如何給機(jī)器控制系統(tǒng)進(jìn)行升級？

工業(yè)OEM商有一個(gè)基本問題：“我們能否證明給機(jī)器控制系統(tǒng)升級是合理的？ ”不同的工業(yè)OEM商選擇不同的時(shí)機(jī)，但答案是肯定的，是時(shí)候該向前進(jìn)了—盡管有許多風(fēng)險(xiǎn)和隨之而來的新技術(shù)配置問題。

在客戶認(rèn)識到那些已有的業(yè)務(wù)問題之前，他們總是在其它方面要求更高的效率、性能、質(zhì)量和安全性。這些需求總是借由那些提供機(jī)器給客戶的OEM商們的知識、技術(shù)和好的業(yè)務(wù)判斷力來得以滿足。

機(jī)器制造商們找到升級的理由會因時(shí)機(jī)變化而變化。本文探討了幾個(gè)工業(yè)機(jī)器制造商決定他們是否能夠和是否應(yīng)該投資，及冒險(xiǎn)的方式。

當(dāng)升級理由變化時(shí)，最終結(jié)果卻是一樣的 —他們的客戶意識到實(shí)質(zhì)利益，而機(jī)器制造商們鞏固了他們的市場地位。

人工控制會扼殺連續(xù)性

Extru-Tech公司是一個(gè)擠出設(shè)備制造商，產(chǎn)品銷售到國際上的寵物食品、水產(chǎn)業(yè)、畜牧業(yè)和人類食品工業(yè)。它對升級控制系統(tǒng)的決定，首先是為了迎合其客戶不斷增長的期望。

這些飼料的配方要求以準(zhǔn)確的比例度量混合飼料，送至擠壓系統(tǒng)，并加上蒸汽、水、油，色素、化學(xué)品等，經(jīng)常還要加些新鮮的肉類。

“起著決定作用的水份有較大的變動(dòng)，這就直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量、穩(wěn)定性和最基本的利潤?！?Extru-Tech公司銷售總監(jiān)William Huseby說。

Extru-Tech公司的機(jī)器提供人工控制方式有多年歷史，也達(dá)到了滿意的效果。但是以現(xiàn)在的環(huán)境、勞動(dòng)力成本及原材料等因素來看，利用控制自動(dòng)化變成底線操作的必備條件。

Huseby等人認(rèn)識到：生產(chǎn)的連續(xù)性和產(chǎn)品質(zhì)量這兩者對客戶來說至關(guān)重要；而且提高自動(dòng)化水平將有助于保證上述兩者—即使操作人員有變動(dòng)。

“更換時(shí)間的減少關(guān)系到在線混料的能力，以及是否可能從運(yùn)行一種配方改為執(zhí)行另一種配方?！盚useby說。

Bachelor Controls公司（www.bachelorcontrols.com）與Extru-Tech公司合作，研發(fā)了Autopilot擠出控制系統(tǒng)。據(jù)報(bào)告顯示，使用Extru-Tech配有Autopilot擠出控制系統(tǒng)的設(shè)備在產(chǎn)量上有10%的增長。根據(jù)Huseby所言，客戶已經(jīng)有報(bào)告顯示控制方面的加強(qiáng)使得他們提高了40%以上的生產(chǎn)率，其中因減少更換時(shí)間而提高的那部分高達(dá)66%。

把業(yè)務(wù)問題打包

一個(gè)好的控制系統(tǒng)集成商會幫助一個(gè)制造商理解諸如支持控制系統(tǒng)升級合理性等問題?！爱?dāng)Concept Systems公司看到機(jī)會時(shí)，我們盡量找出并顯示在未來六個(gè)月中的投資回報(bào)?！痹摴究偛肊d Diehl說。

Diehl說，提高質(zhì)量控制可減少廢品，它與降低能耗、增加生產(chǎn)率都是決定它們是否能為客戶“全部跟進(jìn)”新的自動(dòng)化。

Diehl指出，有時(shí)你會在提高了客戶的操作數(shù)據(jù)集合之后，才下決心升級。SpaceKraft公司就是這樣一個(gè)例子。該公司是Weyerhaeuser公司（制造可循環(huán)利用大容器）的一個(gè)業(yè)務(wù)單元，它們的瓦楞紙盒被設(shè)計(jì)用于裝運(yùn)這些大量的液體。

