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基于 PC 的控制技術在貝森朵夫鋼琴廠噴漆車間中的應用

座落于維也納新城的奧地利鋼琴制造商貝森朵夫是世界上最古老和最著名的豪華鋼琴制造商之一。貝森朵夫選擇了奧地利制造商 Berkmann 的現代化噴漆車間，以大幅降低其三角鋼琴噴漆能耗。新車間不僅優化了工藝流程，其優質的漆面品質也進一步提升，還將能耗降低了 75%，同時采用倍福基于 PC 的控制技術實現高效控制、可視化和照明。

維也納鋼琴制造商貝森朵夫成立于 1828 年，目前隸屬于雅馬哈集團。按照貝森朵夫公司特有的鋼琴構造及工作原理，音板主要云杉共振木材制成。一般情況下，一架三角鋼琴的制作周期約為 27 周，這還沒算上木材干燥和各個制作步驟之間的休息時間。鋼琴制作的最后一道工序給鋼琴表面噴涂高品質的聚酯漆或聚氨酯漆。

聚酯漆對施工工藝的要求非常高，若想達到最佳效果，室溫必須恒定在 25 °C（±0.5 °C），濕度保持在 45-50%。此外，必須以定義的速度排放噴漆作業區的廢氣，以防止漆霧顆粒隨后沉積在已噴好漆的表面。“貝森朵夫三角鋼琴表面經過 8 道聚酯噴涂，確保表面始終光亮如新：油漆越黑，散射的光線就越少，外形也越精致美觀。”貝森朵夫公司技術和制造總監 Thomas Broukal 強調道。在決定建造新車間時，貝森朵夫最注重的是在環保和降低能耗方面樹立新的標桿。“這是我們公司歷史上規模最大的一筆投資，但它將能耗降低了 75%，車間很快就能收回成本。”Thomas Broukal 說道。

更高的設備設計自由度

早在 30 年前就與貝森朵夫有過合作的 Berkmann Lackieranlagen 公司再次接受委托，建造新的車間。“但新噴漆車間的工藝流程基于全新的設計方案。”銷售&技術總監 Rainer Berkmann 解釋道。內部裝有通風裝置、過濾系統以及熱回收和發電系統的設備控制中心，與工廠廠房分開安置在一棟建筑物內。這樣就可以在噴漆作業區設立寬敞的工位，以及準備工位和烘干室。油漆存放和準備區也被整合到車間整體設計方案中。

“我們的工作流程因此得到了優化，噴漆表面質量有了顯著提升。同時，生產過程中的不良品率也明顯降低，并且由于污染減少，質量得到了更大的提高。新車間的另一個優勢是建造成本低，盈利能力強，可以很好地幫助我們降低總體運營成本。”Thomas Broukal 說道。“這種全新的、模塊化的車間設計方案建立在倍福基于 PC 和 EtherCAT 的控制技術基礎之上，它能夠輕松地覆蓋超遠距離。”Rainer Berkmann 補充道。

可持續性和成本效益

車間通過使用 TwinCAT Controller Toolbox 進行智能溫度控制，使用井水進行冷卻，并對噴漆作業區排放的廢氣進行熱回收，顯著節約了能源。在使用這些方法對空氣進行了預處理后，剩下的就是讓車間達到噴漆過程所需的室溫。如果高動態的 250 kW 燃木加熱設備不能維持實際溫度，就會啟動城市集中供熱。“尤其在天氣寒冷的季節，新車間在節能方面體現了巨大的優勢。我們通過熱回收不僅節省了 75% 的供暖費用，而且還減少了 75% 的碳排放量。我們每小時需要加熱 7 萬立方米的空氣，意味著每小時可以節約數百千瓦時的能源。”Thomas Broukal 解釋道。

“車間的最大亮點是通過將噴漆作業區的能量進行回收，大大降低了區域內的能耗以及二氧化碳排放。”Rainer Berkmann 說道。“但是，新的噴漆車間不僅降低了生態足跡，提升了表面噴漆質量：它還配備了經過優化的噴漆房照明技術，并且噪音更低，滿足職業健康安全最高標準。”

