基于 PC 的控制技术和 EtherCAT 总线显著提高过程自动化和数据透明度

　　涂料厂数字化转型助力产量提升 150%

　　加拿大 Pépin Industries 公司自 1958 年成立以来一直从事工业涂料的生产与销售。当 Pépin 搬迁到一个更大的工厂时，系统集成商 Centris Technologies 采用倍福的开放式控制技术实现了传统生产过程的自动化，实现现场层与 IT 层之间的连续通信，确保生产全过程透明化。

　　工业涂料是长效、优质保护从小型空压机到工业重型机械等在恶劣环境下工作的设备的重要方法。涂料质量的一致性直接关系到表面防护性能以及品牌效应等。传统制造商 Pépin Industries 主要从事溶剂型工业涂料的生产，公司一直以快速生产周期闻名。如果根据行业标准衡量，其生产批量可能较小，通常只有几百加仑(1 加仑≈4.5 升)，但这种方法让客户能够在需要的时候精确订购他们需要的量。

　　过去，耗时的人工流程限制了订单履行的可追溯性和工厂员工的效率，从而限制了公司的规模化生产能力。当 Pépin 搬到魁北克省考恩斯维尔的新工厂时，他们找到了 Centris Technologies，希望用创新的自动化解决方案实现其传统业务的数字化转型。这家位于蒙特利尔地区的系统集成商自 2010 年开始承接涂料厂升级改造业务，在市场上享有很高的声誉。“经过多年的发展，我们的智能工厂服务项目目前已包括自动化和控制、MES 及 SCADA 等工业软件，以及 ERP 系统对接和 Web 服务整合。”Centris 公司联席总裁 Eric Thibaudeau 说道。

　　基于 PC 的控制技术大幅提高生产效率

　　技术升级与更新换代的目的是提高精度和透明度，以及产量。Pépin 公司生产部和实验室主任 Hélène Daigle 说道：“过去，我们高度依赖人工流程，因此很难实现全程跟踪生产过程。操作人员虽然有工作单，但很难弄清楚他们在搅拌混合过程中是否严格遵守了操作步骤和配料量。”这样会导致未通过质量检验的涂料返工，或者由于着色效果不佳、成分配比不正确或受到污染而销毁一个批次的涂料。由于缺乏数据记录，因此很难确定生产过程中存在的问题，也很难在日后纠正这些问题。因此 Pépin 邀请 Centris 公司攻克这一难题。工程团队利用其 IT 和自动化技术(AT)专业知识实现了先进的解决方案，包括提高生产过程可追溯性、设备监控、预测性维护等。

　　涂料厂中的一些化学物质容易引发爆炸，因此设备控制和数据采集变得更加复杂。此外，Centris 团队一直采用工业 PC 技术，但他们以前的供应商提供的控制器面临着过时、性能不可靠和缺乏互操作性等难题。鉴于之前与倍福加拿大分公司合作的项目取得巨大成功，Centris 公司决定改用倍福基于 PC 的控制技术，包括 Pépin 的应用。“Centris 公司负责将传统系统集成和 IT 解决方案融合于一体，因此他们自然会选择与倍福合作。”倍福加拿大分公司区域销售经理 Ted Sarazin 说道。

　　自动化技术助力优化搅拌混合过程

　　Pépin 的新工厂内有六个用于存放最常见的涂料生产原料的储存罐，以及用于运送涂料助剂、树脂、沙子等其它各种原料的搬运箱。自动化系统将物料从储存罐和搬运箱输送给正确的搅拌混合工位，并自动进料重新装满储罐。系统可以控制温度和压力，同时监测原料装填状态等情况。因此，它可以确保每种成分的添加量都足够，并且在输送过程中保持适当的粘度。过去，操作人员必须在搅拌混合前推着大桶，手动测量各种成分含量，而现在他们通过每台涂料机自动启动和管理这些生产过程。无论是手持平板电脑，还是安装在工位上的平板电脑，都可以简单地控制和查看数据，并在需要时发出报警。

