MX 系统：模块化自动化组件彻底颠覆控制柜设计

　　MX 系统：

　　致力于打造无控制柜自动化方案的可插拔式系统

　　倍福最新推出的 MX 系统是一款模块化自动化组件，凝聚了倍福在控制柜制造方面拥有的丰富经验以及倍福在其它所有产品领域的专业知识，采用防护等级高达 IP 67 的全新外壳系统，可以直接安装在机器设备上。由此打造出来的解决方案可以完全取代控制柜中安装的传统自动化系统，减少设备占地面积，降低风扇及其它散热设备的能耗。倍福作为 PC 控制技术的领导者，在自动化领域再次掀起了一场颠覆性革命，为无控制柜设备设计树立了新的标杆。

　　最初的可编程逻辑控制器只能处理设备和系统输入输出信号的关系，而现在基于 PC 的控制技术可以实现现代制造工艺中的所有自动化功能。I/O、驱动技术、安全技术、数据输入、与上位系统的连接，甚至图像处理任务，全部都由中央控制器处理。随着需要处理的任务持续增加，尽管电子电力器件的体积已经在不断变小，性能也更加强大，甚至还集成了安全功能，但控制柜的体积却仍旧无法减小。情况甚至还恰恰相反，附加的自动化设备功能不断增加了控制柜中专用功能组件的数量。

　　传统控制柜通常可以分为几个不同的功能区：

　　·电力供应、熔断器保护和配电

　　·辅助电压的产生和熔断器保护

　　·带有输入输出的控制系统

　　·电机控制

　　·现场设备连接层

　　如果我们对比一下过去数十年里使用的控制柜技术，就会发现，包括上述功能区域的传统控制柜基本结构几乎没有发生变化 — 无论是部件的数量还是尺寸。现在，控制柜内各部件的安装接线工作仍然需要人工完成，并需要在控制柜的各个区域内部以及区域之间建立电气连接。倍福认识到，只有所有设备或功能单元都使用统一的接口，才能够一劳永逸地减少接线工作。我们的目标不仅是通过数字化和自动化提高控制柜的设计和制造效率，而且要完全取代传统控制柜。因此，我们开发了 MX 系统，它是一款模块化的自动化组件，它配备标准的电气和机械接口，通过底板插接模块。

　　MX 系统采用模块化设计，具有各种功能模块，可以根据具体的应用需求进行优化调整。

　　EtherCAT 用作整个系统的标准接口

　　EtherCAT 是自动化领域成熟的全球通信标准，具有独特的“on-the-fly”运行机制，构成了 MX 系统标准接口的技术基础。EtherCAT 能够用几乎所有类型的拓扑结构和顺序将大量 I/O 模块、驱动器等组件连接至控制器，同时可以集成功能安全。EtherCAT 分布式时钟功能能够实现系统中所有组件的高精度同步，其偏差小于 100 ns。通过丰富的 EtherCAT 诊断功能可以尽早检测、定位和消除所有故障，确保系统通信的稳定。

　　带数据接口或带数据和电源接口的不同版本的底板可以用于满足不同的应用需求。

　　EtherCAT 可以满足所有数据传输需求，仅需一个总线系统就足以满足内部系统通信以及外部扩展的需要，这些扩展也可以通过 EtherCAT P 连接。EtherCAT P 是基于 EtherCAT 技术的单电缆自动化扩展方案，将数据通信与供电整合在一根电缆中。MX 系统内除了 EtherCAT 接口之外，只需要再加一个电源接口，即仅需内置两个接口。第一个接口用于 24 和 48 V DC 安全特低电压供电以及传输 EtherCAT 协议。单个数据接口上同时集成了不同的电压以及信号。第二个接口用于输出最高 530 V AC(3 相，加上中性线和 PE 线)的电源电压以及最高 848 V DC 的驱动系统直流母线总线电压。

　　坚固耐用的底板解决方案

　　是完全取代传统控制柜的基础

　　MX 系统的连接器与 PCB 背板一起封装在坚固耐用的铝型材压铸外壳中，上面可以插接各个功能模块。这种由外壳和电力电子器件构成的单元被称为底板，它除了配备机械外壳之外，还包含背板，一方面用于控制电压和通信，另一方面用于供电。底板和模块组合后的防护等级可达 IP67，采用被动散热，工作温度范围为 0...50°，从而可以直接安装在机器设备上，无需额外的保护外壳。因此，不再需要使用手动组装的中央控制柜。MX 系统组件的装配非常简单，只需一个工具就能够将所有模块拧到底板上。

　　底板可以输出的最大电流为 63 A，其中 30 A用于安全特低电压，能够满足大部分的自动化需求。底板的初始长度限制为 1 米，配备 24 个系统模块槽位。集成的“后勤”系统可以记录和监测温度和湿度等环境参数，以及底板内的振动和冲击情况。

　　底板有不同的版本可供选择。紧凑型控制解决方案可以通过高度仅为 110 毫米的带有功能模块数据接口的 1 排版本底板接入主电源来实现。所需的 24 V 电源和工业 PC 都包含在功能模块中。2 排版本的底板包括数据接口和底层电源接口。倍福将推出更多的底板版本，比如排内混合各种接口的版本，以及可以布置为三排的扩展版本，用于插接性能更强大的驱动模块。

　　适用于所有控制功能的模块

　　MX 系统底板完全取代了传统控制柜中各个组件间的接线，是自动化领域真正的创新。功能模块相当于传统控制柜中通常安装的各个组件。但它们并不是 1:1 的替代关系，因为多个控制柜的功能可以被整合到一个功能模块中。每个模块内都已经集成了各种功能，包括出线熔断器和连接器，如果需要更高的功率等级，则可以通过 M8 和 M12 信号连接器或倍福的 ECP/ENP 系列连接器提供。此外，很多电源模块都集成有输入接口，为执行机构的传感器供电。所有这些解决方案都是倍福与在各行业处于领先地位的客户紧密合作开发而成的。

