0.前言

從1989年到2019年，慕然回首30年彈指一揮間，自動化世界已經發生了天翻地覆的變化，順應著兩化融合、工業互聯網、智能制造以及工業4.0數字化的發展趨勢，風起云涌，英雄輩出。

作為領跑全球自動化領域的龍頭與先鋒之一，費斯托公司德國總部早在1989年就已經發明了世界上第一款閥島產品。所以“閥島”一詞來源于德語，英文名為“Valve Terminal”。人們對于“閥島”最初的定義與認識，是一種集成多個電控閥、信號輸入/輸出/控制以及工業網絡通信功能的自動化元器件，猶如一個控制島嶼。

如今30年過去了，現在的費斯托閥島產品線已經發展為一種模塊化、網絡化、智能化、數字化的氣電一體化控制終端解決方案，越來越廣泛地應用在全球工業自動化領域中，在汽車制造、電子和輕型裝配、食品與包裝、過程工業、生命科學等國民經濟主流行業以及仿生與智能研究等新興前沿科技領域中應用廣泛。

費斯托閥島產品線之所以如此靈活與強大，主要是因為它不僅融合了先進的自動化控制系統技術、現場總線與工業以太網通訊技術、氣驅動控制技術、電驅動控制技術以及傳感器等技術，同時順應市場變化，與物聯網/云計算/大數據/虛擬現實/人工智能/5G通訊等前沿技術協同發展，不斷創新，始終堅持為用戶提高生產力創造價值，始終堅持為實現工業4.0智能制造的偉大愿景而不懈努力。費斯托閥島起源與發展所經歷的非凡30年將在本文一一道來。

1.起源：1989年全球第一款閥島誕生的時代背景與研發歷程

在19世紀80年代的自動化世界里，控制系統的自動化程度越來越高，機器構建的規模也越來越龐大，越來越多氣動、電動的控制元件被安裝到機器上，如果還沿用傳統方法進行設備組裝，氣管與電纜的連接與布線會變得越來越復雜，這不僅增加了設備安裝的復雜性與系統運行的不確定性，也導致自動化項目構建與運營成本劇增，嚴重影響生產力。因此，當時自動化市場上的用戶急需一些創新的技術解決方案，用來簡化自動化元件的組裝，縮減機器空間，降低自動化項目周期中各個環節中的成本。

電磁閥帶來大量電纜與氣管連接問題" src="https://img.vogel.com.cn/2019/09/04/5d6f1567d5660.png"/>
圖1 傳統氣動自動化系統中使用大量電磁閥帶來大量電纜與氣管連接問題

1.1.時代背景：傳統方式的氣動自動化控制系統在實際項目中面臨挑戰

如圖1所示，在一個氣動自動化系統中，通常會采用氣動執行機構(氣缸、氣爪、真空吸盤等)來實現送料、抓取等動作，這些氣動執行機構的動作由電磁閥來控制。采用傳統的獨立接線控制方式，需要對每一個電磁閥進行電氣連接，也就是說每一個電磁線圈都要逐個連接到控制器輸出模塊通道上，此外還要安裝消音器，壓縮空氣源以及連接到氣缸的管接頭等配件。而即使采用了集裝閥形式，也需要幾十根甚至上百根的控制接線、氣管連接，這不僅使布線安裝困難，而且存在很多故障隱患。

由此可見，在傳統的自動化項目周期中，機械氣動控制系統與電動通信控制系統之間需要進行反復的溝通、協調與對接，導致實際項目實施中產生海量的連線和管道，嚴重影響設備維護和管理效率。此外，這類系統的制造必須花費大量的時間和人力，這使得整個設備的開發、制造周期延長，而且常常會因人為因素，出現設計溝通內耗和制造商的錯誤等問題。

1.2.研發歷程：1989年全世界第一款閥島是如何誕生的?

為了解決當時自動化用戶痛點，滿足市場新需求，費斯托德國總部于19世紀80年代開始致力于研究創新型氣/電一體化控制單元，最初的想法是簡化機器上大量電磁閥的組裝與電氣接線問題。通過不斷探索，費斯托德國總部基于之前經典老虎閥的設計，在PRS型氣路板(P-供氣口，R、S-排氣口，82、84-先導排氣口)實現氣路簡化的基礎上，進一步實現了對電磁線圈控制電路的創新設計，在1989年漢諾威工業博覽會期間，正式推出了世界上第一款氣/電一體化控制單元，中文命名為“閥島”，英文名為“Valve Terminal”。這款世界上第一個閥島，在費斯托閥島產品線中最初沒有數字類型的名稱，后來被稱為“01型閥島”，產品外觀與結構特點如圖2所示。

Festo“01型閥島”）產品外觀與結構特點" src="https://img.vogel.com.cn/2019/09/04/5d6f156c25bb1.png"/>
圖2 世界上第一款閥島（Festo“01型閥島”）產品外觀與結構特點

