复杂的单独布线被简单、无差错的插拔功能所取代。工业预制模块的使用帮助摆脱了以前繁琐的人工流程,进一步节约了成本。此外,MX 系统还能够帮助很多设备制造商简化他们的物流,因为这种易于安装的技术免除了制造控制柜的外在需求。

MX 系统可为最终用户带来哪些益处?

Hans Beckhoff我们相信,我们的 MX 系统将产生巨大的社会和经济效益,尤其是对于设备的最终用户。各个自动化功能被封装在单个模块中,因此可以在模块层面对电气故障简单地进行诊断。以往在出现类似故障时,通常需要电工打开控制柜,借助测量设备检查电压或者接触器等来排查。但有了 MX 系统后,不再需要这样,因为已经没有控制柜,实际功能已被迁移到模块中。因此,现场维护工程师只需使用状态指示灯、智能手机和倍福设备诊断系统确定模块的状态,然后决定是否需要更换模块、连接现场设备的电缆或现场设备本身。

Daniel Siegenbrink很多公司往往缺乏合适的现场维护人员对日益复杂的控制技术进行维护或维修。从这个角度来看,模块更换方便,以及全面的诊断方案对最终用户来说也非常重要。与传统的控制柜不同,MX 系统中仅使用联网的组件。借助新推出的倍福设备诊断系统,可以随时查询每个单独的保险丝、电源或主开关模块的状态 — 仅作为 EtherCAT 网络中的一台设备。

能否请你更详细地介绍一下上述诊断方案?

Daniel Siegenbrink一方面,这包括众所周知的各种 EtherCAT 诊断选项。此外,在每个模块的正面有一个 DataMatrix 码作为唯一的序列号。该二维码可以通过智能手机 APP 扫描,实现手机与控制器的交互并获取相应的诊断数据,如模块状态及错误寄存器。这样,智能手机成为一个“万用表和示波器”,不仅仅只是取代传统的测量设备。维修或服务人员无需测量硬件即可准确了解某个功能或模块的状态。

Hans Beckhoff:在此基础上,我们推出了倍福设备诊断解决方案,即每个倍福智能产品都有这样一个唯一的序列号,可以通过 DataMatrix 码从外部读取,或通过 EtherCAT 通信系统从内部读取。

倍福希望通过全新的 MX 系统吸引哪些客户

Hans Beckhoff我们相信,我们可以通过我们的新系统实现几乎所有的自动化任务!MX 系统的设计是为了像传统的控制柜本身一样,满足尽可能广泛的应用需求,我们最终想用它完全取代控制柜。当然,MX 系统非常适合用于机械工程领域,但该系统也可以为过程技术、测量技术、楼宇自动化等领域的用户带来显著优势。只要涉及到电气化和智能化,MX 系统就可以为用户提供巨大的竞争优势!

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