集成控制平台帮助制造业产量提高300%

作者：Jim Waters

欢迎访问e展厅 展厅 7 工业PC/工控机展厅 DCS卡, 平板电脑, 工控板, 单板机, 监控系统, ... 在二十世纪九十年代末，在美国加利福尼亚州引发的一场大火迅速席卷了附近的地区，很多房屋都被火海笼罩。大火很快的就将房顶燃烧成灰烬，然后从上而下侵入燃烧了整个建筑物。化学家Iain Muir在这场大火带来的破坏性的场景启发下，提出了Enviroshake的概念，它是一种由循环再利用的物质做成的防火瓦片产品。 在北美洲中东部的聚合体科技（惠灵顿）有限公司（以下简称WPTI），采纳了这名化学家的构想并且花费了六年的时间来开发这种防火瓦片产品。这种高科技屋顶的盖法产品，复制了古典雪松屋顶的外形，在此基础上增加的优点特性有：增强耐久力、抗紫外线辐射、抗大风和冰雹的袭击、用了上好的模子、并防霉菌和昆虫腐蚀。 使产品为高消费群体服务 为了从抽象的概念到具体的产品，WPTI公司需要将其小规模的原型生产线提升到自动化的、商业的运转生产线。在2001年，该公司应用了一个集成的控制平台完成了改造。使产品产量从原先的每工时20件提高到每工时180件，同时也符合该公司一贯要求的高质量产品。 Enviroshake产品的制造流程有三个阶段组成：混合、处理和包装。这种创新的瓦片是由未加工的、回收的原料所做成，这些原料包括：经过处理的塑料、轮胎的再生胶粉、大麻、木头和亚麻纤维。把这些原料混合、融化，然后浇铸到制造瓦片产品的模具里。接着，产品再进行修剪、冷却、检查和各式各样的包装。 在为Enviroshake产品完成了初步概念设计和制造流程后，WPTI公司的工程师们发现即使是较大规模的简单复制最初的试产线，也需要在一条生产线上每个班次安排35个以上的操作工人。为了确保产品的经济实用性以满足市场目标，需要减少人力成本，同时，将产量提高到每天50方 (用于计算房屋面积, “1方”等于一百平方英尺的瓦片)。 该公司发现，需要将依靠大量人力和人工操作的流程，向由更少人员和更高效率运作的自动化生产线转变。完成这种转变的关键是寻找一种操作简单、易于发现故障及解除故障、降低停机时间的控制系统技术。所以，WPTI公司开始了设备的自动化。 公司这个方案的目标是创造一个足够灵活的流程,以适应紧急和长期的需要，同时，还要考虑到对产品生产能力的要求,有效地调整一些并列的小流程的能力在整个方案中扮演了极为重要的角色。 在研究和评估了许多解决方案之后，WPTI公司对Allen-Bradley公司的多学科技术产品ControlLogix控制系统——可编程自动化控制器（PAC）很感兴趣。PAC是一个专业术语，通常用来描述某一类型的控制器，它结合了多个控制平台，比如：连续、运动和过程控制。PAC，比如Allen-Bradley公司的ControlLogix产品，它同时具有了PLC、PC、DCS和开放控制平台的最好特性，能满足集成制造企业的要求。 现在，WPTI公司有一条自动的生产线，它包括两个独立的系统：混合和处理系统，这两个独立的系统由它们各自的PAC控制，并且通过以太网使彼此相连接。 现在的流程的配置如下：混合系统使用的是ControlLogix控制器，通过控制网(ControlNet)与四个独立的操作员接口终端相连，从原料的接收到贮藏，实现控制功能。所有Enviroshake产品原料在通过质量保证/质量控制（QA/QC）检查之后，都进行条形编码。在进入贮藏库之前，每个容器桶都被仔细检查，并查对质量保证/质量控制（QA/QC）验收，通过控制分配滑动门来保证物料进入合适的贮藏箱。通过设备网（DeviceNet）接口应用的一个超声波传感器系统，来监控贮藏库的物料高度。 分批配料 在混合操作中，配料是第二个阶段。在这个阶段，每种物料都进入到它们自己的称量磅秤，并应用一个测力传感仪或者衡量系统来测量。一旦物料重量到达定额总数的90%，进料速度便通过驱动器（Allen-Bradley公司的产品）降低下来，以确保精度。一旦所有的原料都准备好了，就把它们运送到搅拌机里。每个批的配方是相同的。但是，可以在一个有密码保护的管理员界面进行微调。 原料在搅拌机的上方进料斗里是分阶段的。进料斗作为磅秤，用来校验每个批的重量。如果有任何差异，在控制屏上将显示一个报警。 一旦完成一个搅拌器周期之后，倾倒出混合的原料，把进料斗里的原料倾倒到搅拌机里，然后开始另外一个周期。在搅拌机上通过一个以它的驱动器为动力的变速螺旋运输器搬运这些原料。为了保持在制粒设备上恒定的安培数，速度是不同的。在木瓦原料压丸子后，把它运送到仓库。 把来自混合过程的原料放进一个挤压机进料斗。这个挤压机有几个通过温度控制器控制的温度带。每个控制器都应用一个内部的比例、积分、微分(PID)系统来加热或者冷却，按照要求保持在一个设定点的温度。当原料脱离挤压机时，它经过成型、修剪和冷却几个处理过程。在这个时间，应用DeviceNet机器人和由PowerFlex 70驱动器驱动的变速传送机来传输原料。最后一个部分是锥形的振动，形成捆，一捆是26个。 产量提高，人力减少 安装自动控制系统之后，WPTI公司的生产量从每工时20个提高到每工时180个，而且劳动力降低了83%。该系统也使得WPTI公司满足了每天50方的产量输出目标。 PAC驱动体系结构简化了操作任务，极大的减少了WPTI公司的人力成本。可以从多个位置对生产线进行安排、运转和监控，使操作者的手工任务减少到最小，而且提高了产品的交货能力。 集成的控制平台简化了工程任务，提高了运转效率。此外，程序设计人员有一个完全可视化的程序包，能够更容易的开发和测试HMI。友好的用户接口界面直接和生产系统连在一起，帮助简化操作，并能快速发现故障、及时处理。 但是最重要的是适合生产量需要的能力。平均算来，WPTI公司总生产量达到了300%的增长，且具有灵活性，能扩展生产线来满足增加的市场需求。现在WPTI公司的工厂中运转一条生产线，有能力扩大为5个生产线，并计划在不久的将来，在生产线上增加一个封装单元。 (end)

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