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【案例解读】用基于PC的控制替代PLC打造物流配送中心

来源:控制工程网2022.01.18阅读 3390

  近些年来电子商务以超过20%的年增长率持续增长。急速的发展为企业带来了一个问题:每创造6个新的工作岗位,可能只有1名工人可用,而且只有20%的候选人具备必要的技能。Honeywell Intelligrated公司提供的这些统计数据,凸显了在竞争激烈的市场中,零售商和配送中心面临的劳动力短缺所带来的挑战。
  出于这些原因,许多制造企业的内部物流运营部门,正在利用技术进步来加速数字化转型,并最大限度地提高配送中心的效率和生产力。互联配送中心平台,将资产监控、仓库执行和劳动力管理软件与先进的自动化和机器人解决方案结合起来,以帮助企业解决技能差距的难题。
  "将设备连接起来的目的,是实时聚合数据以优化员工生产力、提高运营可靠性,并通过自动化简化绩效。这样做就可以将人员、设备和自动化系统与关键绩效指标(KPI)联系起来,例如正常运行时间、吞吐量和盈利能力。"系统集成商和机器制造商Honeywell Intelligrated公司的业务开发副总裁Joe Joice如是说。
  互联配送中心的概念www.cechina.cn,是所有自动化和物料搬运解决方案(包括从软件到输送和分拣设备)开发背后的驱动力。相关应用包括模块化货物到机器人(GTR),货物到运行人员(GTO)工作站,以及基于PC的第四代机器控制平台
  "与传统平台相比,基于PC的新架构使我们能够设计出客户想要的功能,包括集中和有意义的数据采集。"Honeywell Intelligrated公司机器控制开发的高级经理Jason Johnson这样介绍道。在大型企业集团中,如果拥有多个产品系列,实施互联基础架构并非易事。为了帮助企业解决劳动力短缺和不断增长的电子商务技术需求而构建的配送中心,需要实现基于EtherCAT和PC的自动化。
  模块化的设计
  GTR工作站改善了多个行业公司的运营。应用范围包括第三方物流供应商的配送中心、电子商务执行中心以及食品和饮料公司的生产制造等。
  "灵活的工作站支持拣货、补货或质量控制运营,以及其它增值服务,同时保持减少了占地面积。"负责GTR开发的Joice说。传统上www.cechina.cn,员工会亲自处理装在箱子中的产品,但随着机器人技术在工作场所的应用变得越来越普遍,为提高效率和弥补工人短缺的问题,工作站需要为机器人提供灵活性,以便完成这些任务。

图1:Honeywell Intelligrated公司的MC4控制平台使用可扩展的嵌入式PC和EtherCAT I/O,带来了性能优势并节省了成本。本文图片来源:倍福

  当前最新的工作站,使用了一个具有铰接式机器人的装置,配置了专门为高效和精确的材料处理过程而设计的夹具。自动存储和取货系统中的穿梭车,负责将物品运送给机器人或操作员。为确保机器人能够完成所有操作,工作站需要可以与仓库中的传统技术集成的自动化技术。
  他们需要支持工业物联网(IIoT)技术,并增加数据采集--所有这些都是互联设施的基础。实施自动化流程(例如GTR),可以帮助客户提高可靠性、提高设备利用率并最大限度地提高生产力。
  控制平台需要灵活的软件、硬件和网络技术。基于PC的解决方案,包括机器控制和支持IIoT的数据采集,可为互联配送中心平台的众多产品提供关键见解。大多数现场总线和工业以太网技术,在发送大量数据时都会遇到性能问题,并且在混合架构环境中应用并不是很好。"改造在我们的业务中占比很大,"Johnson说, "无论是我们还是其它公司安装的系统,都必须通过开放式通信支持广泛的协议。"
  尽管先前供应商基于PC的解决方案,已经用于传统控制平台,但硬件方面的限制使其不能应用于更广泛的范围。这些硬件产品不支持分布式控制架构www.cechina.cn,而且成本也过高。服务器级的解决方案无法安装在仓库里,而且要由客户的IT部门管理,这样就会增加维护费用。还可以在设备附近安装另一台PC,但需要昂贵的空调机柜,而且需要与其它组件隔离。
  Johnson和他的团队评估了高速、确定性的EtherCAT工业以太网系统及其相关的自动化技术。通过添加适当的EtherCAT耦合器和网关控制工程网版权所有,EtherCAT允许系统连接到建立在其它网络上的配送中心设备,包括EtherNet/IP、Profinet、Profibus、DeviceNet等网络。在不影响网络性能的情况下,从现场设备获得更多信息将有助于实现互联配送中心的目标。
  EtherCAT使GTR工作站实现了更加模块化的设计。EtherCAT有助于降低每个站点的成本,并可以在未来以更低的成本为最终用户实施功能扩展。除了EtherCAT I/O模块外,分布式EtherCAT Box模块可以提供相同的高速通信,并具有IP67等级的外壳,使其适用于GTR和仓库间的输送系统。这些工作站还利用标准网络,通过EtherCAT(FSoE)通信,集成了经过认证的功能安全。"我们高度重视安全,包括员工安全、设备安全和环境安全。在现场的同一网络中添加安全功能的能力将变得更加重要。"Joice说。

