MX-System：模塊化自動化組件徹底顛覆控制柜設計
http://www.debgrams.com 2022-05-25 16:35 來源：德國倍福自動化有限公司
MX-System：
致力于打造無控制柜自動化方案的可插拔式系統
倍福最新推出的 MX-System是一款模塊化自動化組件，凝聚了倍福在控制柜制造方面擁有的豐富經驗以及倍福在其它所有產品領域的專業知識，采用防護等級高達 IP 67 的全新外殼系統，可以直接安裝在機器設備上。由此打造出來的解決方案可以完全取代控制柜中安裝的傳統自動化系統，減少設備占地面積，降低風扇及其它散熱設備的能耗。倍福作為 PC 控制技術的領導者，在自動化領域再次掀起了一場顛覆性革命，為無控制柜設備設計樹立了新的標桿。
最初的可編程邏輯控制器只能處理設備和系統輸入輸出信號的關系，而現在基于 PC 的控制技術可以實現現代制造工藝中的所有自動化功能。I/O、驅動技術、安全技術、數據輸入、與上位系統的連接，甚至圖像處理任務，全部都由中央控制器處理。隨著需要處理的任務持續增加，盡管電子電力器件的體積已經在不斷變小，性能也更加強大，甚至還集成了安全功能，但控制柜的體積卻仍舊無法減小。情況甚至還恰恰相反，附加的自動化設備功能不斷增加了控制柜中專用功能組件的數量。
傳統控制柜通常可以分為幾個不同的功能區：
- 電力供應、熔斷器保護和配電
- 輔助電壓的產生和熔斷器保護
- 帶有輸入輸出的控制系統
- 電機控制
- 現場設備連接層
如果我們對比一下過去數十年里使用的控制柜技術，就會發現，包括上述功能區域的傳統控制柜基本結構幾乎沒有發生變化 — 無論是部件的數量還是尺寸。現在，控制柜內各部件的安裝接線工作仍然需要人工完成，并需要在控制柜的各個區域內部以及區域之間建立電氣連接。倍福認識到，只有所有設備或功能單元都使用統一的接口，才能夠一勞永逸地減少接線工作。我們的目標不僅是通過數字化和自動化提高控制柜的設計和制造效率，而且要完全取代傳統控制柜。因此，我們開發了 MX-System，它是一款模塊化的自動化組件，它配備標準的電氣和機械接口，通過底板插接模塊。
MX-System采用模塊化設計，具有各種功能模塊，可以根據具體的應用需求進行優化調整。
EtherCAT 用作整個系統的標準接口
EtherCAT 是自動化領域成熟的全球通信標準，具有獨特的“on-the-fly”運行機制，構成了 MX-System標準接口的技術基礎。EtherCAT 能夠用幾乎所有類型的拓撲結構和順序將大量 I/O 模塊、驅動器等組件連接至控制器，同時可以集成功能安全。EtherCAT 分布式時鐘功能能夠實現系統中所有組件的高精度同步，其偏差小于 100 ns。通過豐富的 EtherCAT 診斷功能可以盡早檢測、定位和消除所有故障，確保系統通信的穩定。
帶數據接口或帶數據和電源接口的不同版本的底板可以用于滿足不同的應用需求。
EtherCAT 可以滿足所有數據傳輸需求，僅需一個總線系統就足以滿足內部系統通信以及外部擴展的需要，這些擴展也可以通過 EtherCAT P 連接。EtherCAT P 是基于 EtherCAT 技術的單電纜自動化擴展方案，將數據通信與供電整合在一根電纜中。MX-System內除了 EtherCAT 接口之外，只需要再加一個電源接口，即僅需內置兩個接口。第一個接口用于 24 和 48 V DC 安全特低電壓供電以及傳輸 EtherCAT 協議。單個數據接口上同時集成了不同的電壓以及信號。第二個接口用于輸出最高 530 V AC（3 相，加上中性線和 PE 線）的電源電壓以及最高 848 V DC 的驅動系統直流母線總線電壓。
堅固耐用的底板解決方案
是完全取代傳統控制柜的基礎
