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中国区总部
Beckhoff Automation (Shanghai) Co., Ltd.

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自动化与过程控制技术整合在同一个系统中:基于 PC 的控制技术

随着市场竞争的日益激烈,流程工业企业对创新的自动化解决方案的需求越来越大,旨在提高质量、安全及效率。新技术的发展为优化生产流程提供了现实可能性,无论是现代化新设备还是对现有设备进行改造。

倍福基于 PC 的控制技术可以集成流程工业专用的协议和接口,并为具有潜在爆炸性危险的应用提供丰富多样的产品系列,因此可以精确满足这一要求。倍福基于 PC 的控制技术始终将自动化软件中的智能控制与 IT 及自动化领域中成熟的标准技术融合在一起,将 PLC、测量技术和运动控制等所有功能集成在同一个系统中。除了在工业应用上比较成熟的控制面板和面板型 PC 系列之外,倍福还可提供专用于危险区 2/22 区的 CPX 系列特殊解决方案。倍福通过 ELX 系列 EtherCAT 端子模块可为危险区域提供多种信号端子模块。12 mm 宽的端子模块外壳中最多集成了 8 个本质安全型输入,能够将危险区 0/20 和 1/21 区中的本质安全型现场设备直接连接至倍福全系列控制系统。除了适合控制柜安装的 IP 20 级总线端子模块和 EtherCAT 端子模块之外,倍福还能够提供 IP 67 I/O 端子盒,它们可以直接安装在危险区 2/22 区的工况环境中。宽温范围和可选涂层处理的产品适用于恶劣工况。因此,全系列的防爆产品可用于实现针对危险区 0/20 区无隔离栅通信的完整解决方案。对于新设备,可以将防爆功能直接集成到整台控制器中;而对于现有系统,只需对基于 PC 的控制器进行扩展即可。由于基于 PC 的控制技术将所有重要的自动化功能集成在同一个系统中,因此减少了对集成的防爆产品的依赖性。在软件方面也同样如此:TwinCAT 控制软件可以集成 HMI 以及工业 4.0 和物联网应用程序,支持 NAMUR 标准对数字量和模拟量信号的要求,同时也支持 HART 协议和 FDT/DTM 技术。

Öl-/Gasförderung

石油和天然气生产

智慧物联网可以提升石油和天然气行业的设备可用性

Chemie/Petrochemie

石化行业

通过工业 4.0 挖掘大型化工厂整个价值链的效率潜力

采矿

数字化矿山可以助力提高采矿企业提高劳动生产率,强化人身安全管控

涂层技术

自动化和过程控制技术集成在同一个系统中:从设备控制到油漆车间的楼宇自动化

木材加工

基于 PC 的木工机械控制解决方案:从锯木厂到造纸厂

水/污水处理

水/污水处理系统的智能自动化改造

氢能技术

创新控制解决方案助力实现高效、灵活的氢能设备自动化

能源工业

面向未来的能源工业解决方案:从沼气厂到智慧城市

Metallverarbeitung

金属加工

灵活而有竞争力的生产模式:轧钢厂过程监测和联网

食品工业

针对食品工业的开放式自动化解决方案

倍福针对流程工业的技术亮点

借助通用组件套件及丰富的跨行业专业知识,倍福基于 PC 控制技术实现了开放式自动化系统。倍福可为流程工业来提供全系列的防爆产品,用于实现从危险区 0 区到云端的无隔离栅通信的集成式解决方案。
借助通用组件套件及丰富的跨行业专业知识,倍福基于 PC 控制技术实现了开放式自动化系统。倍福可为流程工业来提供全系列的防爆产品,用于实现从危险区 0 区到云端的无隔离栅通信的集成式解决方案。

