基于 PC 和 EtherCAT 的便携式原位场热处理控制系统
热处理作为管道焊接过程中的一个重要环节，通过控制加热和冷却过程来改善材料性能。一家加拿大的系统集成商正积极寻求一款既灵活又紧凑的系统方案，旨在高效控制并全面记录整个工艺流程。借助倍福节省空间的 EtherCAT 端子模块和工业 PC，Heat View 解决方案的最小版本现在甚至可以放入一个手提箱内。
当系统集成商 Jeremy Breetzke 开始着手为 Heat View 热处理系统制作原型之际，他未曾预料到这一系统最终会跨越如此广泛的领域与行业。早在 2018 年，他只是敏锐地捕捉到了一个亟待填补的市场空白。当时，在工厂、车间以及偏远地区进行热处理作业时，市场上尚缺乏一款能够同时兼顾紧凑性和灵活性的解决方案来高效控制、监测并实时提供详细报告。正是基于这一行业痛点，位于安大略省伦敦市的 Grand Controls 公司掌舵人带领团队投入到设计研发工作中。“Heat View 产品的发展势头之迅猛，远远超出了我们的预期，因此在 2021 年，我们做出了战略性的决策，将其分拆为一家专注于热处理技术的独立公司，即 Heat View Heat Treating Controls。”Jeremy Breetzke 说道。Scott Fong 作为 KASI Technologies Inc. 的集团总监，凭借其在现场热处理设备销售与租赁领域的丰富经验，对新平台的需求了如指掌，为 Heat View 平台的开发过程提供了宝贵的技术支持与指导。
该控制系统设计的初衷是确保焊接件能够精准达到并稳定保持在最适宜的温度区间，以杜绝任何焊接缺陷的产生。这一特性在多个关键领域，例如石油和天然气管道铺设作业以及炼油厂等大型基础设施的建设过程中都展现出了不可或缺的重要性。该系统已广泛应用于航空航天、采矿、造船、石油化工等多个行业领域。不仅如此，它在发电和高速燃烧等领域也展现出了强大的应用潜力。工作完成后，该装置会自动生成详尽的质量控制报告。
基于 PC 的控制技术助力实现应用场景全覆盖
开发团队树立了多个宏伟目标，力求打造一款性能卓越的标杆产品。首先，产品必须易于运输和安装。其次，产品需要灵活适应客户的多样化需求，例如适配不同类型的电流互感器（CT）线圈或通过各种现场总线协议与现有设备进行通信。最后，在操作体验上，团队致力于构建更为直观友好的用户界面，无论客户是想要适合控制柜安装的控制面板，还是简单地连接笔记本电脑进行远程控制，都能确保用户能够迅速上手。自 2017 年起，Jeremy Breetzke 便与倍福加拿大分公司在系统集成业务领域建立了紧密的合作关系，深知 EtherCAT 和基于 PC 的控制技术的灵活性，因此他认为，它们正是满足这些多样化需求的理想选择。
Heat View 热处理系统型号多样，支持定制。其中最便携的型号是 ConPak 24 通道加热控制器，它采用坚固的塑料外壳设计，安装简单，易于携带。此外，公司还推出了一款专为集成到新的或现有的设备和发电机面板中而设计的嵌入式控制器。
从自动化技术的角度来看，这两款系统非常相似。倍福提供的可扩展、全集成控制技术让公司能够根据客户需求灵活选用 C6015 超紧凑型工业 PC 或 CP6606 面板型 PC，这些解决方案均支持客户想要的适合控制柜安装的 7 英寸工业触摸屏。“这两款控制器都搭载相同的 Windows 版本，当然还安装了 TwinCAT 3 自动化软件。”Jeremy Breetzke 说道，“因此，针对 CP6606 编写的代码能够轻松迁移到 C6015 中，同时，我们还可以利用 C# 和 C++ 这类高级语言编写自定义代码，这在传统 PLC 上是不可能实现的。”
借助倍福的 TwinCAT 3 软件，Heat View 团队在自动化领域的端到端开发及 Runtime 平台构建上取得了显著成效。TwinCAT 与 Microsoft Visual Studio 的深度集成，为工程师创造了一个既熟悉又先进的开发环境，使他们能够根据具体的应用需求，灵活选择最适合的语言进行编程。Jeremy Breetzke 对 TwinCAT 提供的结构化文本编程选项及其在库中集成多样化功能组件的能力高度赞赏：“TwinCAT 的功能库极为丰富，涵盖了众多在 PLC 中不太常见的功能块，如文件读写。”Breetzke 说道，“这极大地加速了代码的开发进程。”
EtherCAT 支持满足多样化的功能需求
EtherCAT 显著简化了 Heat View 的工业通信网络的构建过程。倍福提供丰富多样的总线耦合器和网关解决方案，支持 30 多种常用的通信协议，确保 Heat View 能够轻松连接各类现代控制及 SCADA 系统。
Heat View 使用各种 EL 系列 EtherCAT 端子模块实现基础的信号输入与输出。尤为值得一提的是，即便是针对更为专业的测量需求而设计的模块，也始终保持着紧凑的 12 毫米外壳尺寸。特别是结构紧凑的 4 通道继电器输出端子模块 EL2624，它凭借其高达 125 V AC 或 30 V DC 的继电器触点能力，在同类产品中脱颖而出。这款端子模块使用寿命较长，能够在各种现场环境中稳定可靠地持续工作多年。EtherCAT 端子模块 EL3174 拥有 4 个可单独设置参数的模拟量输入，每个通道都支持测量 -10/0 至 +10 V 或 -20/0/+4 至 +20 mA 范围内的信号。Jeremy Breetzke 表示，这极大地增强了系统对客户不断变化的电流互感器需求的适应能力。“在大多数热处理控制解决方案中，更改 CT 类型意味着需要打开控制台，进行繁琐的重新布线并更换所有 CT，或者采用成本高昂的设备来校正信号并反馈至控制器。”他说道。
应用范围广泛
“施工团队的工作场景多样且富有挑战性，他们有时要在偏远地区驻扎，焊接管道，需要依靠发电机提供电力。有时则要转战至大型设施，需要频繁地移动设备，以确保工程的顺利推进。”Jeremy Breetzke 解释道，“将一台仅重 45 磅的 ConPak 系统从皮卡上卸下，并接上四根电缆，这一过程要比搬运往往重达 800 磅甚至更沉的传统控制台而言，无疑要简便快捷得多。”
目前，Heat View 能够巧妙地运用了以太网电缆和 ADS 协议，将质量控制数据高效传输至操作人员的笔记本电脑上。TwinCAT 开发软件可从倍福官方网站免费下载，客户能够轻松便捷地安装更新。系统的下一步发展重心将放在深化物联网集成能力上。它将全面支持垂直通信协议（如 OPC UA、MQTT 和 AMQP），允许用户从云端发送报告并推送更新信息。
“我们正严密监测众多不同的变量并竭力减少任何潜在故障，打造一个坚不可摧的系统。我们的系统深度融合了人工智能技术，因此它们能够实时学习并精准检测问题，确保即便在复杂多变的外部环境中，也能游刃有余地应对各种挑战。”KASI Technologies 的 Scott Fong 说道，“相较于市面上的其它同类产品，这些功能展现出了前所未有的颠覆性力量，而我们正全力研发的下一代产品，在性能上将会更加出色。”
