对控制系统技术的重新思考

作者：tna集团 Chris Jones

欢迎访问e展厅 展厅 3 PLC展厅 PLC可编程控制器, PLC编程电缆, ... 在过去几十年里，技术创新对制造业产生了巨大的影响。对许多制造商而言，工业自动化能够使其优化生产流程。然而有一些制造商或是费尽千辛万苦才能将新技术运用到生产中，或是根本无法充分利用控制系统所提供的便利。但是鉴于原材料、劳工及能源价格的不断上涨以及新监管政策的出台，实现效率最大化仍然是制造业的主要任务。在这篇文章中，tna集团负责控制领域的销售经理Chris Jones探讨了制造工厂流程效率低的主要原因，并为克服这些困难提出了行之有效的方法。 锁定低效问题 在加工业中，低效问题相当普遍，并且可能出现于生产周期的每一阶段。其中包括食品安全、材料损耗、能源浪费，甚至可能是由生产线严重失调所造成的。通常情况下，这些低效问题都未被发现或被忽略，而企业则要为此付出代价，其盈利能力及竞争能力都会受到明显影响。尽管技术可能无法解决生产流程中的所有低效问题，但它对发现这些问题却起到了至关重要的作用。控制系统，像可编程逻辑控制器 (PLC) 和监控与数据采集 (SCADA) 系统等，能够很容易地与现有生产线相集成，使生产线中效率最为低下的环节暴露无遗。它们还可用于定位技术来改善工作流程。一旦这些系统完成分析后，所得数据便可帮助工厂操作员确定最易发生低效问题的具体领域。 通过可追溯性确保食品安全 食品安全对所有制造商而言都至为重要，若想保证客户的忠诚度，就必须确保极高的质量标准。产品质量问题在原材料和成品中都会出现，它通常是由控制系统的指定不当、过时或配置不佳所引起的。除了会造成巨额的成本，潜在客户的投诉也将会对企业的声誉构成威胁。随着FDA等监管部门为确保产品质量及安全推出更多“防范”机制，这类低效问题是很多生产基地需要迫切关注的问题之一。 通过提高整个生产链的可追溯性，操作员可重新掌控产品质量和食品安全。为了实现这一目的，应从尽可能多的生产流程中收集详细可靠的数据并进行全面评估，这一点至关重要。条形码扫描和在线监控系统可保证产品始终符合产品规格并遵循所有食品安全规范。使用高效追踪系统监控所有生产出的产品、控制现有库存、更新产品保质期，将有助于减少原料的浪费，准确计算库存并自始至终保证产品质量。 减少浪费 材料浪费不仅仅涉及原材料浪费。随着生产线自动化程度的提高，产品的加工速度也空前提升，但这也同时增加了损坏或损耗的机会 。材料浪费通常由设备控制错误或流程严重失调引起，这对于所有工厂经理而言都是个大问题，因为它会影响到整个生产周期。如果未能及时发觉，仅仅一处错误就能对大量产品造成损害，造成不必要的停工和过度浪费。 通过详细的用户需求标准 (URS)，控制系统供应商可帮助特定生产流程确定其所需的关键绩效指标 (KPI)。经分析之后，URS 将被转换为功能设计规范 (FDS)，用于加强流程管理。这样，生产流程就会变得更加顺畅、更加可靠，以便最大程度地减少浪费并避免生产停机。 重新调整提高精确度 毋庸置疑，控制系统对规范生产流程而言至关重要，但是它们不总是从一开始就能确保流程的高效性。它们通常需要进行精确的设置和严谨的调整。但由于实际原因，控制系统很少能够完成一套精密调整的完整控制环路。因此，这为很多可变因素提供了机会，导致频繁出现停工的情况，不但会影响产品质量，而且还会降低生产线的效率。 因此，操作员需要再次访问原始的PLC控制代码，对比例积分微分 (PID) 环路进行精密调配。这一点可通过观察环路参数、手工输入新的比例、积分和微分值或者通过专用环路调整包以电子方式实现。