图2:倍福的多点触控控制面板www.cechina.cn,为各种内部物流应用提供HMI硬件。

  基于PC的硬件和软件升级
  在一系列基于四核处理器的嵌入式PC上,工程团队已经实现了标准化。"花费每一美元所带来的性能提升都是最佳的,我们不必担心带宽不足。"Johnson说,"DIN导轨式安装的工业控制计算机(IPC),能够在恶劣的仓库环境中使用,并且与I/O、驱动器和其它组件安装在同一个控制柜中。因此,我们无需在IT中心安装基于PC的控制器,也就不会因为增加机柜而产生额外费用。"
  GTR工作站具有较小的嵌入式PC,而GTO版本包括用于操作员界面的多点触控控制面板。IPC和EtherCAT的开放式连接,可以提高内部物流的能力,将传感器的反馈发送到云或其它更高级别的系统,并实时显示性能和生产数据。

图3:GTO工作站通过基于PC的灵活控制和EtherCAT技术,支持拣货、补货或质量控制操作。当前最新的工作站,使用Soft Robotics提供的具有一个铰接式机器人的装置,配备了专为高效和精确的材料处理过程而设计的抓手。

  这种灵活性延伸到了自动化软件。工程和运行软件包,使工程师能够创建处理大数据、模式识别、状态或电源监控、可编程逻辑控制器(PLC)和运动控制任务的应用程序。软件提供免费的IEC61131-3编程语言和面向对象的扩展,Microsoft Visual Studio中的计算机科学语言,内置功能块和图形编辑器中的其它选项。GTR工作站依靠自动化软件进行实时控制。在配置期间,设计受益于自动化设备规范( 这是一种设备和现场总线中立的接口),可实现设备的自动检测和寻址,从而节省工程时间。

图4:基于PC的MC4控制平台进一步推进了互联配送中心的概念www.cechina.cn,该概念将硬件与KPI连接起来,以提高性能、可靠性和可维护性。

  提升连接性和可扩展性
  实施基于PC的自动化技术带来了多种优势,例如提高了灵活性、可扩展性和连接性。这使公司能够提供更强大的功能,并未客户提供所需的数据,以帮助他们应对劳动力短缺的挑战并减少工程需求。这些优势使GTR解决方案能够根据需求进行扩展。
  "通过可扩展的控制平台和EtherCAT,我们可以安装一个中心站,然后为员工或更多机器人添加多个分布式位置以增加容量。这为我们的客户提供了灵活性,无论是价值数十亿美元的电子商务公司,还是尝试增加电子商务、订单履行或制造产量的初创公司。" Joice说。
  对于新的基于PC的系统,这些自动化解决方案被证明是最可靠和最具经济性的。Johnson表示,在过去5年多的时间里,他安装了80多台这种IPC,其产品在运行中几乎没有出现故障。"由于我们不必在IT空间中使用空调机柜或安装PC,因此这种IPC技术为我们节省了50%以上的硬件成本,甚至超过了PLC的费用。"
  尽管有些人对从传统PLC技术迁移不太放心,但他们主要关心的是性能和正常运行时间。两者都是带有操作系统的工业级机器控制器,但与硬件PLC不同,基于PC的控制更具有成本效益、灵活性和透明性。系统集成商与自动化供应商工程师的紧密合作,对于从研发到调试和故障排除都至关重要。(作者:JamesFigy)

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