通用控制平台:从防爆应用到大型流程工业设备

借助通用组件及丰富的跨行业专业知识,倍福基于 PC 控制技术实现了开放式自动化系统。PC 控制技术始终将自动化软件中的智能控制与 IT 及自动化领域中成熟的标准技术融合在一起,将 PLC、测量技术和运动控制等所有功能集成到同一个系统中。倍福可为流程工业来提供全系列的防爆产品,用于实现从危险区 0 区到云端的无隔离栅通信的集成式解决方案。它们包括带有本安型 I/O 接口的 ELX 系列 EtherCAT 端子模块、高品质的 CPX 系列控制面板和面板型 PC 以及带有专用过程工艺界面的 TwinCAT 控制软件、用于简单物联网通信的硬件和软件模块,以及基于云的服务和系统组网的应用。对于新设备,可以将防爆功能直接集成到整台控制器中;而对于现有设备,可以简单地对倍福基于 PC 的控制器进行扩展。

工厂自动化、流程工业自动化和物联网通信整合在同一个系统中:

  • 软硬件一体化平台
  • 集成从危险区 0/20 区到云端的无隔离栅通信的过程控制技术
  • 带有本质安全型接口的 EtherCAT 端子模块、防爆控制面板和面板型 PC,以及过程专用接口
  • 基于 PC 的控制技术已在全球各个行业中获得广泛应用

倍福凭借其基于 PC 的控制技术理念,将各种 I/O 组件集成在同一个系统中。用于测量任务、功能安全或防爆的 EtherCAT 端子模块可以自由组合,并集成到一个完整的控制系统中。
倍福凭借其基于 PC 的控制技术理念,将各种 I/O 组件集成在同一个系统中。用于测量任务、功能安全或防爆的 EtherCAT 端子模块可以自由组合,并集成到一个完整的控制系统中。

一个平台,一个 CPU,一个总线

一个控制平台和一个高性能现场总线即可完成所有控制任务。倍福凭借其基于 PC 的控制技术,将应用广泛的 I/O 组件集成在同一个系统中。只需一个 CPU 和一个现场总线,就可以将所有针对测量任务、功能安全和防爆的 EtherCAT 端子模块轻松集成到一个针对实时应用的综合控制系统中。用户不再需要使用多个独立的解决方案,而是使用高效率的集成式解决方案。

由于 TwinCAT 中全面集成了 HART 协议,因此可以使用开发界面中的所有功能。
由于 TwinCAT 中全面集成了 HART 协议,因此可以使用开发界面中的所有功能。

简化现场设备的调试工作:TwinCAT

在 I/O 系统及 TwinCAT 开发环境中完全集成 HART 功能可以确保轻松实现项目规划和调试。集成 HART 功能让用户能够将 HART 现场设备直接集成到控制器中。此外,TwinCAT 可减少开发工作量:TwinCAT FDT 容器能够将现场设备的 DTM 管理器直接集成到 TwinCAT 开发环境中,因此能够在同一个环境中编写和配置现场设备。

倍福 CommDTM 能够将 TwinCAT 控制器无缝集成到现有的过程控制系统中。借助 CommDTM,可以将具有 HART 功能的 EtherCAT 端子模块连接的现场设备的 DTM 管理器集成到任何所需的 FDT 容器中。这样就可以在 FDT 容器中远程配置和参数化现场设备,而无需访问 PLC。由于 TwinCAT 中全面集成了 HART 协议,因此 工程接口中的所有功能都可以使用。

作为一种广泛应用于 PLC、运动控制、I/O 传感器、测量技术和安全技术的开放式高速现场总线,EtherCAT 也适合用于与防爆设备通信。
作为一种广泛应用于 PLC、运动控制、I/O 传感器、测量技术和安全技术的开放式高速现场总线,EtherCAT 也适合用于与防爆设备通信。

在所有行业中得到广泛应用:高速 EtherCAT 现场总线

自 2003 年倍福首次推出 EtherCAT 现场总线系统以来,它已在全球得到广泛应用,目前已成为很多行业中使用的通信标准。作为一种广泛应用于 PLC、运动控制、I/O 传感器、测量技术和安全技术的开放式高速现场总线,EtherCAT 也适合用于与防爆设备通信。换句话说,用户只需要一种通信技术就足够了。用户可以信赖倍福(EtherCAT 技术的创始者)深厚的专业知识,并能够从无所不包的 EtherCAT 架构的安全性和灵活性中获益。基于 EtherCAT 的控制系统具有灵活及开放的特点,能够集成第三方 EtherCAT 设备以及许多其它现场总线系统。借助 EtherCAT 的开放性,现有系统也可以像新系统一样优化,从而达到保护前期投资的目的。另一个事实也是出于同样目的:用户不需要担心版本控制问题:EtherCAT 只存在一个版本,基于 EtherCAT 开发的新产品总是兼容其上一代产品。

