连通丹麦洛兰岛罗德比港与德国费马恩岛普特加登的费马恩海峡隧道全长 18 公里，预计将于 2029 年竣工，建成后，它将成为世界最长的沉管式隧道。为此，在罗德比港附近 150 公顷的施工现场，正在预制 79 个长约 220 米的标准隧道管节以及 10 个特殊管节。瑞士 Hebetec Engineering 公司与 Elpex 公司采用倍福的 EtherCAT 端子模块和基于PC的控制技术，为这些重逾 7.3 万吨的管节运输过程提供自动化控制与安全护航。

　　费马恩海底隧道采用与丹麦和瑞典之间厄勒海峡大桥相同的沉管隧道技术进行建造。该项目需要使用 79 个标准管节和 10 个特殊管节建设隧道基础设施。制作管节时，首先将钢筋连接成笼状结构，并推入预制模板中。随后在浇筑车间内进行混凝土浇筑。待混凝土充分硬化后，部分拆除模板，将首段 24 米长的管节移出，为下一个钢筋笼腾出空间。

　　此过程循环重复，直至隧道管节的所有九个区段全部完成混凝土浇筑，并依次移出车间，进入干船坞。在那里，217 米长的隧道管节通过密封隔舱完成密封。尽管每个管节重约 73,500 吨，但当船坞注水时仍可漂浮，并能被拖曳至港池。为确保项目能按计划于 2029 年竣工，目前有五条生产线正同步进行标准管节的混凝土浇筑作业。

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　　精准快速移动巨型管节

　　在整个流程中，巨型隧道管节通过液压支架调平后，由液压千斤顶向前推移数百米。该方案由瑞士欣德尔班克的 Hebetec 公司研发，并与位于基尔希贝格的倍福解决方案供应商 Elpex 公司合作实现自动化。“将最终长达 200 余米、宽 43 米的管节安全、精确地从混凝土浇筑车间移运至港池，是一项真正的挑战。”Hebetec 公司运营总监 Olivier Briguet 强调道。每条生产线由六个行程达 1.8 米的双液压缸驱动，这些液压缸安装在可移动框架上，通过夹爪紧贴在滑移梁侧面。六个液压千斤顶均匀地向前推进管节，随后松开夹紧装置并回缩，在此过程中被向前牵引，继而开启新一轮循环作业。

　　“滑移梁长约 400 米，当然并非完全笔直。”Olivier Briguet 指出另一个复杂因素。为消除混凝土内部应力，需使用数十个举升油缸持续调整各管节的水平度。仅单个管节的调平作业就需要控制 36 台千斤顶，它们分为三组液压系统协同工作。这样不仅能够补偿 ±5 毫米的公差，还能通过减小接触面积将摩擦阻力降至最低。

　　“实际顶推所需的推力仅为液压动力的 1.2%，显著低于最初计算的 5%。这为隧道管节制造商 Femern Link Contractors 节省了大量能源成本。”

　　—— Elpex 公司副总经理

　　Urs Krähenbühl

　　在连续生产过程中，六台配备双油缸的顶推装置将隧道管节平稳推送数百米，使其通过狭窄的闸门进入干船坞

　　此外，管节的重力分布并不均匀。在顶推过程中必须考虑这一因素，以防止隧道管节倾斜，举升油缸的不同摩擦阻力也同样需要纳入考量。只有当所有顶推装置（千斤顶）施加相同的作用力时，隧道管节才不会偏离轨道。“为此，我们通过在每个调平油缸上安装压力传感器来监测重量，并利用 TwinCAT 软件控制液压泵转速以调节顶推力。”Elpex 公司软件团队负责人 Benjamin Schwab 解释道。此外，随行于管节控制室内的操作人员可以通过溢流阀进行干预，单独调节各加压油缸的压力。为更好地辅助操作人员作业，还专门配备了一套用于检测并显示方向的导向系统。在建造车间的尽头，43 米宽的管节必须尽可能笔直地通过相对狭窄的出口。

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　　监测与控制站随行作业

　　该项目采用大量 240 吨至 390 吨级千斤顶及液压蓄能器，以满足操作员对管节连续生产速率达 10 米/小时的要求。通过 CP2924 多点触控控制面板，操作人员可全程监控加压、调平及导向操作。控制站设于小型集装箱内，它与液压蓄能器共同安置在隧道管节上随之同步移动。