在討論SpaceKraft公司的生產(chǎn)問題時(shí)，Concept公司顯然從過程控制數(shù)據(jù)（從Rockwell Automation的PlantMetrics軟件中得到）中收集了許多信息，有助于做出自動(dòng)化方面的決定。

SpaceKraft公司生產(chǎn)經(jīng)理Glen Lawson起初只計(jì)劃實(shí)施另一個(gè)資金項(xiàng)目，但是當(dāng)Concept公司在工廠安裝了PlantMetrics，并運(yùn)行了一個(gè)設(shè)備綜合效率（OEE，Overall Equipment Effectiveness）分析時(shí)，結(jié)果顯示SpaceKraft工廠有別的瓶頸問題，遠(yuǎn)甚于經(jīng)理最初所想。最后，封蓋過程被確定為整個(gè)廠的瓶頸問題。

通過增加圖像式人機(jī)界面和安裝PlantMetrics質(zhì)量分析軟件，縮短卷紙機(jī)和封底機(jī)停工期的機(jī)會被找到了。該軟件允許工廠的操作員分析出無效過程的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確位置。Lawson說：“排除瓶頸的結(jié)果顯示，經(jīng)測量，提高的增長/產(chǎn)出量達(dá)到31%。”

告別無成長前景的機(jī)器

升級的理由還來源于認(rèn)識到何時(shí)告別那些可靠但成長有限的自產(chǎn)、系列模式的專有控制。Miller Weldmaster公司（www.weldmaster.com）專注于旋轉(zhuǎn)熱密封設(shè)備已有30多年歷史，在熱塑性塑料工業(yè)領(lǐng)域中享有國際聲譽(yù)。

它的Multi-Sealer網(wǎng)狀加工機(jī)器可以對熱塑性塑料卷材運(yùn)行五種基本功能。該機(jī)器展開未加工的熱塑織物，折疊，并沿著織物的兩個(gè)邊緣熔接摺邊，還積存材料以滿足整條生產(chǎn)線的恒定拉力和速度的要求。最后機(jī)器精確地按照用戶指定的長度裁切完成的織物。

“Miller Weldmaster公司的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器常被用于制作防水油布，建筑類產(chǎn)品（如柔韌的管道）、廣告牌和和服裝，”Miller Weldmaster公司總工Brain Henry說，“這種類型的機(jī)器配用專有的硬連線控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)要求操作人員頻繁地做機(jī)械調(diào)整，以設(shè)定切割長度和接頭。這些機(jī)械設(shè)置工作在每次產(chǎn)品開始行進(jìn)時(shí)重復(fù)?！?/p>

為了保持它的市場狀態(tài)，公司認(rèn)識到需要發(fā)現(xiàn)一更有效和準(zhǔn)確的方式。Henry認(rèn)為：“那個(gè)目標(biāo)是一種能夠通過減少設(shè)置時(shí)間而增強(qiáng)生產(chǎn)能力的控制系統(tǒng) — 這種系統(tǒng)還要提供更高的尺寸精度和在成品中的可重復(fù)性，減少操作者負(fù)擔(dān)和錯(cuò)誤機(jī)率，并能提供遠(yuǎn)程診斷能力，保持一種簡單的、使用本地的元器件現(xiàn)貨的控制結(jié)構(gòu)?！绷硗猓叨染_度需要提高。公司意識到增值服務(wù)性能所帶來的潛在利潤，以及因?yàn)樵试SMiller Weldmaster公司工程師們遠(yuǎn)程維護(hù)和安裝機(jī)器而隨之減少的差旅費(fèi)。

“另一個(gè)發(fā)展需要是通過極少的人工設(shè)置來減少人員培訓(xùn)成本，而用于提供做尺寸參數(shù)的人機(jī)界面對操作者來說，直接、可視?！焙Ｈ鹧a(bǔ)充說。