危险区域用户也可以受益于 EtherCAT 的时间戳功能,即使在大型的系统中也可以确保测量的高质量和同步的高精度。此外,EtherCAT 具有 100 兆的数据传输率并集成完整的诊断功能,能够快速识别系统和设备中的故障:大幅缩短停机时间,简化维护工作,延长正常运行时间。ELX 模块支持 EtherCAT 通信的全部功能,可以一网到底。

EtherCAT 通过其扩展距离技术简化了大型分布式设备中数据的采集。
EtherCAT 通过其扩展距离技术简化了大型分布式设备中数据的采集。

非常适合用于大型和分布式安装

EtherCAT 通过其扩展距离技术简化了大型分布式设备(如炼油厂、水处理厂或化工厂)中数据的采集。例如,可以使用两个端口支持扩展距离的 EtherCAT 耦合器 EK1101-0010 来实现这一点。它们可以在不使用中间基础设施组件的情况下进行距离长达 300 m 的通信。耦合器接受标准的 EtherCAT 端子模块。使用 EK1121-0010 端子模块,用户还可以将扩展距离分支耦合器直接集成到端子模块网段中,最远可连接 300 m 远的 I/O 站点。由于它可以兼容标准的 EtherCAT 设备,扩展距离技术不会对系统拓扑结构提出任何额外要求,因此可以仅根据个性化需求配置 EtherCAT 网络。

倍福针对流程工业的产品亮点

ELX 系列 EtherCAT 端子模块:本质安全型,通过 IECEx 和 ATEX 认证。
ELX 系列 EtherCAT 端子模块:本质安全型,通过 IECEx 和 ATEX 认证。

ELX 系列:本质安全型,通过 IECEx、ATEX 和 NEC/CEC 认证

倍福的 ELX 端子模块将高紧凑型远程 I/O 模块和隔离栅整合在一起,可以直接连接本质安全型现场设备。倍福 ELX 系列端子模块的高分辨率和高精度确保能够实现与非防爆区域相同的测量质量。I/O 端子模块的紧凑设计具有另外一个优点:既有最多具有 4 个本安型输入的 12 mm 型号,也有最多具有 8 个本安型输入的 24 mm 型号。由于无需使用外部隔离栅,因此可以显著减少控制柜内的空间需求,从而具有成本优势。ELX 端子模块已经通过 ATEX 和 IECEx 认证,符合所有行业特定的防爆技术规范,并可用于全球几乎所有市场,从而减少了用户对不同地区不同供应商的依赖。倍福 I/O 系列处理的各种信号也支持广泛的用途:可为每个应用提供一个合适的 I/O 模块。流程工业领域的用户可以使用 ELX 端子模块实现结构超紧凑的经济型控制架构,并利用 EtherCAT 出色的诊断功能大幅减少系统停机时间。

ELX 端子模块可以优化几乎所有流程工业应用:

  • 外壳仅 12 mm 宽,结构非常紧凑,最多可节省 50% 的空间需求
  • 隔离栅和信号端子模块结合于一体
  • 直接连接本质安全型现场设备
  • EtherCAT 协议直达每个端子模块
  • 支持各种信号
  • 通过各种认证
  • 具有显著的成本优势

TwinSAFE SC 技术可以与 ELX 端子模块结合实现高度紧凑的解决方案,满足本质安全型信号传输和功能安全要求。
TwinSAFE SC 技术可以与 ELX 端子模块结合实现高度紧凑的解决方案,满足本质安全型信号传输和功能安全要求。