開放和模塊化的控制技術確保提高靈活性

“由于設備控制中心與噴漆作業區分離，控制柜之間的距離長達 60 米，但倍福的模塊化 I/O 系統讓我們無需再使用又長又復雜的熱電偶電纜。我們只需使用光纖和 EtherCAT 通信協議即可實現所有設備聯網。這一設計上的修改只需要使用 CU1521 介質轉換器和 EK1501 多模光纖 EtherCAT 耦合器這兩個模塊，再加上在軟件上做一些極小的調整即可。”Berkmann Lackieranlagen 公司技術經理 Ralph Schmoll 說道。“基于 PC 的控制技術的最大優勢就在于它的這種靈活性，用戶可以隨時在控制系統中添加任意數量的附加功能。”

“在我們不斷推進車間投入使用的過程中，客戶反復多次更改和增加了功能，這意味著我們需要在實施完成控制解決方案后進行擴展。”Ralph Schmoll 解釋說道。“對于貝森朵夫來說，通過實施正確的電源測量方案提高電能測量效率也同樣重要。此外，我們安裝的照明設備數量也比原計劃多了一倍。”Thomas Broukal 說道。總的來說，在最終版本的控制系統中，安裝的 I/O 端子模塊數量比最初計劃多了 2.5 倍。“有了 EtherCAT 和基于 IEC 61131-3 標準的編程，我們在實施項目時無需擔心會在控制系統設計方面遇到限制。在未來也可以輕松使用 EtherCAT 對系統進行擴展。倍福控制組件具有長期可用性，有效保障我們客戶的投資安全。即便我們將來要對車間進行任何修改，也無需切換到不同的系統。”Ralph Schmoll 說道。

控制噴漆室的供氣或排氣溫度、風速和風量并非易事：若有確保清漆層的高品質，既需要有超高精度，又需要保持物理參數不變。噴漆車間的中央控制系統由一臺 C6015 超緊湊型工業 PC、EtherCAT 通信系統、模擬量和數字量 EtherCAT 端子模塊，以及一臺 TwinCAT 3 PLC 構成。TwinCAT HMI 可視化系統在 CP690x 經濟型控制面板上運行。

操作界面人性化

車間通過噴漆室外的 CP690x 控制面板進行控制。可視化則通過基于 HTML5 的 TwinCAT HMI 軟件實現。通過這種網 Web 技術即可在公司內使用任何一臺 PC 或移動設備通過簡單的 Web 瀏覽器訪問車間。

“用戶界面結構清晰，易于使用。”Ralph Schmoll 解釋道。噴漆技術員可以從預安裝功能中進行選擇，如噴涂一至八層漆、烘干或表面處理，并為每一層噴漆工藝進行編程供氣、溫度和速度。用戶界面與之前車間內使用的相比，又增加了一系列新功能，如顯示整個工藝流程，顯示每個傳感器和每臺設備和工藝參數。同時還整合了報警和趨勢記錄，用于實現優化和執行噴漆車間維護等任務。“操作人員也可以對噴漆過程直接進行干預，相比之前的車間有著巨大的優勢。”Ralph Schmoll 說道。

此外，整層的照明可以通過 CP690x 控制面板控制。“甚至非危險區域的照明，即正常的建筑照明，也可通過人機界面控制。”Ralph Schmoll 補充道，“得益于可自由編程的控制系統，車間照明可以通過 PLC 的開關控制。另外，所有的設備功能都可以通過噴漆室內的按鈕切換。這樣不僅可以提高效率，而且可以給員工的工作帶來更多靈活性。”“貝森朵夫鋼琴廠是傳統工藝與現代科技在前瞻性生產中相得益彰的絕佳案例。”倍福總經理助理 Frederike Beckhoff 強調道，“我很榮幸能夠擁有一架貝森朵夫三角鋼琴，那是我剛出生時我的祖父送給我的禮物。更讓我高興的是，我們的控制技術可以幫助客戶提高鋼琴表面光澤度，降低噴漆工藝能耗。”

奧地利鋼琴制造商貝森朵夫是世界上最古老和最著名的豪華鋼琴制造商之一

三角鋼琴仍然采用手工噴漆的方式，操作人員需要具備專業的技能和豐富的經驗

Berkmann Lackieranlagen 公司銷售&技術總監 Rainer Berkmann；貝森朵夫公司技術和制造總監 Thomas Broukal；以及 Berkmann Lackieranlagen 公司技術部經理 Ralph Schmoll（從左至右）

倍福的模塊化 I/O 系統對擴展或修改無任何限制，并且可以輕松添加到生產線中

車間內安裝的倍福 CP690x 控制面板可以使用基于 HTML5 的 TwinCAT 人機界面實現噴漆車間可視化和控制