經(jīng)過一些調(diào)查后，Miller Weldmaster公司發(fā)現(xiàn)施耐德電氣（Schneider Electric）公司的運(yùn)動(dòng)控制解決方案可以滿足上述的大多數(shù)需求。這種解決方案采用TSX MP PLC和一個(gè)軸控制模塊。“新機(jī)器裝備有一個(gè)10英寸彩色觸摸屏顯示器，讓操作者能看到機(jī)器狀態(tài)和警報(bào)，能輸入產(chǎn)品尺寸信息作為每部分的處方存儲起來?！?/p>

PLC配有可互聯(lián)的以太網(wǎng)模塊，提供局部診斷和編程，提供全面制造結(jié)構(gòu)的集成。Miller Weldmaster公司的服務(wù)職員把PLC的AUX端口連接到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的普通電話調(diào)制解調(diào)器（MODEM），作為遠(yuǎn)程接入。

據(jù)Henry說，新的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)超出了Miller Weldmaster公司的期望，尺寸精度從+/-0.375英寸提高到優(yōu)于+/-0.062英寸，因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)是方案設(shè)定驅(qū)動(dòng)式的，每個(gè)產(chǎn)品的配置被存儲在內(nèi)存，為下一次運(yùn)行做準(zhǔn)備。所以，每次一個(gè)特殊產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)精確性就被重復(fù)一次。

由以太網(wǎng)使能PLC來控制機(jī)器之后，通過MODEM進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷如今成為可能。并且操作者的培訓(xùn)費(fèi)用也通過操作者界面的簡化而明顯減少了。以前的配置時(shí)間約20～30分鐘，現(xiàn)在，配置時(shí)間大約30秒，大大地提高了產(chǎn)品的速度。

Ttarp Industries公司設(shè)計(jì)和制造硬模切割機(jī)、層合機(jī)、鋸和分離機(jī)，廣泛用于制作泡沫、塑料、橡膠、粘合劑和其它材料應(yīng)用。

Ttarp公司的客戶通常是小規(guī)模裝配商，維護(hù)和技術(shù)支持都是有限的。因此，他們購買的機(jī)器必須容易操作和維護(hù)?！拔覀兊目蛻魶]有時(shí)間、人力和我們的技術(shù)人員通電話，所以我們必須使我們的機(jī)器非常容易使用和可靠，”Ttarp公司的電氣工程師兼服務(wù)技術(shù)員Chet Pulaski解釋說。并且，像所有的工業(yè)化OEM廠商一樣，Ttarp公司不得不優(yōu)化運(yùn)行并使成本下降。

Ttarp公司的所有者Don Pratt認(rèn)為實(shí)現(xiàn)新自動(dòng)化的理由是：把容易使用和高可靠性加入公司的裝配機(jī)器中。所以多年以來，Ttarp公司通過穩(wěn)步增加自動(dòng)化水平，以使其裝配設(shè)備與時(shí)俱進(jìn)。例如，它的原始的離合器皮帶運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)10年前被一個(gè)Whedco步進(jìn)控制系統(tǒng)代替。

Pulaski對易于使用和編程的驅(qū)動(dòng)器感到高興，但他最近決定升級單個(gè)的、可執(zhí)行機(jī)器和運(yùn)動(dòng)控制功能的設(shè)備?！拔覀儾粌H要考慮更容易安裝和維護(hù)，我們也需要一個(gè)更強(qiáng)有力的裝置，以提供甚至更大的精確度、可靠性和速度，” Pulaski說。在Ttarp公司的Steel Rule Die Cutting Press和Automatic Vertical Saw上，他安裝了一個(gè)GE Fanuc S2K的基于旋轉(zhuǎn)變壓器的伺服系統(tǒng)。

Ttarp公司的客戶對這個(gè)改變很高興，據(jù)Pulaski說，根據(jù)地方報(bào)告可知，服務(wù)呼叫和培訓(xùn)時(shí)間節(jié)省下來。

必要的無故障運(yùn)行時(shí)間

有些機(jī)器制造者通過繼續(xù)改進(jìn)機(jī)器的正常運(yùn)行時(shí)間來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化升級，以擺脫近期遇到的困惑。處于高競爭性的軟飲料工業(yè)中的OEM商們意識到：正常運(yùn)行時(shí)間不僅對成功起著至關(guān)重要的作用，而且是必不可少的。一小時(shí)的停工時(shí)間可能導(dǎo)致數(shù)萬美元的損失。