ELX 端子模块:本质安全型信号传输和功能安全

倍福通过将安全技术全集成在自动化系统中,以满足过程控制技术在功能安全方面日益增长的需求。结构紧凑且采用模块化设计的 TwinSAFE 安全解决方案被无缝集成到控制平台中。因此,基于 PC 的控制技术为满足功能安全和防爆要求提供统一的平台。使用 TwinSAFE SC 技术扩展过的 ELX 端子模块能够直接连接危险区 0/20 区中的本质安全型现场设备,安全等级达到 EN ISO 13849-1 标准中的 PL d/Cat 3 或 EN 62061 标准中的 SIL 2 等级。

安全技术与本质安全防爆技术集成在同一个系统中:

  • 外壳仅 12 mm 宽,最多 4 通道的高度紧凑解决方案
  • 种类众多的模拟量信号
  • 具有 TwinSAFE SC 功能的 ELX 端子模块可以直接连接危险区 0/20 区中的本质安全型设备
  • 安全等级最高可达 PL d/SIL 2
  • 具有显著的成本优势

CPX 系列防爆控制面板解决方案将高品质和优雅的外观设计与先进的电容式多点触摸技术结合于一体,有集成式或独立式型号可供选择。
CPX 系列防爆控制面板解决方案将高品质和优雅的外观设计与先进的电容式多点触摸技术结合于一体,有集成式或独立式型号可供选择。

防爆面板解决方案:外观优雅的 CPX 系列,采用铝质外壳

CPX 系列面板的推出很好地说明了倍福控制面板和面板型 PC 使用的成熟的多点触控技术也可提供用于甚至更坚固耐用的型号,符合危险区 2/22 区的要求。强大的功能和卓越的制造质量确保 CPX 面板即便在恶劣的工况条件下也具有很高的可靠性。电容式触控技术的操作与所有倍福多点触控面板的操作一样轻松。倍福面板的美观外形以及铝质外壳的外观仍然保留,让它们成为防爆环境中的视觉亮点。全面的 CPX 面板系列包括大量可供选择的显示屏格式、尺寸、安装选项及功能。视不同的应用领域,CPX29xx 和 CPX39xx 可以提供安装在电控柜中的控制面板,也可以提供可灵活安装在室内任何地方的控制面板。此外,CPX27xx 和 CPX37xx 系列无风扇面板型 PC 可以用于高度可靠的系统控制。

针对过程控制技术的多点触控面板:

  • 电容式触控技术优化操作
  • 高端设计
  • 坚固耐用且可靠
  • 大量可供选择的控制面板和面板型 PC
  • 灵活的安装选项
  • 防爆面板和采用 CP-Link 4 技术的工业 PC 之间的距离可达 100 m:通过一根标准 Cat.6A 电缆传输视频信号、USB 2.0 信号以及供电

倍福组件支持 EtherCAT、PROFINET、PROFIBUS、Modbus、EtherNet/IP、OPC UA 等各种通信协议。通过这些标准化的接口,可以将倍福硬件集成到所有工业过程控制系统中,并可以通过合适的现场总线耦合器或通过 CX 系列嵌入式控制器建立连接。
倍福组件支持 EtherCAT、PROFINET、PROFIBUS、Modbus、EtherNet/IP、OPC UA 等各种通信协议。通过这些标准化的接口,可以将倍福硬件集成到所有工业过程控制系统中,并可以通过合适的现场总线耦合器或通过 CX 系列嵌入式控制器建立连接。

控制器和远程 I/O 可助力实现灵活的拓扑结构

性能强大的工业 PC 构成中央控制站的基础,用于控制和监控整个设备过程。传感器和执行器通过使用现场总线耦合器将数据从现场传输给控制站的远程 I/O 连接。

相反,CX 系列嵌入式控制器已通过 ATEX 和 IECEx 认证,可以在 危险区 2/22 区使用,设备部件的控制系统可以安装在控制柜中本地运行,为实现更高效的过程自动化开辟潜力,特别是在模块化方面。此外,TwinCAT 自动化软件的各种功能都可以直接在现场使用。

