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边缘计算使自动化升级更经济高效

来源:控制工程网2021.11.23阅读 366

  控制系统集成商正在发展如何将边缘计算应用于现有和新应用的经验。边缘设备将计算、通信和分析设备布置在过程的边缘。在较新的架构中,它们甚至可以用作机器或过程的控制器。
  急需升级的老旧设备
  在COVID-19疫情发生的最初几个月www.cechina.cn,为了应对洗手液的巨大需求,Emerald66公司(E66)在美国俄克拉荷马州的Seminole开设了新工厂。除了投资者的资金和空置的厂房之外一无所有,E66聘请了Northeast Automation公司(NACI),来帮助他们尽快开发一套自动化灌装和包装过程设备。
  解决这个问题的最快方法,是在拍卖会上购买二手设备,这就需要将各种控制系统以及非自动化设备,集成到一个统一的系统中。在此过程中,一个E66的客户遭遇财务崩溃,业务模式发生了重大变化,这导致该公司需要进一步强化其处理能力。
  该项目需要在没有任何设备的情况下,从头开始构建一个全新的过程工厂,以充分利用市场需求的激增。最终目标是建立一个全自动、大容量的联合包装和分销公司,能够灌装、加盖、贴标签和包装一加仑洗手液瓶。
  这一目标部分基于最初的商业模式,该模式侧重于实现必要的产量,以满足一个非常大的客户需求。E66公司正在与低收入、高工作量的劳动力市场竞争,这些劳动力都是手工操作的。他们相信可以更智能一点,给员工支付更高一点的工资,并利用技术来增产,提高灵活性并节省开支。有鉴于此,对自动化的关注也是由建立一个具有智能设备的最先进信息管理系统的愿望推动的,该系统可以为未来的过程改进提供信息。
  边缘控制器和设备的部署
  由于建造新生产线的方法是购买低成本的二手设备,因此NACI公司需要处理大量的老旧控制部件。E66的生产线包括传送带、旋转式灌装机、封盖机、贴标/包装/印刷站、制箱机、装箱机、封箱机和码垛机。其中一些二手装置具有一些功能控制器,通常是传统的可编程逻辑控制器(PLC),而其它装置则只有过时的PLC或根本没有自动化设备。
  系统集成商希望寻求一种方法,将所有这些设备集成到一个有凝聚力的系统中,这使我们将边缘控制器作为中心焦点。边缘控制器集成了两条生产线,作为现有PLC的监控器,控制尚未由本地控制系统管理的部件,并管理数据库事务。
  此外,边缘输入/输出(I/O)设备已被证明是一种可靠的、经济高效的、可快速部署的远程I/O。在某些需要特殊I/O功能的情况下,我们也使用传统的I/O系统。
  最近,随着E66进入原始设备制造商(OEM)开发领域,系统集成商还为其设计了以边缘控制器和边缘I/O设备作为主要控制系统的设备。
  系统集成商面临的挑战
  系统集成商所面临的挑战是开发速度以及需要完成众多设备的采购和升级,这意味着很多时候需要在没有明确计划的情况下工作,目标是让一条陈旧的产品线尽快实现预期产量。
  然而,当与E66公司合作的大客户遭遇财务危机而不得不关闭时,情况发生了重大变化。整个业务必须调整,E66需要成为一套可满足多产品线的灵活的生产设施。自动化产线需要能够处理从大容量的容器,到生产不同批次大小和包装形式的各种消毒剂:从小型2、4、6和8盎司的容器、手动泵以及喷雾瓶,到甚至超过一加仑的大瓶。

E66公司生产线内的旋转灌装机、封盖机和输送机系统。边缘控制器集成了两条生产线,作为现有PLC的监控器,控制尚未由本地控制系统管理的部件,并管理数据库事务。图片来源:Northeast Automation

  足够灵活的解决方案
  客户对智能自动化的关注,对于帮助系统集成商克服挑战至关重要。通过将采购来的二手老旧设备与边缘控制器和I/O设备集成,NACI实现了在3个月内使15套不同设备上线运行。当我们不得不做出改变以开发更多产品流程时,前期对自动化的投资赋予了足够的灵活性,可以快速重组。
  最初,我们购买了10台远程I/O边缘设备,只是为了在新设备到来时可以准备就绪。当每台新设备上线时,我们都会装上一个,确定该设备提供什么样的信号,以及我们可以从它那里得到什么样的数据。
  然后,我们使用该模块来反映现有的I/O信号,如称重传感器和光眼,与现有的PLC并行CONTROL ENGINEERING China版权所有,将数据输入边缘控制器控制系统。只需大约半小时就可以完成接线工作。在其它情况下CONTROL ENGINEERING China版权所有,比如控制系统在到货时就不能工作了,我们会添加一个I/O设备并直接集成控制。配合现场面板构建和3D打印,可以快速开发和部署新功能。
  再比如,随着E66的业务不断多元化,我们帮助客户找到了一个面向海外出口原始设备开发的利基。在一个案例中,通过使用边缘控制器和边缘I/O设备,我们只用了大约5天的时间,就完成了一个内联混合器的设计,从概念到实施,包括可以移动的人机界面(HMI),并在边缘控制器中内置一个工业服务器。此外,我们用了大约4个小时,为E66公司构建了一个自动化系统,该系统以50,000美元的价格出售给其它生产商。
  尽管E66公司的原始商业模式发生了重大变化,但它在大约6个月的时间内就实现了收支平衡。现在CONTROL ENGINEERING China版权所有,它每周可以自动灌装上百万个32盎司、16盎司和类似规格的大瓶子,以及高速灌装多种规格的小瓶子。E66还组建了一个技术部门控制工程网版权所有,专注于开发原始制造设备。
  很快,边缘计算和I/O解决方案所提供的功能,就给客户留下了深刻的印象。这么快就从概念转变为现金流,客户为此感到十分兴奋,同时还构建了移动可视化和信息管理系统等数字化基础设施,这对帮助他们长期保持竞争力很有帮助。(作者:Thomas Coombs) 
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