但是，一些工厂可能需要进行更为复杂的环路调整，在这种情况下，操作员应该考虑使用基于模型的控制器。该系统以PLC控制环路为基础，使用其自身的基于PC的平台，可在流程偏离设置点之前对其方向进行预测并采取纠正措施。 打造出高效的团队 尽管目前的技术进步已经使大多数制造流程实现了自动化，但是劳动力成本依然是所有工厂预算的最大部分，因此，工厂经理迫切希望充分利用其员工队伍，这一点是可以理解的。但是，如果普遍使用落后的程序，那么，同时执行多项任务就不那么容易了。很多工厂都将正常的生产时间浪费在维护及修理工作上，而在另外一些工厂中，员工可能忙于重复性的操作，但这些工作本可以由机器完成地更加精确。这不但可以减少人为错误，还可为员工腾出时间，使他们专注于更具挑战性的工作。 详细审查流程中的每一部分可确定哪些工作最好由机器执行或者由机器执行更为精确，为员工腾出时间执行重复率较低的工作。还可以通过将现有PLC系统与简洁清晰的人机界面 (HMI) 结合运用来提高效率。这比肉眼能更快地检测出故障，允许操作员对故障采取立即措施，最大程度地减少停机和浪费现象的发生。 控制能源成本 随着自动化流程的广泛使用，能源消耗也日益增加。尽管在2006 年至2010 年间美国制造部门的能源使用减少了近10%，但是陈旧或保养不善的机器每天依然消耗掉了大量的电力、天然气和水资源。设备泄露、绝缘性能不良、过热、不必要的照明及因配件陈旧而进一步加重了这一状况，以上种种都增加了每月的能源成本。同时随着能源价格的上涨，对所有运营商而言，都应密切关注能源的消耗水平，以维持盈利能力。据碳信托 (Carbon Trust) 的消息称，能源成本削减20% 意味着可获得的效益等同于将销售额提高 5%。 通过部署流量计、运动传感器及电表等感应设备，可检测整个工厂范围内的能源消耗。一旦安装控制系统后，它可为操作员提供详细的能源报告，使他们有能力确保仅在需要的时间和地点使用能源。 最大程度地降低对环境造成的影响 保持较低的能源成本也是一种提升效率和实现生产流程可持续发展的方法。但是，随着生产产量的提高，向环境中排放的废液和废气量也随之增长。工业污染依然是业内对环境造成真正威胁的一大重要问题。随着全球各国政府对污染源头的步步紧逼，缺乏有效的环境控制系统不仅造成巨大的经济损失，并且在一些情况下还会导致工厂关闭。因此，迅速检测出违规和泄露等问题对于维持生产流程的可持续发展至关重要。 通过在选定地点安装其它感应设备，工厂操作员可在废物排放之前对其进行监测。感应器获得的数据可通过4-20mA 信号反馈至PLC系统，再与设置的可接受参数进行比较。根据这一数据，流程可能允许排放，或创建一个超出公差范围的警报进一步激活阻止有害物质排放到环境中的程序。记录数据还将提供详细的记录，以便在需要时提交至外部监控机构，这可消除巨额罚款的风险，确保安全高效的运营。 结论 制造业中存在各种各样的低效问题，每种问题都涉及到生产流程的不同方面。一些问题只是成本高昂，但有一些问题却可对企业构成真正的威胁。从尽可能多的生产流程环节中收集详细可靠的数据，这对控制产品流程及实现安全高效生产至关重要。 控制系统对于任何工厂而言都是一笔真正的资产，因为它们能够检测出需要注意的领域，帮助规范工作流程，使所有产品均能符合规格。为了实现最佳的流程效率，系统应该设计良好、准确并能定期进行维护，这一点非常关键。 在任何情况下，凭借控制系统专家的帮助，从一开始就可提升流程的运作效率。它们不仅能帮助工厂经理根据需求选择合适的系统，还可确保其自身安装正确并得到定期维护，为保持生产效率提供保证。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (10/13/2014)