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OEM机械制造业自动化技术发展纵览

2015/3/3    来源:佳工网    作者:宋华振      
关键字:自动化  OEM  PLC  
OEM的自动化技术正在向着复杂控制、互联、独立驱动的方向发展,自动化供应商必须为此提供整体的解决方案,实现快速的系统集成、软件的封装能力才能应对越来越变化的客户需求。

一、复杂控制技术的发展

  传统的PLC设计之初考虑的是逻辑控制为主的应用,它为替代继电器回路控制做出了卓越不凡的贡献,随着数字通信技术、传感器技术以及运动控制技术的突飞猛进的发展,为机器的控制提供了更加灵活的设计能力,使得机器变得更加高效、灵活,以及产品品质的提升,同时也对控制器技术提出了更高的要求,能够同时处理运动控制、复杂的机器工艺算法设计以及传感器的高速检测能力,B&R在1994年即洞察这一未来的发展而开发了PCC技术的控制器,它嵌入了Automation Runtime定性实时多任务的操作系统,并且可以基于C的高级语言开发,对于运动控制、复杂算法设计进行了极大的改善,而今天包括了SIEMENS的T-CPU也是将运动控制任务进行了集成,而GE PAC概念同样是面向复杂控制任务而设计。

  一台卷筒纸印刷机就将张力控制算法设计、套色算法设计的软件进行了集成,实现了实时的自动套色,而运动控制各个独立驱动单元则实现了电子齿轮比同步,使得印刷的质量控制在+/-0.1mm以下。

二、软件正在成为竞争的关键

  在欧洲,OEM制造商越来越多的将其行业工艺知识的积累封装起来以保护其知识产权,而硬件无法实现这些,软件成为了一个容器-封装行业Know-How,通过编译后下载到PLC的CPU中执行,经过编译的二进制代码无法被查看源代码,这保障了其自身的独特知识,程序安全并非是软件封装的唯一好处。

  在各个机械制造领域,为什么进口的设备销售的价格非常高,而这不仅仅是因为其机械的设计加工能力,更重要的在于其对行业控制工艺的深度了解,这些以软件体现出来,例如在纺织机械的梳棉、并条、精梳机上的自匀整算法(Auto-Leveling System),印刷机自动套色系统(Automatic Registration System),包装机械的称重算法、烫金机的跳步算法、张力控制模型设计,风力发电里的功率控制算法,在数控折弯机里的折弯工艺路径等。

  昂贵的专用型控制器之所以在机械制造业里能够大行其道在于其封装的积累数十年的软件算法在内,而不是那些硬件的成本,而传统的PLC无法实现这些复杂的算法设计能力,这使得很多系统采用的是IPC进行的控制,而PCC是一个集成了PLC和IPC优点的产品,它能够将PLC的稳定性和IPC的丰富软件实现能力集合起来,在未来的市场上能够设计为专用型的控制器,而不失传统PLC在逻辑任务方面的优势。

三,以太网正在成为未来的主流

  在总线横行的年代,有数十种不同的总线由不同的自动化厂商开发出来,使得客户茫然,每个都在阐述他们的优势,而使得客户无所适从,随着商用Ethernet技术的发展,提供了丰富的低成本硬件和软件支持能力,这使得以太网在自动化行业里的发展日新月异,然而,传统的标准以太网技术CSMA/CD模式在消除碰撞的同时也使得数据的确定性无法保证,不同的厂商开发了不同的技术来解决这一问题,目前具有代表性的包括PorfiNet RT、Ethernet POWERLINK、SERCOSIII、Ethernet IP等,其中Profinet IRT、SERCOSIII是基于ASIC技术的,这是一种私有技术,需要特殊的ASIC芯片来完成,而Ethernet POWERLINK和Ethernet IP则是基于同行的以太网芯片的软件实现,这种方案具有灵活的实现方法,可运行在不同的平台上,而且具有低廉的成本,因为,通用的芯片具有最前沿的技术同时却拥有最低的价格,这就是IT业的现状,最新的芯片往往具有最高的性价比。

四、独立驱动技术

  运动控制对于实时通信技术的需求最为迫切,包括SIEMENS、B&R、Bosch Rexroth这样的欧洲知名运动控制厂商,其运动控制理念是基于建立轴与轴之间的运动关系,通过总线对虚拟主轴参数和运动轴的参数进行交换数据来实现各个伺服轴之间的电子齿轮或电子凸轮同步关系,这样刷新的速率越高则能实现的控制精度也更高,对于印刷机械、包装、纺织的印刷精度、包装质量和纱线成型质量等具有非常重要的意义。

  目前,各OEM机械制造商都大量的推出“独立驱动技术“”电子轴““多电机传动”的机器,如“无轴传动凹版印刷机”“多单元浆纱机”“四电机传动粗纱机”“经编机电子横移ELS”等等,这些都是独立驱动技术的应用,而实时通信技术和运动控制技术的发展为这些技术的应用提供了基础。

  独立驱动技术对于机器最大的贡献不仅仅是在机器的速度、精度,而更重要的表现在灵活性上,通过参数的调整,机器可以快速的换装,与前面提到的软件时代到来一样,通过建模设计不同工况下的运动关系模型,机器只需要设置参数即可实现不同的调整和加工工艺序列,它的贡献在于降低了由传统人工调整带来的误差,依赖于人的经验,而且它的调整更块,极短时间内即可完成,大量的节约了成本和机械模具的成本需求,时间的节省意味着客户可以更快的接单生产,品质的提升也意味着利润。

五、设备互联

  设备互联是对于大批量生产而言极其重要,例如:书籍的装订、牛奶、啤酒、饮料的灌装,婴儿纸尿裤的生产、棉纺纱线的生产这些大量生产而言,效率非常重要,在某些时候,时间意味着利润。

  今天,IT技术的发展和现代管理技术如精益生产(Lean Production),CIMS(计算机集成制造),MES(制造执行系统),PLM(产品生命周期管理)的应用使得对设备互联提出了更多的要求,设备互联最重要的意义在于它使得整个工厂的生产融入到客户管理系统(CRM),供应链系统(SCM),产品数据管理(PDM),制造资源计划(MRP),它能够实现整个企业运行的持续动态数据优化,以及为管理系统提供质量追溯、工艺改善的数据基础,设备的互联使得整个生产系统构成一个整体能够以一个统一的接口与整个企业的计划系统进行连接。

  在牛奶包装、饮料、啤酒灌装生产中,吹瓶、清洗、灌装、旋盖、贴标、热膜包装、码垛、装箱、自动化仓库整个被集成起来,实现了生产过程的连续性,传统的从一个机器到另一个机器由于中转而无法提高效率,并且整个生产过程处于严格监控状态,每个影响质量和效率的因素都将被采集到数据系统,由工艺分析师进行分析,以实现工艺的改善来提高效率和品质。同样在印后加工中,折页、配页、胶订、打码、烫金、压痕、输送、三边切、码垛、捆扎多个单元被连接,实现整个书籍装订的快速生产,从纸张到书籍的过程被大大缩短,对于卫生巾和婴儿止尿裤的生产同样如此,开卷、压花压痕、涂胶压合、理片、码垛、包装、装箱整个流程被集成起来。

  设备更多的互联将带来生产的更加高效,对控制器的要求也更高,如何实现开放的系统连接?如何规划软件的模块化设计来满足机器被柔性的连接?这些都是OEM制造业的课题。

  OEM的自动化技术正在向着复杂控制、互联、独立驱动的方向发展,自动化供应商必须为此提供整体的解决方案,实现快速的系统集成、软件的封装能力才能应对越来越变化的客户需求。

责任编辑:陈浩
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