能源與鋼鐵等行業(yè)中所使用的機械設備構造較為復雜，因此對投入使用的測量和分析系統的要求也相對較高。這不僅要求系統能夠快速、精確地進(jìn)行數據采集，還要求系統設計盡可能靈活、具有可擴展性、注重成本效益以及節省空間。因此，Bonnenberg & Drescher 公司為其聲波測溫（AGAM）系統配備了倍福基于 PC 和 EtherCAT 的控制和測量技術(shù)。

Bonnenberg & Drescher 公司總部位于德國亞登霍文，專(zhuān)注于生產(chǎn)工藝分析與優(yōu)化，其產(chǎn)品主要應用于燃燒控制領(lǐng)域。公司成立于 1971 年，成立初期主要承接核電工程項目：包括冷卻系統及關(guān)鍵部件的設計與使用壽命的分析，以及核安全防護方案的制定與實(shí)施，如輻射防護、放射性物質(zhì)的安全運輸以及核電環(huán)境排放監測。上世紀 80 年代，公司經(jīng)營(yíng)范圍擴大至傳統發(fā)電領(lǐng)域，尤其專(zhuān)注于燃燒工藝的分析與優(yōu)化。自上世紀 90 年代初以來(lái)，公司一直采用 AGAM 系統實(shí)現上述目標，并將其廣泛應用于垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)和高爐。 

AGAM 系統前：Bonnenberg & Drescher 公司總經(jīng)理 Matthias Ritter 博士（左）和 Martin Brodeck 博士（右），以及倍福萊茵魯爾分公司負責人Ralf Stachelhaus（中間）

用于測量電廠(chǎng)鍋爐內氣體溫度的完整 AGAM 系統的示意圖

Bonnenberg & Drescher 公司的聲波測溫（AGAM）系統的測量裝置

此款測量系統的物理原理非常簡(jiǎn)單：氣體中的聲波速度取決于氣體溫度，即氣體的溫度越高，聲波的傳播速度越快。為了精確測量氣體溫度，鍋爐四周分布了多個(gè)傳聲器，它們會(huì )生成一個(gè)所有裝置同時(shí)接收的信號，然后將該信號用于計算鍋爐內氣體的二維溫度曲線(xiàn)。這種方法的獨特優(yōu)勢在于它能夠無(wú)輻射測量氣體溫度，從而優(yōu)化設備生產(chǎn)流程，達到以下效果：

- 優(yōu)化燃燒過(guò)程，減少燃料用量，并降低二氧化碳排放量

- 顯著(zhù)減少設備腐蝕

- 提升設備產(chǎn)能和利用率（垃圾焚燒） 

基于 PC 的控制技術(shù)取代專(zhuān)用產(chǎn)品，無(wú)需額外添加組件

過(guò)去，測量和分析系統的系統設置方式相當“傳統”：以 25 kHz 的采樣頻率（即 400,000 值/秒）最多可采集 16 個(gè)通道的測量數據，隨后這些測量值會(huì )由一個(gè)性能強大的服務(wù)器系統處理和歸檔（例如運用傅里葉變換及關(guān)聯(lián)方法）。此外，還需要一個(gè)用于實(shí)現簡(jiǎn)單自動(dòng)化功能的 PLC 和各種專(zhuān)用產(chǎn)品，如用于高速、高確定性和高分辨率地采集模擬量信號（聲波）的模數轉換器。 

而使用倍?；?PC 的控制技術(shù)可以將所需的組件數量減少至只需一個(gè) CPU 系統。CX2062 嵌入式控制器搭載 Intel? Xeon? CPU（2.0 GHz 時(shí)鐘頻率和 8 核處理器），滿(mǎn)足了實(shí)現計算密集型分析應用的性能要求，必要時(shí)也可以搭載性能更強大的處理器。Bonnenberg & Drescher 公司認為，模擬量信號的快速、實(shí)時(shí)同步采集和數字化處理保證了分析系統的質(zhì)量。采樣率越高，尤其是時(shí)間分辨率越高，抖動(dòng)就越低，通過(guò)傅里葉分析和測量通道關(guān)聯(lián)性進(jìn)行的溫度測量就越精確。這正是 EL3702 EtherCAT 模擬量輸入端子模塊發(fā)揮其作用的地方，因為這些端子模塊具有超采樣功能，即除了每個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)周期之外，它們還運行自己的測量周期，可以用它來(lái)對現場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行“超采樣”。EtherCAT的分布式時(shí)鐘意味著(zhù)時(shí)間分辨率也非常精確（+/-20 ns）。此外，整個(gè)數據集以相同的精度與 EtherCAT 周期和 TwinCAT 軟件應用程序同步并添加時(shí)間戳。EL3702 EtherCAT 端子模塊的信號采集速度達到 100 kHz，且采用新系統后，通道的數量上限也將超過(guò) 16 個(gè)。 