在这两种情况下,适当选择控制器或耦合器可以确保通过所需协议与上层系统通信。

全集成 HART 协议和全面的软件库:TwinCAT 控制平台。
全集成 HART 协议和全面的软件库:TwinCAT 控制平台。

TwinCAT:针对流程工业的控制平台

倍福公司通过 TwinCAT 控制软件提供了一个可用于更加复杂控制的中央平台。除了传统的 PLC 控制之外,用 C++ 或 MATLAB®/Simulink® 编写的算法也可以在实时核中执行。此外,TwinCAT 还能够实现 HMI,通过 TwinCAT IoT 实现安全的云连接,以及通过 TwinCAT Analytics 实现基于云的分析功能。基于 PC 的控制技术的应用领域随着特定的过程技术协议和接口的广泛整合进一步得到了扩展。TwinCAT 支持如 NAMUR、HART 和 FDT/DTM 等通用协议,涵盖所有应用领域。

自动化和过程技术整合在同一个平台上:

  • 针对开发环境和 Runtime 的一体化工具
  • 控制系统集成工业 4.0 和物联网功能
  • 全集成 HART 协议
  • TwinCAT FDT/DTM
  • 倍福 ComDTM

TwinCAT MTP 可提高系统灵活性,因为开发工作量减少后,就能够快速更改模块部署。
TwinCAT MTP 可提高系统灵活性,因为开发工作量减少后,就能够快速更改模块部署。

针对流程工业的 TwinCAT 软件平台:Module Type Package(MTP)

Module Type Package(MTP)解决方案可以实现过程控制系统的模块化的标准化。MTP 根据不同方面对各个模块进行描述,包括其接口和可执行服务。模块相关的信息存储在 MTP 文件中,然后导入到上位控制器(流程编制层,POL)中。这样就可以将模块自动集成到 POL 中,从而能够高效地调试和互联不同厂商提供的模块。此外,MTP 还提高了系统的灵活性,因为开发工作量减少后,能够快速更改模块部署。

将 MTP 解决方案集成到 TwinCAT 中,简化了通过自动生成 PLC 编程所需的源代码和库的方式实现的设备模块自动化,最后打造一个预制的项目结构,用户只需编写服务状态的流程专用功能即可。随后,可以直接从 TwinCAT 项目中导出包含模块描述的 MTP。

TwinCAT MTP 的优点:

  • 自动生成和导出 MTP
  • 高度可定制化,易于适应现有流程
  • 具有符合 IEC61131 标准的功能块库
  • 导入 MTP/P&ID 简单便捷
  • 与 TwinCAT 开发环境无缝集成
  • 可与 TwinCAT XCAD Interface 结合使用

通过集成全面的物联网和分析功能,基于 PC 的控制技术为优化生产过程提供了丰富的选项。
通过集成全面的物联网和分析功能,基于 PC 的控制技术为优化生产过程提供了丰富的选项。

从传感器到云端 — 针对流程工业的通用解决方案

流程工业需要具有前瞻性的自动化解决方案,以实现透明化、数字化及跨系统连接。离散自动化和过程自动化之间的传统割裂问题已经不再是障碍。基于 PC 的自动化技术为实现这两个应用领域的技术融合提供了所有必要的先决条件。它还能够整合分散系统,同时实现集中过程控制和分析。基于 PC 的控制技术凭借其一致性和开放性,成为根据工业 4.0 和物联网方案实现网络化生产的理想基础:从水平整合(甚至跨域企业界限)到与生产系统的纵向整合,再到整个设备使用寿命期间实现的端到端开发。

倍福开发的 TwinCAT IoT 软件库可确保设备控制系统及云服务之间的安全通信。软件库支持 OPC UA、AMQP 及 MQTT 等标准化协议,用于与如 Microsoft Azure™、Amazon Web Services 等常用公有云系统以及公司内网的私有云系统通信。

概览:倍福防爆产品可在全球范围内使用

ATEX 和 IECEx 防爆指令根据危险等级划分危险区域,爆炸性气体危险场所按其危险程度大小被划分为 0 区、1 区和 2 区,而北美防爆指令(1 级)则划分为 1 级和 2 级。
ATEX 和 IECEx 防爆指令根据危险等级划分危险区域,爆炸性气体危险场所按其危险程度大小被划分为 0 区、1 区和 2 区,而北美防爆指令(1 级)则划分为 1 级和 2 级。