一般來說，應(yīng)用于高速瓶裝工業(yè)的堆垛機(jī)是液壓驅(qū)動(dòng)的。由于任何基于液壓驅(qū)動(dòng)的控制都存在著舊機(jī)器泄漏的危險(xiǎn)，在這種情況下，增加了飲料被污染的潛在可能性。

葫蘆/吊輪在堆垛過程中舉起大貨物，它被認(rèn)為是堆垛機(jī)中最重要和最危險(xiǎn)的部分。許多電動(dòng)和液壓的堆垛機(jī)有個(gè)問題，即設(shè)計(jì)無法保持連續(xù)和精確地控制葫蘆。結(jié)果，這些葫蘆有可能失去控制而使整個(gè)貨物掉落下來。除了安全問題外，這些事件還可能導(dǎo)致丟失產(chǎn)品，較長的停工清潔時(shí)間，甚至更長的機(jī)械維修時(shí)間。

一些瓶裝商正經(jīng)歷一天好幾次掉落貨物的現(xiàn)象，其他一些則一個(gè)月才出現(xiàn)這種現(xiàn)象。他們與T-TEK、Montgomery、Ala.堆垛機(jī)制造商聯(lián)系并尋求幫助。不論這種現(xiàn)象是零星發(fā)生，還是慣常的，這些瓶裝商們尋找一種可靠的起重控制系統(tǒng)，以消除缺點(diǎn)、失誤和停工期。

T-Tek公司副總裁Brian Traff，認(rèn)為這是一個(gè)機(jī)會，可以在堆垛機(jī)上用一種電氣系統(tǒng)代替現(xiàn)存的液壓系統(tǒng)，他說，許多機(jī)器生產(chǎn)者都猶豫做改變，因?yàn)橐郧霸诠嘌b工業(yè)中，電氣系統(tǒng)被認(rèn)為不可靠。Traff說：“T-Tek的控制設(shè)計(jì)中有一個(gè)關(guān)鍵要求：它決不允許貨盤從吊輪上落下來。”

在評估一系列用于起重機(jī)控制的交流驅(qū)動(dòng)器后，Traff選擇了Rockwell Automation，該公司的1336再生驅(qū)動(dòng)器允許由堆垛機(jī)產(chǎn)生的過剩再生性能量循環(huán)轉(zhuǎn)化為能有助提供灌注生產(chǎn)線動(dòng)力。這些驅(qū)動(dòng)器也有助于消除來自動(dòng)力制動(dòng)器電阻的劇烈熱源?！坝捎隍?qū)動(dòng)器更友好、合乎環(huán)境要求，并且節(jié)約了可測得到的能量成本，T-Tek電動(dòng)堆垛機(jī)成了終端用戶的最滿意的解決方案?！盩raff說。

這種驅(qū)動(dòng)器適合T-Tek的需要，使它的堆垛機(jī)有了一個(gè)編碼器和一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。編碼器允許驅(qū)動(dòng)器為電動(dòng)機(jī)提供150%的扭矩，并使葫蘆即使沒有制動(dòng)也可保持零速—甚至在滿載貨物時(shí)。這就造就了一個(gè)完全真實(shí)的電動(dòng)堆垛機(jī)系統(tǒng)。

“所有堆垛機(jī)上的電氣控制系統(tǒng)被證明對顧客是一個(gè)徹底的成功，”Traff說，“我們的電動(dòng)堆垛機(jī)很少有停機(jī)報(bào)道的例子。和液壓系統(tǒng)比較，產(chǎn)品箱子堆疊得更干凈，而且全電氣堆垛機(jī)的減速過程運(yùn)行得更平穩(wěn)?！?/p>

Traff認(rèn)為，新驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的升級非常值得，但是他也知道：“我們的客戶不總是控制技術(shù)的早期適應(yīng)者，但我正盡力推進(jìn)一點(diǎn)?！?br /> 責(zé)任編輯：tzh