基于 PC 的控制技術(shù)和 EtherCAT 總線顯著提高過程自動化和數(shù)據(jù)透明度

　　加拿大 Pépin Industries 公司自 1958 年成立以來一直從事工業(yè)涂料的生產(chǎn)與銷售。當(dāng) Pépin 搬遷到一個更大的工廠時，系統(tǒng)集成商 Centris Technologies 采用倍福的開放式控制技術(shù)實現(xiàn)了傳統(tǒng)生產(chǎn)過程的自動化，實現(xiàn)現(xiàn)場層與 IT 層之間的連續(xù)通信，確保生產(chǎn)全過程透明化。

　　工業(yè)涂料是長效、優(yōu)質(zhì)保護從小型空壓機到工業(yè)重型機械等在惡劣環(huán)境下工作的設(shè)備的重要方法。涂料質(zhì)量的一致性直接關(guān)系到表面防護性能以及品牌效應(yīng)等。傳統(tǒng)制造商 Pépin Industries 主要從事溶劑型工業(yè)涂料的生產(chǎn)，公司一直以快速生產(chǎn)周期聞名。如果根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)衡量，其生產(chǎn)批量可能較小，通常只有幾百加侖（1 加侖≈4.5 升），但這種方法讓客戶能夠在需要的時候精確訂購他們需要的量。

　　過去，耗時的人工流程限制了訂單履行的可追溯性和工廠員工的效率，從而限制了公司的規(guī)模化生產(chǎn)能力。當(dāng) Pépin 搬到魁北克省考恩斯維爾的新工廠時，他們找到了 Centris Technologies，希望用創(chuàng)新的自動化解決方案實現(xiàn)其傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。這家位于蒙特利爾地區(qū)的系統(tǒng)集成商自 2010 年開始承接涂料廠升級改造業(yè)務(wù)，在市場上享有很高的聲譽。"經(jīng)過多年的發(fā)展，我們的智能工廠服務(wù)項目目前已包括自動化和控制、MES 及 SCADA 等工業(yè)軟件，以及 ERP 系統(tǒng)對接和 Web 服務(wù)整合。"Centris 公司聯(lián)席總裁 Eric Thibaudeau 說道。

項目專家（左起）：Pépin Industries 公司運營總監(jiān) Francis Pépin；倍福加拿大分公司的區(qū)域銷售經(jīng)理 Ted Sarazin；以及Centris Technologies 公司項目經(jīng)理/開發(fā)工程師 Martin Legris

　　基于 PC 的控制技術(shù)大幅提高生產(chǎn)效率

　　技術(shù)升級與更新?lián)Q代的目的是提高精度和透明度，以及產(chǎn)量。Pépin 公司生產(chǎn)部和實驗室主任 Hélène Daigle 說道："過去，我們高度依賴人工流程，因此很難實現(xiàn)全程跟蹤生產(chǎn)過程。操作人員雖然有工作單，但很難弄清楚他們在攪拌混合過程中是否嚴(yán)格遵守了操作步驟和配料量。"這樣會導(dǎo)致未通過質(zhì)量檢驗的涂料返工，或者由于著色效果不佳、成分配比不正確或受到污染而銷毀一個批次的涂料。由于缺乏數(shù)據(jù)記錄，因此很難確定生產(chǎn)過程中存在的問題，也很難在日后糾正這些問題。因此 Pépin 邀請 Centris 公司攻克這一難題。工程團隊利用其 IT 和自動化技術(shù)（AT）專業(yè)知識實現(xiàn)了先進的解決方案，包括提高生產(chǎn)過程可追溯性、設(shè)備監(jiān)控、預(yù)測性維護等。

　　涂料廠中的一些化學(xué)物質(zhì)容易引發(fā)爆炸，因此設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集變得更加復(fù)雜。此外，Centris 團隊一直采用工業(yè) PC 技術(shù)，但他們以前的供應(yīng)商提供的控制器面臨著過時、性能不可靠和缺乏互操作性等難題。鑒于之前與倍福加拿大分公司合作的項目取得巨大成功，Centris 公司決定改用倍?；?PC 的控制技術(shù)，包括 Pépin 的應(yīng)用。"Centris 公司負(fù)責(zé)將傳統(tǒng)系統(tǒng)集成和 IT 解決方案融合于一體，因此他們自然會選擇與倍福合作。"倍福加拿大分公司區(qū)域銷售經(jīng)理 Ted Sarazin 說道。

數(shù)字化改造后，一臺 C6030 超緊湊型工業(yè) PC 用于控制涂料生產(chǎn)系統(tǒng)

　　自動化技術(shù)助力優(yōu)化攪拌混合過程

　　Pépin 的新工廠內(nèi)有六個用于存放最常見的涂料生產(chǎn)原料的儲存罐，以及用于運送涂料助劑、樹脂、沙子等其它各種原料的搬運箱。自動化系統(tǒng)將物料從儲存罐和搬運箱輸送給正確的攪拌混合工位，并自動進料重新裝滿儲罐。系統(tǒng)可以控制溫度和壓力，同時監(jiān)測原料裝填狀態(tài)等情況。因此，它可以確保每種成分的添加量都足夠，并且在輸送過程中保持適當(dāng)?shù)恼扯?。過去，操作人員必須在攪拌混合前推著大桶，手動測量各種成分含量，而現(xiàn)在他們通過每臺涂料機自動啟動和管理這些生產(chǎn)過程。無論是手持平板電腦，還是安裝在工位上的平板電腦，都可以簡單地控制和查看數(shù)據(jù)，并在需要時發(fā)出報警。