CX2062 嵌入式控制器以及插接的 EtherCAT 端子模塊構成性能強大、高度緊湊的測量和分析系統控制解決方案

模塊化系統助力提升靈活性

ADS 路由是 TwinCAT 系統的通信中心。預處理的數據可以通過(guò) ADS 路由提供給其它應用程序使用，這些數據再通過(guò) ADS-DLL 傳輸到 AGAM 系統的 C# 環(huán)境中進(jìn)行進(jìn)一步處理。處理結果隨后再通過(guò) ADS 傳輸回 TwinCAT 系統，并可通過(guò) EtherCAT、PROFINET 和 Modbus 等常見(jiàn)的現場(chǎng)總線(xiàn)接口從 TwinCAT 系統傳輸至客戶(hù)系統，或作為客戶(hù)網(wǎng)絡(luò )中的可視化 Web 接口提供。 

根據 Bonnenberg & Drescher 的應用經(jīng)驗，系統的 I/O 層也非常容易擴展?，F有系統可以通過(guò)簡(jiǎn)單地插接更多的端子模塊進(jìn)行擴展，然后只需在軟件內形成更多現有軟件模塊的實(shí)例。帶光纖接口（塑料、多?；騿文９饫w）的 EtherCAT 耦合器能夠進(jìn)行遠距離測量并大幅減少模擬量接線(xiàn)工作，進(jìn)而提升系統靈活性。 

通過(guò)對等的控制系統進(jìn)行質(zhì)量控制

倍福技術(shù)的使用也使系統在質(zhì)保方面取得了顯著(zhù)進(jìn)步。對于必要的模擬，測量任務(wù)使用基本相同的對等系統實(shí)現：通過(guò)帶超采樣功能的 EL4732 模擬量輸出端子模塊產(chǎn)生的傳聲器數據模擬鍋爐上使用的組件，并在反方向相應生成 24 V 信號。每個(gè)測量系統在交付給客戶(hù)之前都要經(jīng)過(guò)數天的耐久性測試。 

改進(jìn)后的 AGAM-Q1 系統也已于 2021 年正式投入使用，并已獲得德國萊茵 TüV 檢驗機構的認證，適用于經(jīng)過(guò)官方認證的設備溫度測量。EL4723 輸出端子模塊可用于實(shí)現符合相關(guān)法律法規的測量系統自檢。 

過(guò)電流保護端子模塊節省空間和成本

EL9227-5500 電子過(guò)電流保護端子模塊主要用于它的規范使用：用帶 EtherCAT 接口的電子熔斷器取代傳統的熔斷器。這樣帶來(lái)的好處包括：

- 節省空間和成本

- 靈活配置脫扣電流、電流及電壓的預警等級、熔斷器特性、啟動(dòng)行為等

- 完整的電流和電壓測量功能，作為 PLC 的循環(huán)過(guò)程數據（電源和負載診斷）

- 豐富的診斷功能，例如可以診斷觸發(fā)原因、用戶(hù)設置更改和日志文件 

此外，Bonnenberg & Drescher 還發(fā)現了另一個(gè)非常有用的應用場(chǎng)景：將電子過(guò)電流保護端子模塊用作具有測量和診斷功能的數字量開(kāi)關(guān)輸出，即用于電磁閥。EtherCAT 端子模塊的測量功能可以通過(guò)趨勢線(xiàn)顯示開(kāi)關(guān)點(diǎn)的電流和電壓特性，因此現在可以輕松、可靠地診斷各種閥門(mén)故障，比如電纜斷裂、線(xiàn)圈缺陷或閥門(mén)機械缺陷。 

系統集成帶來(lái)明顯優(yōu)勢

Bonnenberg & Drescher 公司總經(jīng)理 Martin Brodeck 博士總結道：“測量數據的采集、存檔、分析和顯示的一體化為我們帶來(lái)了很多切實(shí)的好處。標準的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)取代了測量鏈前端使用的專(zhuān)用電力電子器件。這樣可以保證長(cháng)達數十年的備件供應，并確保我們能夠持續參與創(chuàng )新，無(wú)需自己備貨?！?span style="text-indent: 2em;"> 

Martin Brodeck 博士提到的另一個(gè)重要方面是：CX2062 嵌入式控制器可在全球范圍內長(cháng)期供應，至少可以使用 10 年，隨后還可再享受 10 年的服務(wù)：“倍福在全球超過(guò) 75 個(gè)國家中有 40 家子公司和合作伙伴，我們的客戶(hù)可以從其中任何一家海外子公司或通過(guò)其合作伙伴購置這些組件。整個(gè)系統的控制過(guò)程相較于以前得到了顯著(zhù)簡(jiǎn)化，因此對我們的客戶(hù)來(lái)說(shuō)，系統更加可控?，F在，在很多情況下，客戶(hù)都能夠自助服務(wù)，不需要我們的干預。更重要的是，將嵌入式控制器用作我們的平臺基礎可以確保自動(dòng)化技術(shù)和 IT 技術(shù)的成功融合，為包括數據庫連接和網(wǎng)絡(luò )接口在內的計算密集型應用創(chuàng )造了寶貴優(yōu)勢?！?/p>