　　倍福 C6030 超紧凑型工业 PC 用作中央控制器。“倍福工业 PC 的性能非常强大，并能够实现快速循环。”Centris 公司工业软件开发工程师 Marc-André Duguay 说道。“通过 TwinCAT 软件(尤其是 ST 语言结构化文本)，可以轻松访问数据、进行编程和故障排除。”

　　倍福基于 PC 的控制技术具有良好的开放性和连接性，能够通过 OPC UA 与 Centris 开发的 SCADA 进行通信。它还简化了工厂的本地组网工作，通过 TCP/IP 实现控制器和平板电脑之间的通信。AT 与 IT 技术的融合也有利于 ERP 生产系统的持续转型升级。

　　EtherCAT 甚至可以实现危险区域的高效组网

　　EtherCAT 能够实现连续的现场级通信。倍福的 ELX 系列 EtherCAT 端子模块能够直接连接危险区 0 区内的现场设备。这些模块省去了传统防爆方案中需要使用的额外防爆外壳和安全隔离栅，降低了系统和人力成本。

　　“EtherCAT 的配置也非常简单：我们只需连接 I/O，点击‘扫描’，TwinCAT 就能找到所有节点。”Marc-André Duguay 补充道。Centris 除了使用倍福的 ELX 端子模块之外，还使用了大量 IP20 级 EtherCAT 端子模块，包括用于集成安全功能的 TwinSAFE 端子模块。通过 EtherCAT 耦合器 EK1100 连接的远程网段与气动阀、大型压缩机、用于混合涂料的变频器等设备进行通信。EtherCAT 支持线型、树型和星型等拓扑结构。尤其是环形拓扑结构，它为 Centris 系统提供所需的线缆冗余。

　　此外，开放式以太网现场总线简化了多个厂商架构之间的通信工作。倍福的网关和总线耦合器支持 30 多种重要的通信协议。例如，倍福 16 端口以太网交换机 CU2016 可以轻松地通过 EtherNet/IP 集成原料计量秤。此外，TwinCAT 可以通过 BACnet 与气体检测和通风系统进行通信。此外，楼宇自动化和工业自动化系统整合于一体，客户因此能够在 SCADA 中查看所有通风信息，Marc-André Duguay 解释道：“化学烟雾达到一定浓度后会非常危险，工厂有报警装置保护操作人员的人身安全，而通过可视化系统可以查看更多关键信息。”

　　自动化和 IT 技术的融合产生了令人惊叹的结果

　　Pépin 在完成数字化转型后将产量提升了 150% 以上。“有了新系统之后，我们的产能从每天生产 8 个批次增加到 12 个批次，有时甚至能达到 15 个批次，平均每个批次的产量从 180 加仑增加到 300 加仑。”运营总监 Francis Pépin 说道。新系统不仅帮助这家工业涂料生产商显著提高了生产透明度，而且优化了生产调度，同时还能够基于可付诸行动的数据洞察力分析和改进流程。精度的提高显著减少了后期调整工作以及原材料浪费。“更好的生产过程控制将返工的批次数量从每月的 2 到 3 个减少至每季度只有 1 个。”Hélène Daigle 说道，“由于每个批次产品的大部分配料要么已经过预先称重，要么来自自动化系统，大大减少了工人在仓库中寻找原材料花费的时间。”

　　Centris 认为，基于 PC 和 EtherCAT 的自动化技术的使用还显著提升了各个项目团队的工作效率。自从公司改用倍福技术之后，调试时间也缩短了很多，即使对于复杂的系统也是如此。“与倍福这样的控制系统供应商合作让我们感到踏实和放心，因为他们在自动化领域始终保持着技术领先地位，并不断提升产品的技术水平。”Centris 公司创始人之一 Michel Kakos 说道。

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　　图片译文