這款“01型閥島”產品的設計思想，是將電控部分也融合在氣路板內部，當裝配電磁閥片時，電磁線圈引腳只需要直接插在氣路板上即可，上位機電氣控制系統只需要通過幾個符合各種國際電氣規范標準的電接口(例如多針接口/現場總線接口/工業以太網接口)，就能方便地連接到氣路板并對其集成的電磁閥進行控制。這樣的氣/電一體化控制單元，不再需要用戶對單個電磁閥獨立地引出信號控制線，在減小接線工作量的同時還提高了操作的準確性，并使其防護等級達到IP65及以上。廣泛采用這種氣/電一體化控制單元到機器設備中后，用戶能夠顯著降低氣/電/機安裝和連接的數量，使得系統簡潔、調試和維護方便，同時日后系統的更新和擴展工作開展起來都非常靈活。

2.發展：閥島向氣/電一體控制終端方案的轉變過程

費斯托閥島技術與產品線的發展，是伴隨著工業自動化技術OT、信息技術IT以及通訊技術CT的發展而不斷與時俱進推陳出新的。早在1989年上市的“01型閥島”產品設計中，就已經實現了現場總線技術在工業自動化領域控制電磁閥的應用。

2.1.產品圖譜：費斯托閥島產品線1989年發展至今30年歷史上出現的主要產品成員

而在1989年之后的30年內，費斯托閥島產品線新品輩出，幾乎每一款都受到自動化市場用戶的歡迎，并多次榮獲產品上市當年的漢諾威工業博覽會產品獎項，如圖3所示。圖中包含了Festo公司的01/02/03/04/05/06型閥島、CPV閥島、CPA閥島、CP電連接系統、CDVI閥島、CPV-SC閥島、CPA-SC閥島、MPA閥島、VTSA閥島、CPX電氣控制系統、CPI電連接系統、VTUB閥島、MPA-L閥島、VTUG閥島、CTEU電氣通訊模塊、CTEL電連接系統以及MPA-C閥島等等。

圖3 費斯托閥島產品線發展至今30年歷史上出現的主要產品成員

2.2.概要回顧：費斯托閥島已經進化為面向工業4.0智能制造數字化的數字控制終端方案

這些每年不斷加入的新設計型號，不僅豐富了費斯托閥島產品線，而且順應時代潮流發展，賦予閥島產品更多樣化的結構選擇與功能定義，滿足用戶不同層次與應用場景的自動化需求。

費斯托閥島產品發展特點主要體現為：從緊湊型閥島(固定數量的閥片)發展為模塊型閥島(個性化氣控/電控模塊可逐漸擴展);從通用型閥島(面向各行各業應用)發展為更多專用型閥島(適合特定行業特定應用場景);從帶多針接口的閥島發展為帶現場總線與工業以太網通訊的閥島(這兩種形式是目前自動化市場上使用最多的閥島)，并開發了內部通信協議構成連接相關產品的電連接平臺。如圖4所示，采用閥島技術與現場總線、工業以太網技術相結合，不僅使氣動系統的布線更容易，而且還大大地簡化了復雜系統的安裝、調試、性能檢測和診斷以及維護工作，降低了自動化項目的TCO總所有成本。(圖中包含了Festo公司的VUVG電磁閥、多針型VTUG閥島、IO-link/總線型VTUG閥島、CTEU電氣通訊模塊、具有CPX-CEC可編程功能的CPX/MPA閥島等等)

圖4 閥島技術與現場總線、工業以太網技術相結合顯著降低了TCO總所有成本

費斯托閥島產品線不僅借助現場總線、工業以太網高性能的一體化信息系統，使氣動、電氣特性與優勢得到充分發揮，還擁有領跑自動化市場的帶可編程控制器可接入物聯網的網絡化、智能化閥島，以及最新實現氣動控制技術數字化，面向工業4.0智能制造的數字控制終端閥島。網絡化/智能化/數字化的閥島產品與方案，不僅是目前費斯托公司的獨家方案，而且非常適合當前中國智能制造產業轉型升級的需要，順應了工業3.0模式推廣以及工業4.0模式探索現場數字化升級的趨勢。大量現場的氣動、電動以及傳感器元件數據，可通過智能化閥島實現數字化無縫升級(數據上云監控)接入工業物聯網，或者通過數字控制終端實現一步到位(同時實現數據上云監控與APP切換功能柔性敏捷制造)數字化升級接入工業物聯網，如圖5所示。

圖5 費斯托閥島已經進化為面向工業4.0智能制造數字化的數字控制終端方案

(圖中包含了Festo公司的CPX-IOT物聯網網關、CPX-E電氣控制系統、CMMT電驅動控制器、MSE6-E2M氣能效模塊、CPX/MPA閥島、CPX/VTSA閥島、CPX/VTEM數字控制終端、人工智能AI方案等等)

如果繼續深入回顧費斯托閥島產品線發展的這30年，下期將會更加深刻的介紹閥島產品創新設計的思想，以及發展進化為當前智能數字化氣/電一體控制終端解決方案的歷程。根據幾種里程碑式的費斯托閥島產品型號上市的時間點，可以進一步展開為3個歷史階段進行分析。