倍福XFC 極速控制技術在工業及采礦業輸送帶監測系統中的應用
大陸集團：高速、高精度測量技術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致散裝物料搬運或采礦業中使用的設備嚴重受損。為了在早期階段確定此類問題，并避免經常性的相關維修產生巨大費用開銷，ContiTech 和Continental Engineering Service 公司共同開發了兩套輸送帶監測系統。這兩套系統需要非常快速、高精度地記錄和處理傳感器數據。Beckhoff 的 EtherCAT 和 XFC 極速控制技術提供了一個高效的解決方案。

   
  在婆羅洲，ContiTech 輸送系統用在露天煤礦中，用于裝載運輸船只 

  Continental Engineering Services（CES）公司總部位于德國法蘭克福，自 2006 年起，就一直是一家獨立的工程服務供應商。CES 與總部位于德國諾特海姆的 ContiTech Transportbandsysteme 公司一起開發了兩套不同的 Conti Protect 系列電子輸送帶監測系統，它們可以集成在由 ContiTech 公司出售的輸送系統中。這兩套系統的設計、生產和測試完全符合汽車行業所需的標準。 
  第一套系統被稱為 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重的拼接問題。最新開發出的第二套系統叫做 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。這兩套監測系統在緊急情況下會讓輸送帶停止運行，如果有需要，ContiTech 的工作人員也能夠遠程進行維護。這樣，就可以優化運行成本、提高系統利用率并減少事故風險。

 
  婆羅洲現場：Continental Engineering Services 公司的工業解決方案部門的 Hans Christian Enders 站在 BRD 系統的控制柜旁

  可靠地捕捉輸送帶高速運行時的測試信號
  這兩套系統都基于電磁感應效應。在 BRD 系統中，導體回路被硫化到輸送帶中。它們傳輸了一個發射器和接收器之間的高頻測試信號。如果這樣一個回路被損壞，接收器端的信號接收也會失敗；系統控制檢測到這一情況并自動讓輸送帶停止運行。這樣能夠在輸送帶運行期間可靠地檢測出一些監測點上新出現的縱向裂痕，即使在輸送帶全速運行情況下。SEM 涉及到精確的接頭長度測量，這些接頭用來連接重達 40 噸的輸送帶各段。接頭中的鋼帶產生感應效應。 
  對于 SEM，測量點數量通過輸送帶段的數量確定，一般在 50 左右。對于 BRD 系統，應每 50 米提供一個導體回路，雖然在某些情況下，根據不同的應用，它們可能相隔 100 到 200 米。輸送帶速度最高可達 40 公里/小時，因此對數據采集和采樣率有很高的要求。BRD 每秒鐘記錄約 2000 個值，SEM 每秒鐘最多可記錄 400,000 個值，考慮到不可避免的輸送帶振動，可以高精度測量遠小于 1 毫米的長度。

   
  BRD 系統通過轉數計數器記錄由發射器發出的信號以及輸送帶速度

  控制技術必須快速、精確、具有良好的魯棒性 
  SEM 已經借助 Beckhoff 基于 PC 的控制技術滿足 2010 年來對數據處理速度的巨大需求。CES 工業解決方案部門的 Hans Christian Enders 解釋道：“最重要的是 EtherCAT 技術的使用，它能夠實現高性能的實時以太網通訊，直達 I/O 級。XFC 中的分布式時鐘和時間戳功能構成了極精確的數據采集的基礎。由于我們通過 SEM 積累了豐富經驗，我們決定在 BRD 系統上也使用倍福的技術。”
  他們的技術不僅具有出色的性能，而且具有很好的魯棒性，Hans Christian Enders 繼續說道：“這么多年，在最困難的時候，我們一直使用倍福的技術，包括高級別 EMC、粉塵和振動載荷、大范圍溫度波動及高濕度條件。我們從來沒有出現過技術問題。例如，在智利一個海拔為 3000 米的銅礦場中，控制系統直接安裝在暴露于極端溫度條件和顆粒物的區域中。此外，系統不僅在 IP 67 級控制柜內，而且在暴露的外部環境中都通過了這項耐久性測試，因為門經常一連幾個星期都是開著的。BRD 系統也經得起極端溫度和高濕度，如在婆羅洲的一個露天煤礦中。適合控制柜安裝的面板型 PC CP6202 前面板防護等級為 IP 65，非常適合應用于這類極端環境條件，即使是在清洗時或大型多兆瓦級驅動造成的 EMC 載荷。”
  概覽
  輸送系統解決方案
  可靠的輸送帶監測系統
  為客戶帶來的好處
  優化系統可用性，降低事故風險
  PC 控制結構
  EtherCAT：高性能數據通訊，也可選擇通過光纖電纜實現
  XFC: 通過分布式時鐘、時間戳和超采樣功能實現高精度數據處理
  TwinCAT：通過用戶友好的示波功能實現高效工程
  高速數據通訊，快速實現工程設計
  帶 15 英寸觸摸屏的面板型 PC CP6202 用于裝有 TwinCAT 自動化軟件和 TwinCAT PLC HMI 的控制系統。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。特殊的超采樣數據類型能夠在一個通訊周期內多次掃描過程數值并在傳輸一個數組中的所有數據。超采樣因子是指一個通訊周期內的采樣數量。
  在輸送帶監測系統中，超采樣值為 100，即每毫秒周期時間 100 個采樣。這使得它可以傳輸大量數據 — 對于 BRD 和 SEM 系統，分別為每秒鐘 2000 和 400,000 個信號 — 到處理速度超高的工業 PC。Hans Christian Enders 提到另一個優點：“EtherCAT 通訊系統不僅功能非常強大，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，因為我們的一些設施的測量點可能是幾百米以外的控制柜。” 
  速度也在 SEM 的開發中發揮了重要作用。對于第一套系統，公司只用了半年時間，包括傳感器的開發。Hans Christian Enders 繼續說道：“TwinCAT 對我們的幫助頗多。由于具有高效的編程接口和現有軟件組件或功能塊的使用，我們能夠大大縮短開發時間。其它好處包括使用 TwinCAT 示波功能簡化故障排除工作，能夠實現單步調試和用戶友好的曲線顯示和信號分析。通過這種方式可以快速驗證正確的硬件安裝，這在調試過程中是一個特別重要的因素。”

 
  發射裝置與配備有 BRD 的輸送帶中的導體回路 

   
  發射裝置和配備有 SEM 的兩個輸送帶段的接頭 

  可擴展性和控制系統的開放性 
  除了基于 PC 的控制技術的速度和實時性，CES 也從可擴展性和系統的開放性中受益，正如 Hans Christian Enders 解釋的那樣：“控制技術可以很輕松地滿足各客戶的需求。例如，它可以通過適當的 I/O 端子模塊非常簡單地集成一個基于 PROFIBUS 或 CAN 的客戶端數據結構，在實際數據處理所需的 EtherCAT 通訊方面沒有任何限制。”
  從本質上說，基于 PC 的控制技術還利用 IT 技術展示了系統的開放性。例如，可以使用成熟的工具（如 TeamViewer）毫不費力地對安裝在全球各地的輸送系統進行遠程維護。這樣可以顯著節省時間和行程成本。通過 TwinCAT SMTP 服務器，可以集成用于測量點視覺監測的網絡攝像頭。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，用這一開發工具寫的第一個應用程序已經存在。我們將它用在我們的工業雷達傳感器中，使得這一解決方案更加高效和有價值，而我們也將進一步擴大使用 TwinCAT 3。”