MX-System的連接器與 PCB 背板一起封裝在堅固耐用的鋁型材壓鑄外殼中，上面可以插接各個功能模塊。這種由外殼和電力電子器件構成的單元被稱為底板，它除了配備機械外殼之外，還包含背板，一方面用于控制電壓和通信，另一方面用于供電。底板和模塊組合后的防護等級可達 IP67，采用被動散熱，工作溫度范圍為 0...50°，從而可以直接安裝在機器設備上，無需額外的保護外殼。因此，不再需要使用手動組裝的中央控制柜。MX-System組件的裝配非常簡單，只需一個工具就能夠將所有模塊擰到底板上。
底板可以輸出的最大電流為 63 A，其中 30 A用于安全特低電壓，能夠滿足大部分的自動化需求。底板的初始長度限制為 1 米，配備 24 個系統模塊槽位。集成的“后勤”系統可以記錄和監測溫度和濕度等環境參數，以及底板內的振動和沖擊情況。
底板有不同的版本可供選擇。緊湊型控制解決方案可以通過高度僅為 110 毫米的帶有功能模塊數據接口的 1 排版本底板接入主電源來實現。所需的 24 V 電源和工業 PC 都包含在功能模塊中。2 排版本的底板包括數據接口和底層電源接口。倍福將推出更多的底板版本，比如排內混合各種接口的版本，以及可以布置為三排的擴展版本，用于插接性能更強大的驅動模塊。
適用于所有控制功能的模塊
MX-System底板完全取代了傳統控制柜中各個組件間的接線，是自動化領域真正的創新。功能模塊相當于傳統控制柜中通常安裝的各個組件。但它們并不是 1:1 的替代關系，因為多個控制柜的功能可以被整合到一個功能模塊中。每個模塊內都已經集成了各種功能，包括出線熔斷器和連接器，如果需要更高的功率等級，則可以通過 M8 和 M12 信號連接器或倍福的 ECP/ENP 系列連接器提供。此外，很多電源模塊都集成有輸入接口，為執行機構的傳感器供電。所有這些解決方案都是倍福與在各行業處于領先地位的客戶緊密合作開發而成的。
Daniel Siegenbrink，倍福 MX-System產品經理
熱插拔功能模塊涵蓋了設備上所需的所有功能，分為工業 PC、總線耦合器、I/O 和運動控制、繼電器以及系統產品領域。它們都是基于倍福基于 PC 和 EtherCAT 的控制和驅動技術的成熟產品。該產品系列已經擴展到包括用于直接切換單相或三相交流執行機構的功能，如異步電機或電加熱器。倍福的運動控制產品系列已經進一步拓寬到變頻器。新產品還包括為控制功能提供所需基礎架構的系統模塊，例如，24 和 48 V DC 的開關電源、UPS 模塊和以太網交換機。
此外，倍福還開發了采用混合設計的模塊，包括供電模塊，它是一個將主電源接入點、主開關、電源濾波器、電能測量技術、剩余電流測量和 24 V DC 電源集成于一體的功能模塊。另一個典型產品是 EtherCAT P 輸出模塊，它配備了用于保護超低電壓和低電壓線路的熔斷器。
如果一個功能需要由安裝在傳統控制柜中的設備進行映射，則可以使用底板擴展功能模塊，它可以將底板延伸到右外側，保護安裝在里面的 IP20 設備，并可為數據接口和電源接口以及 EtherCAT 接口供電。系統模塊與其它所有功能模塊一樣，本身也是 EtherCAT 設備。因此，可以直接通過設備控制器進行控制、分析實際數值以及詳細診斷。
為設備制造商帶來優勢
模塊化的 MX-System可以幫助設備制造商減少大量控制柜設計和安裝以及所需的組件數量。根據初步的應用經驗，在某些情況下，電路圖及相關的工作量都減少了 80%，整體成本也相應降低。
設備和系統也可以被設計得更加節省空間，更加有針對性。設備制造商可以將結構緊湊的 MX-System直接安裝在設備機身上，從而無需單獨的控制柜以及相應的電纜敷設。這樣可以顯著簡化安裝過程，特別是使用預裝電纜時。這也意味著可插拔式安裝不再一定要由電工進行，也可以由機械作業人員完成。MX-System也始終為設備模塊化（目前是絕對必要的先決條件）提供最佳支持，因為它能夠以模塊化的方式沿著設備均勻分布。