　　Daniel Siegenbrink，倍福 MX 系统产品经理

　　热插拔功能模块涵盖了设备上所需的所有功能，分为工业 PC、总线耦合器、I/O 和运动控制、继电器以及系统产品领域。它们都是基于倍福基于 PC 和 EtherCAT 的控制和驱动技术的成熟产品。该产品系列已经扩展到包括用于直接切换单相或三相交流执行机构的功能，如异步电机或电加热器。倍福的运动控制产品系列已经进一步拓宽到变频器。新产品还包括为控制功能提供所需基础架构的系统模块，例如，24 和 48 V DC 的开关电源、UPS 模块和以太网交换机。

　　此外，倍福还开发了采用混合设计的模块，包括供电模块，它是一个将主电源接入点、主开关、电源滤波器、电能测量技术、剩余电流测量和 24 V DC 电源集成于一体的功能模块。另一个典型产品是 EtherCAT P 输出模块，它配备了用于保护超低电压和低电压线路的熔断器。

　　如果一个功能需要由安装在传统控制柜中的设备进行映射，则可以使用底板扩展功能模块，它可以将底板延伸到右外侧，保护安装在里面的 IP20 设备，并可为数据接口和电源接口以及 EtherCAT 接口供电。系统模块与其它所有功能模块一样，本身也是 EtherCAT 设备。因此，可以直接通过设备控制器进行控制、分析实际数值以及详细诊断。

　　为设备制造商带来优势

　　模块化的 MX 系统可以帮助设备制造商减少大量控制柜设计和安装以及所需的组件数量。根据初步的应用经验，在某些情况下，电路图及相关的工作量都减少了 80%，整体成本也相应降低。

　　设备和系统也可以被设计得更加节省空间，更加有针对性。设备制造商可以将结构紧凑的 MX 系统直接安装在设备机身上，从而无需单独的控制柜以及相应的电缆敷设。这样可以显著简化安装过程，特别是使用预装电缆时。这也意味着可插拔式安装不再一定要由电工进行，也可以由机械作业人员完成。MX 系统也始终为设备模块化(目前是绝对必要的先决条件)提供最佳支持，因为它能够以模块化的方式沿着设备均匀分布。

　　对于设备制造商来说，另一个重要的方面是认证。MX 系统是符合相关控制柜标准的控制柜替代解决方案。与传统控制柜不同，它是一个符合 CE、UL CSA 和 IEC 认证的统一解决方案，因此也是可以满足全球各项标准的解决方案。这意味着设备制造商可以真正实现按库存生产，并且在交货前，即在装配过程中，无需考虑设备出口的目的地是哪个国家。

　　为控制柜制造带来优势

　　通过 MX 系统和 EtherCAT，传统的集中式控制方式变成了分散控制的分布式控制平台

　　控制柜和面板制造商也可以从 MX 系统中获益，因为复杂的单独布线被简单、无差错的插拔功能所取代。例如，以前需要花费 24 小时才能完成的控制柜组装，现在基于模块化的安装仅需一小时左右。此外，它还能够避免使用复杂控制柜时的接线出错风险。工业预制模块的使用帮助摆脱了以前繁琐且容易出错的人工制作控制柜的过程。

　　MX 系统在物流方面也能够为设备制造商带来优势。分析还表明，在某些情况下，传统控制柜需要的组件减了 90%。此外，MX 系统还能够帮助很多设备制造商简化他们的物流，因为这种易于安装的技术免除了制造控制柜的外在需求。

　　为设备终端用户带来优势

　　与传统的控制柜不同，MX 系统中仅使用联网的组件，这也为故障诊断带来优势。这意味着可以随时查询每个单独的保险丝、电源或主开关模块的状态 — 如同 EtherCAT 网络中的设备常常会出现的情况。倍福设备诊断解决方案除了具有丰富的 EtherCAT 诊断选项之外，每个模块还有唯一的序列号。每个模块的正面有一个 DataMatrix 码，用户可以通过智能手机 APP 扫描这个二维码。智能手机通过无线网络与控制器交互并获取相应的诊断数据，如模块状态及错误寄存器。这样，智能手机成为一个“万用表和示波器”，不仅仅只是取代传统的测量设备。维修或服务人员无需测量硬件即可准确了解某个功能或模块的状态。这也为设备的总体运行带来积极影响。

　　模块更换方便以及全面的诊断方案可以简化维护和维修工作，这对于设备和系统操作人员来说也非常重要。各个自动化功能被封装在单个模块中，因此可以在模块层面对电气故障简单地进行诊断。现场维护工程师只需使用状态指示灯、智能手机和倍福设备诊断系统确定模块的状态，然后决定是否需要更换模块、连接现场设备的电缆或现场设备本身。

　　维护维修工作的简化为设备和系统操作人员提供了很多优势，例如，显著缩短维修时间，因为维修工程师可以借助设备诊断功能快速查找故障位置(如电缆或模块)。模块的可插拔设计使得它们更换起来更加方便。热插拔功能甚至支持在不切断设备电源的情况下进行更换。功能被封装在单个功能模块中，带来的额外好处是只需存放少量的备件。系统通过 EtherCAT 总线实现通信，确保能够充分满足现代化预测性维护管理的需求。总而言之，MX 系统可为设备制造商和设备运营商带来巨大的竞争优势，为未来实现无控制柜自动化铺平了道路。