啥？电源也带以太网口？对的，倍福的这款电源集成EtherCAT！

作者 | Azad Jafari

在工业自动化领域，我们看到了各种旨在提高系统可用性、吞吐量和正常运行时间的尖端解决方案，更不用说能源效率了。运动控制性能、计算能力和物联网连接的飞速进展，开辟了更广泛的可能性。机器制造商和最终用户可以实时监控任何信号，监控潜在的机器或组件故障，将数据传输到云端，并即时执行相应的调整。

这通常需要添加无数传感器或附加的“黑匣子”设备来收集、处理并发送数据。这种方法不仅会增加成本，还会使电气柜臃肿，并且可能需要工程师学习多个平台才能进行基本的数据采集。这就引出了一个问题：为什么公司要添加用途单一的设备，而不是升级电源等核心组件，使其具备双重功能？

消除停机时间的各项举措往往忽视了电源等众多核心设备。提升和维持整体设备效率（OEE）的关键在于有效的电源管理与监控方案。通过监测电源状态，制造商可以获取其希望衡量的诸多关键指标。过去，电源被视为不具备智能的消耗性产品，无法像其他“智能”设备那样与控制器通信，但这一情况正在改变。

新型电源能够以经济高效的方式确保机器的正常运行，特别是在几个关键领域。最重要的是，它们能够集成到工业以太网现场总线中，实现与控制器及其它设备的通信。特别是当与电子熔断器结合使用时，其优势得到进一步提升。电子熔断器不仅简化了实施过程，还能监控特定的机器模块，并通过不间断电源（UPS）技术实现安全关机。这些解决方案帮助制造商在提升生产力的同时，最大程度地减少维护时间。

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先进的电源系统有助于早期预警

工业环境中一个根本性挑战在于电源系统的不可预测性。机械故障、电网波动等问题可能导致代价高昂的停机与维护，因此，建立预警系统至关重要。通过监测输入电压、输出电流和温度等参数，操作人员可以主动检测可能预示潜在故障的异常状况。

预警机制不仅能确保及时干预，还可支持预防性维护计划的制定。例如，当温度读数异常提示过热风险时，技术人员可在故障升级为严重事故前排查并解决问题。这种方法不仅能延长设备使用寿命，更有助于提升OEE。

▲倍福的CU81xx UPS系列包括一个电容式（左）和两个电池供电的版本，以确保安全关机。

例如，配备EtherCAT接口的电源可以远程收集额外的测量和设备诊断信息，以进行全面的系统监控。这使得控制系统不仅能获取丰富的测量数据和内部设备诊断信息，还能建立对电源的远程访问。通过EtherCAT实现的远程访问功能，还可以在设备停机或故障时精准关闭工厂特定区域供电。

这些信息进一步增强了EtherCAT协议原有的强大诊断功能。用户可通过自动化生成的JSON文件或集成在自动化软件中的仪表盘访问相关数据。部分软件方案内置分析套件，可助力用户快速定位并解决电源问题。

谁能从实施功能更丰富的电源中获益最大？设备最终用户和原始设备制造商（OEM）都存在显著的应用需求：

■ 最终用户：这一群体通常优先关注稳健的诊断和性能指标，因为它们直接影响运营的可靠性和正常运行时间。然而，他们很少参与机器组件的选择，尤其是像电源这类基础设备的选择。选择配备EtherCAT的电源，可以增强延长正常运行时间和安排维护的能力。这意味着能满足工期需求，同时能够在生产环境中跟踪电源问题。

■ OEM厂商：尽管该群体直接采购组件，但为保持竞争力往往对成本高度敏感。配备 EtherCAT 接口的电源初期成本可能略高，但从长期来看，其故障排查功能、性能提升和寿命延长能带来成本节约。此外，对于那些对机器即服务（MaaS）模式感兴趣的机器制造商来说，这些解决方案提供的增强监控和预防性维护能力将带来显著的收益。

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集成EtherCAT的电源优势

这类先进的24或48伏直流电源在外形尺寸等方面与常规型号几乎相同，但增加了两个用于建立EtherCAT通信的RJ45接口。实时监测输入和输出电压以及输出电流，使运行人员能够设置阈值警报，及时响应潜在问题，防止其影响正常运行。透明的数据交换使得系统能够自动检测额外负载的变化。通过可互操作的现场总线，电源能够无缝集成到机器控制环境中，从而实现全面的诊断和数据分析。

