作为总部位于居特斯洛的全球物流企业，阿维塔股份公司为客户提供涵盖B2C和B2B物流的全流程服务，从订单受理、增值服务到退货管理。阿维塔业务遍及全球100多个站点，仅在德国就拥有28个仓储基地，总面积近100万平方米，其中包括位于居特斯洛附近哈尔瑟温克尔的多座配备高架仓库的物流大厅。从这里为各行业客户完成订单拣选、货物包装及配送至收货人。一条长约250 m的中央环形输送线将这些高架仓库与拣货区紧密相连。

图1  阿维塔公司对长约250 m的中央环形输送系统进行了全面升级，采用了基于PC的控制技术、单电缆自动化技术及约200个用于辊筒驱动的EP盒式模块

24 V技术助力高效运营

原有环形输送系统仍采用基于三相电机的辊筒驱动器。“这些驱动器噪音很大，在整个线路上持续运行，经过约20年的使用后故障频发。”阿维塔公司高级工程专家马库斯·沃尔哈恩表示。  

因此，该输送系统进行了机械与电气双重升级：24 V辊筒电机现已全面替代原有驱动装置。这些电机通过总计186个分布式安装的EtherCAT盒式模块EP7402（集成MDR控制器）进行控制。同时，原有控制硬件已升级为超紧凑型工业PC C6030，软件平台从TwinCAT 2迁移至TwinCAT 3，并对现有设备可视化系统进行了适配改造。  

输送线路的机械改造由位于霍尔特-斯图肯布罗克城堡的布德系统公司设计并实施。为加快现场改造进度，输送线被划分为125个独立段，这些区段均在布德公司完成整体预制与预布线。“这种模块化生产理念为我们在阿维塔现场的最终安装节省了大量布线工作和时间。”总经理马克西米利安·布德表示。

图2  一台超紧凑型工业PC C6030通过EtherCAT总线及EP7402盒式模块控制中央环形输送系统的所有辊筒驱动装置

单电缆自动化技术的优势

实现这种模块化方案的前提在于EtherCAT盒式模块的连接技术：通过M8连接器连接传感器与辊筒驱动器，通过ENP混合连接器（B23型）实现电源与EtherCAT通信的接入。“这种设计确保了快速可靠的连接。”倍福设备技术公司的斯特凡·马斯曼强调指出单电缆自动化（OCA）的这一优势。布德系统公司的机械师在现场仅需敷设预制的MDR控制器间混合电缆，并将其与供电柜连接即可。  

为缩短EP盒式模块的线缆长度，系统中分布式设置了27个机柜用于辊筒驱动器的供电。“每个机柜为多个区段供电，并通过居中布置来降低直流侧的压降。”斯特凡·马斯曼强调道。在调试阶段对EP盒式模块输入电压的监测数据验证了该方案的有效性。仅需对一台辊筒驱动器对应的PS3031电源输出电压进行微调。  

环形输送机的每个区段配备一至两台辊筒驱动器及相应的驱动器激活传感器。在分流器处还增设有用于包裹识别的条码扫描器。所有传感器信号均通过EP盒式模块的I/O接口采集。必要时，可通过集成的EtherCAT分支端口扩展I/O模块或其他EtherCAT从站设备。“例如分流器供应商的辊筒驱动器和条码扫描器就需要这样的扩展配置。”马斯曼解释道。

图3  EP盒式模块通过27个配备倍福PS3031-2440电源的分布式配电柜进行供电

基于PC控制与OCA技术增强系统灵活性  

“采用单电缆自动化技术和IP67防护等级盒式模块，使我们未来在设备扩展方面具备更高灵活性。”马库斯·沃尔哈恩强调了布线理念的另一重要维度。若需对设备进行调整，通过简易连接技术与预制线缆，可在控制系统层面实现与机械改造同等的便捷性。该系统的优势在维护过程中同样凸显：“人机界面会精准向故障排除人员显示阻塞区段位置及可能需要更换的组件。”沃尔哈恩补充道。  

在包裹传输过程中，各输送区段根据目标位置及下一区段占用状态进行启停控制。“当路径畅通时，系统会提前激活后续两个输送区段以确保无冲击的顺畅传输。”倍福设备技术公司的迪米特里·科尔解释道。当包裹抵达下一输送机时，该设备已达到额定转速，使包裹能够无延迟、无顿挫地持续运行。实际上，每个包裹都会形成一个沿环形线路移动的主动输送区域。

通过变型管理实现高效工程实施

在总计10周的改造期间，物流运营需快速恢复。该需求通过将项目划分为2个阶段得以解决：优先完成对仓储物流至关重要的首段现代化输送系统，采用超紧凑型工业PC C6030与TwinCAT 3投入运行；同时，第二段（也是更大部分）的输送系统可在旧PC上维持自动化运行。最终将两个软件项目整合至超紧凑型工业PC C6030平台。“利用TwinCAT 3的变型管理功能，我们高效实现了这一目标，并能在Git代码库中持续维护整体项目。”斯特凡·马斯曼表示。

其中一项挑战在于相连仓库中仍在运行的TwinCAT 2控制系统。TwinCAT 3预设的数据结构可完整映射EP盒式模块的所有变量，显著加速了配置流程。为在TwinCAT 2环境下配置现代化设备部件时也能沿用此优势，该数据结构被实现为TwinCAT 2功能模块，随后再迁移至TwinCAT 3。“这样做的好处是，我们能够在所有系统中使用统一的变量命名，并可在更新时随意在新旧控制器之间互换程序模块。”马斯曼强调道。“这些适用于TwinCAT 2和TwinCAT 3的全局数据类型，使约200个各含50个信号的MDR控制器的项目规划效率显著提升。”倍福设备技术公司的尤尔根·博尔特补充道。

能效提升与包裹处理量增长

通过升级改造，系统可靠性显著提升，包裹/运输容器的处理能力从原来的2000件/h增至3000件/h——同时运行噪音明显降低，能耗需求减少。“此外，24 V技术还提高了安全性，尤其在拥堵需要人工干预的情况下。”马库斯·沃尔哈恩指出。  

作为示范项目，该环形输送系统的改造因其运行能效与降噪效果，引起了阿维塔其他部门和站点的关注。对马库斯·沃尔哈恩而言，单电缆自动化技术与EP盒式模块在输送系统调整和安装过程中展现的灵活性，同样是具有说服力的优势。