倍福XFC 極速控制技術(shù)在工業(yè)及采礦業(yè)輸送帶監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用
大陸集團(tuán)：高速、高精度測量技術(shù)能夠早期檢測出輸送帶損傷

  由尖銳的物體引起的輸送帶或縱向槽各段之間的拼接問題很容易導(dǎo)致散裝物料搬運(yùn)或采礦業(yè)中使用的設(shè)備嚴(yán)重受損。為了在早期階段確定此類問題，并避免經(jīng)常性的相關(guān)維修產(chǎn)生巨大費(fèi)用開銷，ContiTech 和Continental Engineering Service 公司共同開發(fā)了兩套輸送帶監(jiān)測系統(tǒng)。這兩套系統(tǒng)需要非常快速、高精度地記錄和處理傳感器數(shù)據(jù)。Beckhoff 的 EtherCAT 和 XFC 極速控制技術(shù)提供了一個(gè)高效的解決方案。

   
  在婆羅洲，ContiTech 輸送系統(tǒng)用在露天煤礦中，用于裝載運(yùn)輸船只 

  Continental Engineering Services（CES）公司總部位于德國法蘭克福，自 2006 年起，就一直是一家獨(dú)立的工程服務(wù)供應(yīng)商。CES 與總部位于德國諾特海姆的 ContiTech Transportbandsysteme 公司一起開發(fā)了兩套不同的 Conti Protect 系列電子輸送帶監(jiān)測系統(tǒng)，它們可以集成在由 ContiTech 公司出售的輸送系統(tǒng)中。這兩套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測試完全符合汽車行業(yè)所需的標(biāo)準(zhǔn)。 
  第一套系統(tǒng)被稱為 Splice Elongation Measurement（SEM），它可以檢測最厚為 10 厘米、寬 4 米、長 10 公里的輸送帶各段之間嚴(yán)重的拼接問題。最新開發(fā)出的第二套系統(tǒng)叫做 Belt Rip Detection（BRD），它可以在早期階段就檢測出輸送帶中的縱向裂痕。這兩套監(jiān)測系統(tǒng)在緊急情況下會(huì)讓輸送帶停止運(yùn)行，如果有需要，ContiTech 的工作人員也能夠遠(yuǎn)程進(jìn)行維護(hù)。這樣，就可以優(yōu)化運(yùn)行成本、提高系統(tǒng)利用率并減少事故風(fēng)險(xiǎn)。

 
  婆羅洲現(xiàn)場：Continental Engineering Services 公司的工業(yè)解決方案部門的 Hans Christian Enders 站在 BRD 系統(tǒng)的控制柜旁

  可靠地捕捉輸送帶高速運(yùn)行時(shí)的測試信號(hào)
  這兩套系統(tǒng)都基于電磁感應(yīng)效應(yīng)。在 BRD 系統(tǒng)中，導(dǎo)體回路被硫化到輸送帶中。它們傳輸了一個(gè)發(fā)射器和接收器之間的高頻測試信號(hào)。如果這樣一個(gè)回路被損壞，接收器端的信號(hào)接收也會(huì)失�。幌到y(tǒng)控制檢測到這一情況并自動(dòng)讓輸送帶停止運(yùn)行。這樣能夠在輸送帶運(yùn)行期間可靠地檢測出一些監(jiān)測點(diǎn)上新出現(xiàn)的縱向裂痕，即使在輸送帶全速運(yùn)行情況下。SEM 涉及到精確的接頭長度測量，這些接頭用來連接重達(dá) 40 噸的輸送帶各段。接頭中的鋼帶產(chǎn)生感應(yīng)效應(yīng)。 
  對于 SEM，測量點(diǎn)數(shù)量通過輸送帶段的數(shù)量確定，一般在 50 左右。對于 BRD 系統(tǒng)，應(yīng)每 50 米提供一個(gè)導(dǎo)體回路，雖然在某些情況下，根據(jù)不同的應(yīng)用，它們可能相隔 100 到 200 米。輸送帶速度最高可達(dá) 40 公里/小時(shí)，因此對數(shù)據(jù)采集和采樣率有很高的要求。BRD 每秒鐘記錄約 2000 個(gè)值，SEM 每秒鐘最多可記錄 400,000 個(gè)值，考慮到不可避免的輸送帶振動(dòng)，可以高精度測量遠(yuǎn)小于 1 毫米的長度。

   
  BRD 系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器記錄由發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)以及輸送帶速度