對于設備制造商來說，另一個重要的方面是認證。MX-System是符合相關控制柜標準的控制柜替代解決方案。與傳統控制柜不同，它是一個符合 CE、UL CSA 和 IEC 認證的統一解決方案，因此也是可以滿足全球各項標準的解決方案。這意味著設備制造商可以真正實現按庫存生產，并且在交貨前，即在裝配過程中，無需考慮設備出口的目的地是哪個國家。
為控制柜制造帶來優勢
通過 MX-System和 EtherCAT，傳統的集中式控制方式變成了分散控制的分布式控制平臺
控制柜和面板制造商也可以從 MX-System中獲益，因為復雜的單獨布線被簡單、無差錯的插拔功能所取代。例如，以前需要花費 24 小時才能完成的控制柜組裝，現在基于模塊化的安裝僅需一小時左右。此外，它還能夠避免使用復雜控制柜時的接線出錯風險。工業預制模塊的使用幫助擺脫了以前繁瑣且容易出錯的人工制作控制柜的過程。
MX-System在物流方面也能夠為設備制造商帶來優勢。分析還表明，在某些情況下，傳統控制柜需要的組件減了 90%。此外，MX-System還能夠幫助很多設備制造商簡化他們的物流，因為這種易于安裝的技術免除了制造控制柜的外在需求。
為設備終端用戶帶來優勢
與傳統的控制柜不同，MX-System中僅使用聯網的組件，這也為故障診斷帶來優勢。這意味著可以隨時查詢每個單獨的保險絲、電源或主開關模塊的狀態 — 如同 EtherCAT 網絡中的設備常常會出現的情況。倍福設備診斷解決方案除了具有豐富的 EtherCAT 診斷選項之外，每個模塊還有唯一的序列號。每個模塊的正面有一個 DataMatrix 碼，用戶可以通過智能手機 APP 掃描這個二維碼。智能手機通過無線網絡與控制器交互并獲取相應的診斷數據，如模塊狀態及錯誤寄存器。這樣，智能手機成為一個“萬用表和示波器”，不僅僅只是取代傳統的測量設備。維修或服務人員無需測量硬件即可準確了解某個功能或模塊的狀態。這也為設備的總體運行帶來積極影響。
模塊更換方便以及全面的診斷方案可以簡化維護和維修工作，這對于設備和系統操作人員來說也非常重要。各個自動化功能被封裝在單個模塊中，因此可以在模塊層面對電氣故障簡單地進行診斷。現場維護工程師只需使用狀態指示燈、智能手機和倍福設備診斷系統確定模塊的狀態，然后決定是否需要更換模塊、連接現場設備的電纜或現場設備本身。
維護維修工作的簡化為設備和系統操作人員提供了很多優勢，例如，顯著縮短維修時間，因為維修工程師可以借助設備診斷功能快速查找故障位置（如電纜或模塊）。模塊的可插拔設計使得它們更換起來更加方便。熱插拔功能甚至支持在不切斷設備電源的情況下進行更換。功能被封裝在單個功能模塊中，帶來的額外好處是只需存放少量的備件。系統通過 EtherCAT 總線實現通信，確保能夠充分滿足現代化預測性維護管理的需求。總而言之，MX-System可為設備制造商和設備運營商帶來巨大的競爭優勢，為未來實現無控制柜自動化鋪平了道路。
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）公司總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多國際標準。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和TwinCAT自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。倍福于1997年進入中國市場，致力于幫助制造企業提升競爭優勢，加速轉型升級。倍福在業內享有“創新引擎”的美譽，公司所倡導的PC控制技術具有良好的開放性，將IT技術、互聯網和自動化技術完美融合，助力實現工業 4.0 和智能制造。憑借領先的技術優勢和豐富的行業知識，倍福的創新產品和解決方案廣泛應用于風力發電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、物流輸送以及樓宇自控等眾多領域。
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