　　倍福 C6030 超緊湊型工業(yè) PC 用作中央控制器。"倍福工業(yè) PC 的性能非常強大，并能夠?qū)崿F(xiàn)快速循環(huán)。"Centris 公司工業(yè)軟件開發(fā)工程師 Marc-André Duguay 說道。"通過 TwinCAT 軟件（尤其是 ST 語言結(jié)構(gòu)化文本），可以輕松訪問數(shù)據(jù)、進行編程和故障排除。"

　　倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性和連接性，能夠通過 OPC UA 與 Centris 開發(fā)的 SCADA 進行通信。它還簡化了工廠的本地組網(wǎng)工作，通過 TCP/IP 實現(xiàn)控制器和平板電腦之間的通信。AT 與 IT 技術(shù)的融合也有利于 ERP 生產(chǎn)系統(tǒng)的持續(xù)轉(zhuǎn)型升級。

EtherCAT 通信總線用于實現(xiàn)工廠中各種設(shè)備的組網(wǎng)，包括這些空壓機

　　EtherCAT 甚至可以實現(xiàn)危險區(qū)域的高效組網(wǎng)

　　EtherCAT 能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的現(xiàn)場級通信。倍福的 ELX 系列 EtherCAT 端子模塊能夠直接連接危險區(qū) 0 區(qū)內(nèi)的現(xiàn)場設(shè)備。這些模塊省去了傳統(tǒng)防爆方案中需要使用的額外防爆外殼和安全隔離柵，降低了系統(tǒng)和人力成本。

　　"EtherCAT 的配置也非常簡單：我們只需連接 I/O，點擊'掃描'，TwinCAT 就能找到所有節(jié)點。"Marc-André Duguay 補充道。Centris 除了使用倍福的 ELX 端子模塊之外，還使用了大量 IP20 級 EtherCAT 端子模塊，包括用于集成安全功能的 TwinSAFE 端子模塊。通過 EtherCAT 耦合器 EK1100 連接的遠程網(wǎng)段與氣動閥、大型壓縮機、用于混合涂料的變頻器等設(shè)備進行通信。EtherCAT 支持線型、樹型和星型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。尤其是環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它為 Centris 系統(tǒng)提供所需的線纜冗余。

　　此外，開放式以太網(wǎng)現(xiàn)場總線簡化了多個廠商架構(gòu)之間的通信工作。倍福的網(wǎng)關(guān)和總線耦合器支持 30 多種重要的通信協(xié)議。例如，倍福 16 端口以太網(wǎng)交換機 CU2016 可以輕松地通過 EtherNet/IP 集成原料計量秤。此外，TwinCAT 可以通過 BACnet 與氣體檢測和通風(fēng)系統(tǒng)進行通信。此外，樓宇自動化和工業(yè)自動化系統(tǒng)整合于一體，客戶因此能夠在 SCADA 中查看所有通風(fēng)信息，Marc-André Duguay 解釋道："化學(xué)煙霧達到一定濃度后會非常危險，工廠有報警裝置保護操作人員的人身安全，而通過可視化系統(tǒng)可以查看更多關(guān)鍵信息。"

藍色 ELX 端子模塊簡化了與危險環(huán)境中現(xiàn)場設(shè)備之間的通信，同時降低了原本需要的專用外殼和安全隔離柵的購置成本

溫度和壓力控制對于向攪拌混合工位輸送原料的自動化系統(tǒng)至關(guān)重要

　　自動化和 IT 技術(shù)的融合產(chǎn)生了令人驚嘆的結(jié)果

　　Pépin 在完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型后將產(chǎn)量提升了 150% 以上。"有了新系統(tǒng)之后，我們的產(chǎn)能從每天生產(chǎn) 8 個批次增加到 12 個批次，有時甚至能達到 15 個批次，平均每個批次的產(chǎn)量從 180 加侖增加到 300 加侖。"運營總監(jiān) Francis Pépin 說道。新系統(tǒng)不僅幫助這家工業(yè)涂料生產(chǎn)商顯著提高了生產(chǎn)透明度，而且優(yōu)化了生產(chǎn)調(diào)度，同時還能夠基于可付諸行動的數(shù)據(jù)洞察力分析和改進流程。精度的提高顯著減少了后期調(diào)整工作以及原材料浪費。"更好的生產(chǎn)過程控制將返工的批次數(shù)量從每月的 2 到 3 個減少至每季度只有 1 個。"Hélène Daigle 說道，"由于每個批次產(chǎn)品的大部分配料要么已經(jīng)過預(yù)先稱重，要么來自自動化系統(tǒng)，大大減少了工人在倉庫中尋找原材料花費的時間。"

　　Centris 認(rèn)為，基于 PC 和 EtherCAT 的自動化技術(shù)的使用還顯著提升了各個項目團隊的工作效率。自從公司改用倍福技術(shù)之后，調(diào)試時間也縮短了很多，即使對于復(fù)雜的系統(tǒng)也是如此。"與倍福這樣的控制系統(tǒng)供應(yīng)商合作讓我們感到踏實和放心，因為他們在自動化領(lǐng)域始終保持著技術(shù)領(lǐng)先地位，并不斷提升產(chǎn)品的技術(shù)水平。"Centris 公司創(chuàng)始人之一 Michel Kakos 說道。