机器控制系统升级有新招

作者：Dan Hebert 和 Joe Feeley

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, ... 工业OEM商有一个基本问题：“我们能否证明给机器控制系统升级是合理的? ”不同的工业OEM商选择不同的时机，但答案是肯定的，是时候该向前进了—尽管有许多风险和随之而来的新技术配置问题。 在客户认识到那些已有的业务问题之前，他们总是在其它方面要求更高的效率、性能、质量和安全性。这些需求总是借由那些提供机器给客户的OEM商们的知识、技术和好的业务判断力来得以满足。 机器制造商们找到升级的理由会因时机变化而变化。本文探讨了几个工业机器制造商决定他们是否能够和是否应该投资，及冒险的方式。 当升级理由变化时，最终结果却是一样的 —他们的客户意识到实质利益，而机器制造商们巩固了他们的市场地位。 人工控制会扼杀连续性 Extru-Tech公司（www.extru-techinc.com）是一个挤出设备制造商，产品销售到国际上的宠物食品、水产业、畜牧业和人类食品工业。它对升级控制系统的决定，首先是为了迎合其客户不断增长的期望。 这些饲料的配方要求以准确的比例度量混合饲料，送至挤压系统，并加上蒸汽、水、油，色素、化学品等，经常还要加些新鲜的肉类。 “起着决定作用的水份有较大的变动，这就直接影响了产品质量、稳定性和最基本的利润。” Extru-Tech公司销售总监William Huseby说。 Extru-Tech公司的机器提供人工控制方式有多年历史，也达到了满意的效果。但是以现在的环境、劳动力成本及原材料等因素来看，利用控制自动化变成底线操作的必备条件。 Huseby等人认识到：生产的连续性和产品质量这两者对客户来说至关重要；而且提高自动化水平将有助于保证上述两者—即使操作人员有变动。 “更换时间的减少关系到在线混料的能力，以及是否可能从运行一种配方改为执行另一种配方。”Huseby说。 Bachelor Controls公司（www.bachelorcontrols.com）与Extru-Tech公司合作，研发了Autopilot挤出控制系统（如图1）。据报告显示，使用Extru-Tech配有Autopilot挤出控制系统的设备在产量上有10%的增长。根据Huseby所言，客户已经有报告显示控制方面的加强使得他们提高了40%以上的生产率，其中因减少更换时间而提高的那部分高达66%。 把业务问题打包 一个好的控制系统集成商会帮助一个制造商理解诸如支持控制系统升级合理性等问题。“当Concept Systems公司看到机会时，我们尽量找出并显示在未来六个月中的投资回报。”该公司总裁Ed Diehl说。 Diehl说，提高质量控制可减少废品，它与降低能耗、增加生产率都是决定它们是否能为客户“全部跟进”新的自动化。 Diehl指出，有时你会在提高了客户的操作数据集合之后，才下决心升级。SpaceKraft公司就是这样一个例子。该公司是Weyerhaeuser公司（制造可循环利用大容器）的一个业务单元，它们的瓦楞纸盒被设计用于装运这些大量的液体。 在讨论SpaceKraft公司的生产问题时，Concept公司显然从过程控制数据（从Rockwell Automation的PlantMetrics软件中得到）中收集了许多信息，有助于做出自动化方面的决定。 SpaceKraft公司生产经理Glen Lawson起初只计划实施另一个资金项目，但是当Concept公司在工厂安装了PlantMetrics，并运行了一个设备综合效率（OEE，Overall Equipment Effectiveness）分析时，结果显示SpaceKraft工厂有别的瓶颈问题，远甚于经理最初所想。最后，封盖过程被确定为整个厂的瓶颈问题。 通过增加图像式人机界面和安装PlantMetrics质量分析软件，缩短卷纸机和封底机停工期的机会被找到了。该软件允许工厂的操作员分析出无效过程的产品数据的准确位置。Lawson说：“排除瓶颈的结果显示，经测量，提高的增长/产出量达到31%。” 告别无成长前景的机器 升级的理由还来源于认识到何时告别那些可靠但成长有限的自产、系列模式的专有控制。Miller Weldmaster公司（www.weldmaster.com）专注于旋转热密封设备已有30多年历史，在热塑性塑料工业领域中享有国际声誉。 它的Multi-Sealer网状加工机器可以对热塑性塑料卷材运行五种基本功能（图2）。该机器展开未加工的热塑织物，折叠，并沿着织物的两个边缘熔接摺边，还积存材料以满足整条生产线的恒定拉力和速度的要求。最后机器精确地按照用户指定的长度裁切完成的织物。 “Miller Weldmaster公司的标准机器常被用于制作防水油布，建筑类产品（如柔韧的管道）、广告牌和和服装，”Miller Weldmaster公司总工Brain Henry说，“这种类型的机器配用专有的硬连线控制系统，该系统要求操作人员频繁地做机械调整，以设定切割长度和接头。这些机械设置工作在每次产品开始行进时重复。” 为了保持它的市场状态，公司认识到需要发现一更有效和准确的方式。Henry认为：“那个目标是一种能够通过减少设置时间而增强生产能力的控制系统 — 这种系统还要提供更高的尺寸精度和在成品中的可重复性，减少操作者负担和错误机率，并能提供远程诊断能力，保持一种简单的、使用本地的元器件现货的控制结构。”另外，尺度精确度需要提高。公司意识到增值服务性能所带来的潜在利润，以及因为允许Miller Weldmaster公司工程师们远程维护和安装机器而随之减少的差旅费。 “另一个发展需要是通过极少的人工设置来减少人员培训成本，而用于提供做尺寸参数的人机界面对操作者来说，直接、可视。”海瑞补充说。 经过一些调查后，Miller Weldmaster公司发现施耐德电气（Schneider Electric）公司的运动控制解决方案可以满足上述的大多数需求。这种解决方案采用TSX MP PLC和一个轴控制模块。“新机器装备有一个10英寸彩色触摸屏显示器，让操作者能看到机器状态和警报，能输入产品尺寸信息作为每部分的处方存储起来。” PLC配有可互联的以太网模块，提供局部诊断和编程，提供全面制造结构的集成。Miller Weldmaster公司的服务职员把PLC的AUX端口连接到一个标准的普通电话调制解调器（MODEM），作为远程接入。 据Henry说，新的运动控制系统超出了Miller Weldmaster公司的期望，尺寸精度从+/-0.375英寸提高到优于+/-0.062英寸，因为这个系统是方案设定驱动式的，每个产品的配置被存储在内存，为下一次运行做准备。所以，每次一个特殊产品运转时，这个精确性就被重复一次。 由以太网使能PLC来控制机器之后，通过MODEM进行远程诊断如今成为可能。并且操作者的培训费用也通过操作者界面的简化而明显减少了。以前的配置时间约20～30分钟，现在，配置时间大约30秒，大大地提高了产品的速度。 Ttarp Industries公司 (www.ttarp.com)设计和制造硬模切割机、层合机、锯和分离机，广泛用于制作泡沫、塑料、橡胶、粘合剂和其它材料应用（图3）。 Ttarp公司的客户通常是小规模装配商，维护和技术支持都是有限的。因此，他们购买的机器必须容易操作和维护。“我们的客户没有时间、人力和我们的技术人员通电话，所以我们必须使我们的机器非常容易使用和可靠，”Ttarp公司的电气工程师兼服务技术员Chet Pulaski解释说。并且，像所有的工业化OEM厂商一样，Ttarp公司不得不优化运行并使成本下降。 Ttarp公司的所有者Don Pratt认为实现新自动化的理由是：把容易使用和高可靠性加入公司的装配机器中。所以多年以来，Ttarp公司通过稳步增加自动化水平，以使其装配设备与时俱进。例如，它的原始的离合器皮带运动系统10年前被一个Whedco步进控制系统代替。 Pulaski对易于使用和编程的驱动器感到高兴，但他最近决定升级单个的、可执行机器和运动控制功能的设备。“我们不仅要考虑更容易安装和维护，我们也需要一个更强有力的装置，以提供甚至更大的精确度、可靠性和速度，” Pulaski说。在Ttarp公司的Steel Rule Die Cutting Press和Automatic Vertical Saw上，他安装了一个GE Fanuc S2K的基于旋转变压器的伺服系统。 Ttarp公司的客户对这个改变很高兴，据Pulaski说，根据地方报告可知，服务呼叫和培训时间节省下来。 必要的无故障运行时间 有些机器制造者通过继续改进机器的正常运行时间来实现自动化升级，以摆脱近期遇到的困惑。处于高竞争性的软饮料工业中的OEM商们意识到：正常运行时间不仅对成功起着至关重要的作用，而且是必不可少的。一小时的停工时间可能导致数万美元的损失。 一般来说，应用于高速瓶装工业的堆垛机是液压驱动的。由于任何基于液压驱动的控制都存在着旧机器泄漏的危险，在这种情况下，增加了饮料被污染的潜在可能性。 葫芦/吊轮在堆垛过程中举起大货物，它被认为是堆垛机中最重要和最危险的部分。许多电动和液压的堆垛机有个问题，即设计无法保持连续和精确地控制葫芦。结果，这些葫芦有可能失去控制而使整个货物掉落下来。除了安全问题外，这些事件还可能导致丢失产品，较长的停工清洁时间，甚至更长的机械维修时间。 一些瓶装商正经历一天好几次掉落货物的现象，其他一些则一个月才出现这种现象。他们与T-TEK、Montgomery、Ala.堆垛机制造商联系并寻求帮助。不论这种现象是零星发生，还是惯常的，这些瓶装商们寻找一种可靠的起重控制系统，以消除缺点、失误和停工期。 T-Tek公司副总裁Brian Traff，认为这是一个机会，可以在堆垛机上用一种电气系统代替现存的液压系统，他说，许多机器生产者都犹豫做改变，因为以前在灌装工业中，电气系统被认为不可靠。Traff说：“T-Tek的控制设计中有一个关键要求：它决不允许货盘从吊轮上落下来。” 在评估一系列用于起重机控制的交流驱动器后，Traff选择了Rockwell Automation，该公司的1336再生驱动器允许由堆垛机产生的过剩再生性能量循环转化为能有助提供灌注生产线动力。这些驱动器也有助于消除来自动力制动器电阻的剧烈热源。“由于驱动器更友好、合乎环境要求，并且节约了可测得到的能量成本，T-Tek电动堆垛机成了终端用户的最满意的解决方案。”Traff说。 这种驱动器适合T-Tek的需要，使它的堆垛机有了一个编码器和一个闭环系统。编码器允许驱动器为电动机提供150%的扭矩，并使葫芦即使没有制动也可保持零速—甚至在满载货物时。这就造就了一个完全真实的电动堆垛机系统。 “所有堆垛机上的电气控制系统被证明对顾客是一个彻底的成功，”Traff说，“我们的电动堆垛机很少有停机报道的例子。和液压系统比较，产品箱子堆叠得更干净，而且全电气堆垛机的减速过程运行得更平稳。” Traff认为，新驱动器技术的升级非常值得，但是他也知道：“我们的客户不总是控制技术的早期适应者，但我正尽力推进一点。” (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (2/19/2005)