同样，在识别可能的降低性能或导致过早故障的环境条件方面，温度监测发挥着至关重要的作用。电源效率也成为一个关键考虑因素。例如，与效率为95%或更低的类似设备相比，效率超过96%的设备消耗的功率和产生的热量更少。更高的效率有助于最大限度的减少与热量相关的损耗，从而延长设备的使用寿命。

此外，电源技术效率的提高可实现更精细的监测和控制粒度。将这些技术集成到工业自动化系统中，可为操作员提供实时能耗洞察，同时帮助工厂管理者就能效举措和运行优化做出明智决策。

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利用UPS技术提高可靠性

即使拥有最先进的电源，工业环境中的电源中断仍然是不可避免的。任何断电都可能对关键设备和工艺带来重大风险。工业机器控制器的不当关机可能会导致机器重启，进而加剧停机时间和增加成本。

在这些情况下，UPS系统在断电时提供的无缝过渡发挥着至关重要的作用。市场上有多种类型的UPS系统，每种系统都能根据特定的运行需求提供解决方案：

■ 电容式UPS：这些UPS系统提供免维护运行，例如0.3-0.9瓦时的能力。较短的保持时间，使其适用于需要立即关闭的应用。

■ 电池式UPS：此类UPS系统能提供更长的保持时间，例如15-30瓦时的能力，尤其适用于在停电期间需要延长正常运行时间的应用环境。唯一需要考虑的是，这些系统需要每隔几年更换一次镍氢电池，以确保其提供持续可靠的性能。

▲电子熔断器，例如倍福EL9xxx系列电位分配与过流保护端子，可通过将熔断保护功能集成至标准I/O模块中，大幅简化了布线复杂度。

选择何种系统需考虑运营的关键性、功耗要求和维护偏好等因素。例如，应用场景中使用的控制器是大型工业服务器还是微控制器？此外，还需要评估需要保留多少数据。用户还应考虑是否希望在停机期间，UPS为人机界面（HMI）硬件提供电力，以便操作人员能实时了解系统状态。例如，尽管基于电池的UPS有定期维护要求，但对于那些对正常运行时间有严格要求的行业来说，选择基于电池的UPS可能更为合适。

配备UPS硬件后，通信选项包括USB和数字输入/输出（I/O）等。USB接口提供详细的诊断信息，包括电压读数和操作参数，从而实现全面的分析和优化；数字I/O接口则提供简化的信号，用于基本的操作命令。选择哪种接口取决于特定的操作要求以及与现有自动化框架的兼容性。

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电源监控的下一阶段

随着先进电源监控在设备设计中普及，继为整台设备配备一个EtherCAT电源后，下一阶段将是针对特定设备模块部署独立电子熔断器。与电源类似，这些电子熔断器将通过现场总线通信，提供输入输出电压数据。通过在设备或系统中创建独立分区，这种方案可实现分布式智能与针对性电源管理。模块化设计不仅简化了维护与故障排查，还能通过隔离故障点和减少停机时间来提升运营效率。

EtherCAT的拓扑结构灵活性与“热连接”特性支持可动态调整的模块化系统架构。单个EtherCAT网络最多支持65,535个节点，即使添加其他设备也不会导致I/O数量激增或影响网络性能。

选择解决方案时，无论是具备强大诊断功能的电子熔断器，还是防止过电流的无源电位分配端子，都应优先考虑支持IP20 防护等级的DIN导轨安装和IP67 防护等级的设备级安装方案。通过在I/O模块中直接集成电子熔断器（而非传统断路器加端子排），设备制造商可显著降低接线人工和材料成本。此外，这些方案还能缩小电气控制柜体积，为寸土寸金的生产车间节省宝贵空间。

通过先进的电源管理和监控解决方案来优化工业机器的性能，对于提升运营可靠性、最大限度地减少停机时间和提高效率变得更加关键。从具备高级监控功能的高效电源、可靠的 UPS 系统到电子熔断器等模块化方案，每个组件都在保障设备完整性、确保低成本无间断运行中发挥重要作用。由于这些技术本就是设备运行所需，机器制造商和终端用户可轻松将其无缝集成到现有设备设计中。最终，工业企业将能主动应对运营挑战，大幅减少停机时间，并推动持续改进。

▲本文来自于控制工程中文版杂志（CONTROL ENGINEERING China）2025年04月刊《技术文章》栏目：集成工业以太网的电源系统如何提升工业运营效率？