  控制技術(shù)必須快速、精確、具有良好的魯棒性 
  SEM 已經(jīng)借助 Beckhoff 基于 PC 的控制技術(shù)滿足 2010 年來對數(shù)據(jù)處理速度的巨大需求。CES 工業(yè)解決方案部門的 Hans Christian Enders 解釋道：“最重要的是 EtherCAT 技術(shù)的使用，它能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊，直達(dá) I/O 級(jí)。XFC 中的分布式時(shí)鐘和時(shí)間戳功能構(gòu)成了極精確的數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。由于我們通過 SEM 積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，我們決定在 BRD 系統(tǒng)上也使用倍福的技術(shù)�！�
  他們的技術(shù)不僅具有出色的性能，而且具有很好的魯棒性，Hans Christian Enders 繼續(xù)說道：“這么多年，在最困難的時(shí)候，我們一直使用倍福的技術(shù)，包括高級(jí)別 EMC、粉塵和振動(dòng)載荷、大范圍溫度波動(dòng)及高濕度條件。我們從來沒有出現(xiàn)過技術(shù)問題。例如，在智利一個(gè)海拔為 3000 米的銅礦場中，控制系統(tǒng)直接安裝在暴露于極端溫度條件和顆粒物的區(qū)域中。此外，系統(tǒng)不僅在 IP 67 級(jí)控制柜內(nèi)，而且在暴露的外部環(huán)境中都通過了這項(xiàng)耐久性測試，因?yàn)殚T經(jīng)常一連幾個(gè)星期都是開著的。BRD 系統(tǒng)也經(jīng)得起極端溫度和高濕度，如在婆羅洲的一個(gè)露天煤礦中。適合控制柜安裝的面板型 PC CP6202 前面板防護(hù)等級(jí)為 IP 65，非常適合應(yīng)用于這類極端環(huán)境條件，即使是在清洗時(shí)或大型多兆瓦級(jí)驅(qū)動(dòng)造成的 EMC 載荷�！�
  概覽
  輸送系統(tǒng)解決方案
  可靠的輸送帶監(jiān)測系統(tǒng)
  為客戶帶來的好處
  優(yōu)化系統(tǒng)可用性，降低事故風(fēng)險(xiǎn)
  PC 控制結(jié)構(gòu)
  EtherCAT：高性能數(shù)據(jù)通訊，也可選擇通過光纖電纜實(shí)現(xiàn)
  XFC: 通過分布式時(shí)鐘、時(shí)間戳和超采樣功能實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)處理
  TwinCAT：通過用戶友好的示波功能實(shí)現(xiàn)高效工程
  高速數(shù)據(jù)通訊，快速實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)
  帶 15 英寸觸摸屏的面板型 PC CP6202 用于裝有 TwinCAT 自動(dòng)化軟件和 TwinCAT PLC HMI 的控制系統(tǒng)。I/O 層采用的是 EtherCAT 端子模塊，包括具有超采樣功能的 XFC 模擬量輸入端子模塊 EL3702。特殊的超采樣數(shù)據(jù)類型能夠在一個(gè)通訊周期內(nèi)多次掃描過程數(shù)值并在傳輸一個(gè)數(shù)組中的所有數(shù)據(jù)。超采樣因子是指一個(gè)通訊周期內(nèi)的采樣數(shù)量。
  在輸送帶監(jiān)測系統(tǒng)中，超采樣值為 100，即每毫秒周期時(shí)間 100 個(gè)采樣。這使得它可以傳輸大量數(shù)據(jù) — 對于 BRD 和 SEM 系統(tǒng)，分別為每秒鐘 2000 和 400,000 個(gè)信號(hào) — 到處理速度超高的工業(yè) PC。Hans Christian Enders 提到另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：“EtherCAT 通訊系統(tǒng)不僅功能非常強(qiáng)大，它也支持通過光纖電纜通訊。對于我們來說，這是特別重要的，因?yàn)槲覀兊囊恍┰O(shè)施的測量點(diǎn)可能是幾百米以外的控制柜�！� 
  速度也在 SEM 的開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。對于第一套系統(tǒng)，公司只用了半年時(shí)間，包括傳感器的開發(fā)。Hans Christian Enders 繼續(xù)說道：“TwinCAT 對我們的幫助頗多。由于具有高效的編程接口和現(xiàn)有軟件組件或功能塊的使用，我們能夠大大縮短開發(fā)時(shí)間。其它好處包括使用 TwinCAT 示波功能簡化故障排除工作，能夠?qū)崿F(xiàn)單步調(diào)試和用戶友好的曲線顯示和信號(hào)分析。通過這種方式可以快速驗(yàn)證正確的硬件安裝，這在調(diào)試過程中是一個(gè)特別重要的因素�！�

 
  發(fā)射裝置與配備有 BRD 的輸送帶中的導(dǎo)體回路 

   
  發(fā)射裝置和配備有 SEM 的兩個(gè)輸送帶段的接頭 

  可擴(kuò)展性和控制系統(tǒng)的開放性 
  除了基于 PC 的控制技術(shù)的速度和實(shí)時(shí)性，CES 也從可擴(kuò)展性和系統(tǒng)的開放性中受益，正如 Hans Christian Enders 解釋的那樣：“控制技術(shù)可以很輕松地滿足各客戶的需求。例如，它可以通過適當(dāng)?shù)?nbsp;I/O 端子模塊非常簡單地集成一個(gè)基于 PROFIBUS 或 CAN 的客戶端數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在實(shí)際數(shù)據(jù)處理所需的 EtherCAT 通訊方面沒有任何限制�！�
  從本質(zhì)上說，基于 PC 的控制技術(shù)還利用 IT 技術(shù)展示了系統(tǒng)的開放性。例如，可以使用成熟的工具（如 TeamViewer）毫不費(fèi)力地對安裝在全球各地的輸送系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。這樣可以顯著節(jié)省時(shí)間和行程成本。通過 TwinCAT SMTP 服務(wù)器，可以集成用于測量點(diǎn)視覺監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)攝像頭。Hans Christian Enders 看到了未來的更多潛力：“通過移植到 TwinCAT 3 中，Visual Studio® 中的集成也將為我們帶來很大益處。在我們開始使用 TwinCAT 3 之前，用這一開發(fā)工具寫的第一個(gè)應(yīng)用程序已經(jīng)存在。我們將它用在我們的工業(yè)雷達(dá)傳感器中，使得這一解決方案更加高效和有價(jià)值，而我們也將進(jìn)一步擴(kuò)大使用 TwinCAT 3。”