　　考虑到项目规模相当庞大，与之相匹配的控制组件在数量配置方面也极为可观：分布在总负载达 820 kW 的多个控制柜中，安装了大量模拟量 EtherCAT 端子模块 (EL3024) 和数字量输入/输出端子模块，用于采集所有信号并精确控制电机及液压阀；系统还配备了多款电源端子模块、集成标准与安全 I/O 的 EtherCAT 耦合器 EK1914；以及配备 TwinSAFE 逻辑的 EtherCAT 端子模块 EL6910。控制器采用的是 C6030 超紧凑型工业 PC。

　　软件团队负责人 Benjamin schwab、副总经理  UrsKrahenbūhl（均来自 Elpex）与倍福利萨赫办事处负责人 AndreasIsei（从左至右）

　　“粗略估算，我们铺设了约 4.5 公里供电电缆、3.5 公里 EtherCAT 通信电缆及 67 公里控制电缆。”Urs Krähenbühl 在概述项目规模时说道。“ EtherCAT 灵活的拓扑选择为布线工作提供了极大便利。”软件团队负责人 Benjamin Schwab 补充道。这使得分布在隧道管节上的蓄能器可采用线型拓扑连接，而生产线上的顶推装置则通过 8 端口 EtherCAT 拓扑扩展模型 CU1128 实现星型拓扑连接。”

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　　EtherCAT 的灵活性与热连接功能

　　“我们针对每条生产线都都进行了双重规划部署，因为当一个管节还在移出车间时，就必须同步启动下一个管节的制作。”Olivier Briguet 解释道。系统还必须能够快速便捷地更换故障组件。“EtherCAT 热连接功能为 Hebetec 和 Elpex 提供了所需的灵活性。”倍福利萨赫办事处负责人 Andreas Iseli 证实道。基于此需求，Elpex 对油缸与蓄能器的多种差异化组合进行了配置。这使得安装人员能够从仓库取出所需组件，在开始新管节作业或出现故障时，将这些组件安装到产线上，并通过连接器完成连接。

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　　EAP 与交叉通信助力实现安全方案

　　“鉴于设备非永久固定安装，且几乎可以任意组合连接，因此我们还需要一种通用的安全应用解决方案。”Benjamin Schwab 指出这一项目的特殊之处：典型的安全控制系统通常需要明确指定的配置。而此项目中使用的安全控制必须在启动时自动识别设备组合，并与 HMI 上的预设配置进行比对。“通过热连接功能，我们在安全部分同样实现了这种灵活性。”Benjamin Schwab 表示。然而由于设备组合数量庞大，需要配置的 TwinSAFE 组数超出了单个 EtherCAT 端子模块 EL6910 支持的范围。Elpex 通过增配第二个 EL6910 端子模块轻松解决了这一问题，该端子模块通过 EtherCAT Automation Protocol（EAP）与另一个 TwinSAFE 端子模块通信。“倍福公司应用工程师 Hans Baumberger 在实现交叉通信的过程中为我们提供了大力支持。”Benjamin Schwab 回忆道。

　　尽管控制组件数量极为庞大，Elpex 公司仅耗费了 1800 个工时就完成了基于 TwinCAT 的开发与编程工作。EtherCAT 在配置、测试及调试海量液压阀与其它组件过程中同样表现出色，使设备调试时间缩短至约 300 工时。“基于 PC 的控制技术和倍福公司无疑是这一独特项目的完美技术方案与理想合作伙伴。”Urs Krähenbühl 总结道。

　　关于德国倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家专注于自动化新技术的德资企业，创立于1980年，总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者，倍福定义了自动化领域的许多标准，是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、I/O 和现场总线组件、驱动技术、自动化软件、无控制柜解决方案以及工业图像解决方案既可作为独立的组件使用，也可将它们集成到一个完整的控制系统中，适用于各个行业领域。经过40多年的发展和努力，倍福已在世界各地设立40家分支机构，加上全球的合作伙伴，业务遍及75个国家和地区。

　　倍福于1997年进入中国市场，中国区总部落户于上海市北高新产业园区，现有员工350人，办事处遍及国内30座大中城市。创新产品和解决方案广泛应用于半导体、光伏太阳能、风力发电、锂电池制造、电子制造、汽车制造、机器人、数控机床、包装机械、烟草机械、塑料加工、物流输送、流程工业以及智能建筑等众多领域。

　　公司倾力推广的 EtherCAT 实时工业以太网于2014年成为中国国家推荐性标准，并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。作为一家技术驱动型公司，倍福一直注重在技术上寻求突破创新，在业内享有“创新引擎”的美誉。倍福基于PC的控制技术具有良好的开放性，它支持所有主流的工业通信协议，将IT技术、互联网和自动化技术完美融合在一起，为实现工业 4.0 和智能制造奠定了坚实的技术基础。

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