受加拿大温哥华Core Energy Recovery Solutions公司的委托，总部位于加拿大安大略省滑铁卢市的特殊机械制造商Ramp开发出了一种用于生产热交换器的系统，以便提高建筑物能源效率。Ramp在其所有项目中都力求达到最高效率，为此他们将量身定制的解决方案与标准化组件结合起来。Ramp机械设计负责人Jeff Kerr解释说：“我们汇总各部门的所有要求，并将其分解为各个概念单元，由此确保所有机械和控制组件完全兼容，为客户提供最佳解决方案。”

为Core Energy Recovery Solutions生产的机器于2018年安装，用来生产那些通过热回收提高住宅和商业建筑通风系统能源效率的热交换器。热交换时冷、热空气流在相邻的管道中分开输送，该机器使用获得专利的聚合物膜和波纹铝箔作为初始材料，根据相应的客户要求，压制不同高度和坡度的层板。

图1 由膜和波纹铝堆叠的压层用于生产住宅和商业建筑通风中回收能量的热交换器

在设备的第二个部分，层压材料通过Ramp开发的精密真空输送机输送，在抓放过程中，抓取点是统一的，但放置点由程序控制，可能存在的变化为0.25～1 m，隔离材料被放到客户特定的薄膜层上，最后再根据客户要求将这些薄膜层堆叠为多个尺寸和高度，并通过传送带运走。

为实现可扩展的驱动技术，Ramp在Core项目中使用了Beckhoff公司基于PC控制的高效控制器和集成I/O系统，使用IEC 61131-3语言的Twincat 3对PLC和运动控制进行编程，将公司基于标准的方法延续至软件工程中，此外Twincat支持使用跨越制造商的技术（例如OPC UA），可以与更高级别的数据库进行安全通信，例如由Amazon Web Services（AWS）和SAP提供的数据库。

功能强大的开放式控制技术

Ramp为Core Energy Recovery Solutions选择了一款工业PC，该PC除了具有自动化功能外，还可以实施企业的配方和数据采集方案。“为了最大程度地控制生产过程，我们需要一个能以1 ms的周期时间运行应用程序的IPC，这也是我们选择Beckhoff控制柜IPC C6930的原因。”Ramp项目控制负责人Steve Slothouber说。

在为期一年的开发阶段中，IPC还提供了足够的性能储备，以满足因添加额外I/O组件而不断增长的要求。C6930使项目能够在很短时间内完成，Ramp将Beckhoff的CP2916多点触摸控制面板连接至IPC，借助一个仪表板它们能够一目了然地显示生产数据和系统效率。

图2 AM8000系列的OCT伺服电机承担运输和装配任务，同时调节轨道压层、牵拉控制和高度

借助Beckhoff的模拟和数字I/O组件，Ramp可以满足有关数据采集和机器安全性的要求，I/O通道可多达16个，而外壳宽度为12 mm的高密度（HD）Ethercat终端需要的安装空间很小。

“借助Ethercat I/O系统，我们需要的高速联网和快速扫描都能实现，同时不必放弃灵活的网络拓扑。”Ramp电气工程负责人Matt Buchwald说道：“Core项目需要能够在不到10 ms的时间内对生产变化做出灵活反应并调整控制输出的高端控制技术。”此外还要能够连接各种第三方现场设备，例如用于轨道运输的以太网/IP组件、图像处理硬件、自动张力控制和计量单元。

此外Ramp还在IP67保护形式中使用了许多Ethercat盒式模块，“这样我们就可以将现场输入和输出尽量放置在使用点附近，降低对电缆长度和拖链的普遍要求。”Buchwald解释说，“通过Twinsafe I/O将所有安全系统集成在同一Ethercat网络中进一步减少了布线和安装工作。”

图3 通过现场设备与Ethercat盒式模块（图中心）的连接，Ramp降低了对电缆长度和拖链的要求

驱动技术具有高度扩展性

Ramp在驱动技术中使用了Beckhoff的EL7211伺服电机端子，“仅24 mm宽的伺服电机端子大大减少了控制柜中的所需空间。”控制技术主管Stephen Gugeler解释说，“EL7211使用成本较低的48 V电源，大大降低了伺服电机的空间和成本要求。”AS1020系列的步进电机由带内置增量编码器的步进电机模块EP7041（50 VDC，5 A）控制，针对共振要求高的应用。

为了满足更高的功率和负载要求，还使用了AX5000系列伺服放大器，用于高端位置控制、电子传动、速度调节以及上级位置控制。通过一根电缆技术（OCT）连接的AM8000伺服电机，它们可以调节生产线上的运输和装载、轨道压层、牵拉和高度调节。

基于PC的控制技术久经考验

据Gugeler称，关键数据与上一代基于PLC和PAC的系统的对比结果表明，相对以前供应商的设备，PLC的周期时间和控制系统成本分别减少了大约30%，Beckhoff的控制和通讯技术帮助Ramp提高了生产量，不断超越客户预期。