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面向未来的控制系统:模块化设计的优势

来源:控制工程网2018.08.01阅读 59269

  在巴西新建的一个制造工厂中,通过将自动化硬件和软件集成在一起,增加了可视性和灵活性。可编程逻辑控制器 (PLC)、变频器人机界面 (HMI) 软件,在运行和远程诊断功能方面可以为新工厂提供帮助,并可能将潜在的停机时间从数天减少到数小时。该项目的总体设计方法,使工厂能够快速启动,这样公司就能帮助汽车供应商去满足最新的安全气囊要求。 
  美国、日本和欧洲大部分地区的消费者都认为新车必须配置安全气囊。从20世纪90年代开始,很多发达国家的汽车已经普遍配置了安全装置。到本世纪初,这种安全配置要么是法律要求,要么被认为是汽车制造商为实现预期的安全等级、在车辆上必须配置的组成部分。
  然而,对于很多发展中国家和新兴国家来说,安全气囊仍然不是必需的,或者并没有普遍配置。巴西在2014年生效了一项新法律,要求在该国销售的所有新车必须安装安全气囊和其它安全技术。 


图 1: 罗克韦尔自动化的 FactoryTalk历史库和VantagePoint企业制造智能 (EMI)软件,为MCPP公司提供了实现智能制造的机会。图片来源: 罗克韦尔自动化


  作为全球第七大汽车市场,巴西在安全气囊方面的最新要求,增加了市场对于安全气囊和相关原材料的需求。三菱化学高性能聚合物公司(MCPP)是一家专门从事高分子设计和复合生产设施的企业。增加的市场需求成为MCPP公司在巴西新建生产基地的推动力。新基地将主要供应汽车市场www.cechina.cn,为安全气囊制造商提供安全关键气囊盖的树脂。 
  在扩展到巴西之前CONTROL ENGINEERING China版权所有,MCPP公司已在世界上的16个国家开展业务,为燃料管理、室内、室外、布线和其它汽车应用,提供定制的汽车解决方案,在这些领域它们拥有超过30年的经验。 
  质量是首要任务
  MCPP公司选择圣保罗北部的一个工业区,作为其在巴西的新生产设施的基地。该公司希望能够尽快投入生产,以帮助当地汽车供应商来满足安全气囊的要求。 
  MCPP公司的厂长Lee Wilson说: “我们希望在安全气囊的新规开始实施之时,能够开始生产。漫长的雨季使我们的现场工作进度有点滞后。这个时候,寻找有效地启动这个新工厂的方法愈发变得重要。” 
  对于生产基础设施,新工厂需要安装一套馈线和挤出系统,按照最大生产能力,每年可生产多达1000万磅的树脂。Wilson和他的团队希望巴西工厂在生产速度和质量管理方面,能够学习其它地区MCPP公司的经验。 
  “质量是我们的首要任务,”Wilson说,“我们需要确保利用挤出机的进料系统,能够维持公差,并实现适当的配比,将各种成分均匀的混合在挤出机内。另外,从美学上来讲www.cechina.cn,我们需要能够保持产品外观的一致,因为材料是复合的、颗粒状的。”
  远程访问系统对于帮助操作员监控质量,并在发生潜在生产问题时迅速采取行动来说至关重要。这将使美国的MCPP公司员工和其它外部专家,能及时对技术难题进行故障诊断,并弥补巴西当地技术支持不足的现状。 


图 2: 拥有挤出系统的电气和控制基础设施复合控制中心,包括罗克韦尔自动化的CompactLogix PLC、PowerFlex 755 变频器和固态继电器。


  基于信息的系统
  在系统集成方面,MCPP公司选择了位于美国印第安纳州的Apex Engineering公司及其子公司Apex Control Specialists(一家被罗克韦尔自动化公司认可的系统集成商),来负责巴西新厂生产设施挤出系统的开发。
  Apex公司提出了一种基于模块化挤出系统的解决方案。物料处理系统接收原材料,包括各种橡胶、油、热稳定剂、冲击修饰物和颜料。这些材料通过一个进料斗分配到挤出系统,在那里进行加热和混合。然后,它们被送往一个水下造粒系统,生产最终的珠状产品,包装成大袋和盒子,再配送给安全气囊制造商。 
  复合控制中心设有挤出系统的电气和控制基础设施,包括 PLC、交流驱动器和固态继电器。独立的控制中心配置了系统实用程序和信息服务器。
  基于海量信息的系统,使工人和外部专家能够及时查看到关键的制造智能、温度、进给速率压力和馈线马达速度等信息。历史数据库软件,可以收集整个生产流程中数以千计的数据点,而HMI软件和企业制造智能 (EMI) 软件,使工人能够管理配方,监测过程,并识别和解决生产中出现的问题。
  EtherNet/IP通信协议使整个工厂和外部专家能够远程访问、共享信息。同时,也减少了工厂内部的布线量。 


图 3: 模块化的集成方法,有助于工人优化质量管理和确定生产问题。


  模块化设计的优势
  挤出系统的模块化设计,帮助MCPP公司加快了新厂设施的建设。在巴西工厂的建设过程中www.cechina.cn,Apex公司也在美国印第安纳州同时设计和开发系统。在整个过程中,MCPP公司和它的团队,每周都与Apex公司的工程师进行交流。一旦挤出系统施工完成并投入使用,他们就在现场与Apex人员一起进行为期一周的测试。 
  “ 我们仔细检查了所有的设备,” Wilson说,“ 能亲眼看到设备的运行和测试是很棒的一种体验。我们只做了很小的改变,能够在将设备运送到巴西之前做到这一步非常棒。它帮助我们避免了生产延误,也省去了长途跋涉的时间和成本。  ”
  设备一抵达巴西,现场承包商就可以轻松地组装系统。例如,将系统电源和电气组件安装在连接器上。工人只需要从电缆托盘拉出电缆和插头。该系统的机械部件附带图纸,以及简单易用的使用说明CONTROL ENGINEERING China版权所有,可以轻松的安装系统。 
  在新建的工厂中,安装这个系统只需要大概1个月。这可为MCPP公司节省多达4个月的部署时间,使公司在工厂建设完毕时,就可以完成挤出系统的安装。该设施的集成控制和信息,对帮助工人优化质量管理和确定生产问题至关重要。 
  “运行人员可以看到屏幕上的趋势信息,以确保所有的设备和馈线都各司其职。” Wilson说,“在其最小或最大设定值之外运行的任何进程,都会在屏幕上生成警报,以便运行人员能够快速解决此问题”。”MCPP公司和Apex的团队成员,可以远程访问系统,以监视系统并帮助工作人员,而无需亲临现场。这在系统建立以及开始运转的早期非常有帮助,因为那时获得当地技术支持的机会有限。 
  “我可以从办公室里查看任何数据点。”Wilson说:“例如,当他们无法获得正确的进料速度,或进料系统的机械部件出现问题时,我们可以及时查看警报,并帮助他们诊断问题。可以肯定地说,远程支持帮助我们将一些早期停机事故从几天缩短到几小时。 ”
  通过在挤出系统的开发中使用附加指令,Apex公司为工厂设施任何将来的变更或升级,创建了即插即用功能。例如,最短只需10分钟, MCPP公司就可以向系统中添加新的进料装置。未来,MCPP公司可能会尝试将模块化挤出系统的优势发挥到其它设施上。(作者:John Hamilton)

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