防爆:区域划分及因素

引起爆炸有三个必要条件,即氧气和燃料的可燃混合物与火源接触。而防爆是指通过采取一定的防爆措施限制其中一个必要条件。由于很多流程使用的材料都是易燃材料,并与空气一起产生爆炸性气体环境,因此往往很难防止环境不具有潜在爆炸性。所以必须将危险区域标示出来,以确保不会使用因火花或表面温度过高等因素而会导致起火的电气设备。

欧盟防爆指令根据爆炸危险等级划分这些区域。爆炸性气体危险场所按其危险程度大小被划分为 0 区、1 区和 2 区,而爆炸性粉尘环境被划分为 20 区、21 区和 22 区。0/20 区(气体、粉尘)是指正常运行时,持续或长期存在爆炸性混合气体的区域。偶然出现爆炸危险的区域被标记为 1/21 区。2/22 区指的是从来没有或仅在很短时间内存在爆炸性气体混合物的区域。

倍福的控制产品系列丰富多样,可以通过 EtherCAT 端子模块、高品质的控制面板和面板型 PC,以及嵌入式控制器和总线耦合器,打造可以直接安装在 0/20 区的集成式防爆解决方案,从而轻松集成到所有常用的现场总线系统中。倍福可以帮助用户实现任何具有爆炸危险的防爆应用,包括对现有系统进行改造。

关于在危险地区使用系统和设备的全球指令和标准。
关于在危险地区使用系统和设备的全球指令和标准。

全球应用:防爆产品系列

对于位于爆炸危险区域的系统和设备,世界各国采用的标准不同:

  • 国际防爆认证(IECEx)
  • 欧美防爆认证(ATEX)
  • 北美防爆认证(NEC/CEC)

可能还需要获得如南非 IA 认证等特定国家的认证。用户必须确保其安装符合各国适用的指令和标准。倍福的防爆组件产品系列符合所有列出的标准,遵循各国适用法律法规,经过防爆认证,可用于危险区域。

因此,基于 PC 的控制技术可以实现全球统一的解决方案,可以将无隔离栅系统集成到 0/20 区。

有了高紧凑型 ELX 系列 EtherCAT 端子模块,无需使用单独的安全光栅。
有了高紧凑型 ELX 系列 EtherCAT 端子模块,无需使用单独的安全光栅。

无需使用单独的安全光栅:通过 ELX 端子模块

在传统的防爆实施方案中,需要使用单独的安全光栅连接 0 区的现场设备。但在控制柜中安装这种安全光栅需要的布线工作量大,而且会占用很大空间。有了倍福结构非常紧凑的 ELX 系列 EtherCAT 端子模块,就无需使用这种单独的安全光栅,因为这些 I/O 模块可以直接连接 0 区及以下危险区域的本质安全型传感器和执行器。相较于传统方式,ELX 端子模块可以显著节省成本和空间,让用户能够构建既紧凑又高效的设备和系统。最重要的是,可以大大降低控制柜内的空间要求,降低系统成本,并减少工作量。

高可用性,综合全面的专业知识:倍福,流程工业的可靠合作伙伴
高可用性,综合全面的专业知识:倍福,流程工业的可靠合作伙伴

信任很重要:不管是在防爆方面,还是在投资保护方面

用户选择了倍福的控制解决方案,就是选择了全球成功和可靠的合作伙伴的综合专业知识。库存原材料和零部件长达 24 周,且成品供应长达 6 周,倍福可保证客户短交货时间及生产可靠性。倍福产品长期可用性的的理念可确保设备的长期可用,从而为客户提供高投资保护。

倍福在德国威尔的生产基地拥有非常高水平的制造能力,所有倍福产品都符合高质量标准,特别适用于有爆炸危险的区域。倍福的生产设施也全部经过检测和测试,全部通过 ATEX 和 IECEx 认证,符合所有相关标准,并且通过持续的质量管理以及审计,保证产品在生产阶段一贯的高质量。倍福拥有成熟的全球服务网络和经验丰富专业销售团队,可以为流程工业领域的用户随时提供快速、高效的现场支持服务。