改善工厂

龙门系统已经成为工业制造商的首选解决方案,在物料处理、装配、分类、检验、包装和码垛中,现代化龙门可以改善工厂的正常运行时间和恢复时间。

Harry Major Machine公司提供工业生产解决方案及服务,专门设计和制造自动化部件处理系统、工业零件清洗机、装配机和专用机器。

我们的设施包括位于密歇根克林顿乡的100000平方英尺的总部以及一个位于英国的30000平方英尺的工厂(图1)。我们的员工和专业知识让我们能提供同步工程、系统工程与集成、设备安装以及机械与控制设计(图2)。

我们利用计算机数字控制(数控)系统已经成功改进了100多台龙门系统,主要用于汽车加工制造厂。我们希望为制造商提供一种线性的PLC龙门系统,将其作为替代数控系统的更经济、更灵活的选择,因为我们的大部分客户都受过良好的培训并且偏好PLC系统,此外多任务编程非常灵活,无需对整体长度设计进行较大改动。

通过与西门子的合作,我们提供的龙门系统可以扩展运动控制功能,并且能满足制造商对各行业常见设计、模块性和易用程序不断增长的要求与规格。针对通用性、安全性、诊断学与无缝组件对组件通信,该系统充分集成了先进的西门子PLC、HMI、伺服驱动器、自动化与控制产品。

图2:员工和专业知识让我们能提供同步工程、系统工程与集成、设备安装以及机械与控制设计。

所需的改进

为了紧跟趋势并应对竞争,汽车制造商在生产动力总成过程中必须管理越来越复杂的加工与装配过程。如今许多制造业需要多个系统,其设备可以使用未来的部件。这种灵活性需要集成到系统设计中,它还能减少机器的占地空间。各行业的制造商需要更灵活的装配线来减少生产时间,维持高可用性,并且保持较低的生命周期成本。

龙门系统已经成为工业制造商的首选解决方案,因为它们在物料处理、装配、分类、检验、包装和码垛中发挥了举足轻重的作用。

Harry Major Machine公司提供一系列机器人龙门系统,它们在生产阵列中利用高架桥式数控龙门机器人进行生产。大多数龙门系统具有数控的运动控制功能。虽然它们的精度很高并且有助于操控龙门的所有运动功能,但它们更昂贵,而且在工程与维护方面需要更高级的支持;其部件也很昂贵。

我们非常确定PLC龙门系统将为制造商提供一个可行的替代方案,前提是整套方案令人满意且成本低廉。新式PLC龙门的特点:

•解决有关独特性能指标的实际客户需求—包括速度、正常运行时间、成本要求、具体的工厂布局规范;

•提高客户工厂的生产能力,创造更高的生产价值,降低成本;

•扩展和增强龙门控制的功能;

•为多个行业的制造商带来即时和长期的益处。

由于快速PLC的发展,我们已经开始提供基于PLC的程序。以前PLC基本单元无法快速处理龙门的要求。现在因为我们采用了伺服驱动器,因此不会影响PLC龙门系统的精度。

我们对新龙门的期望:

•提供基于PLC的线性xyz龙门,用于代替基于数控的龙门;

•以更高灵活性和更低成本进行工业物料处理;

•提供一个用户友好、易于维护、无需重大逻辑变化就能进行多任务处理的系统,确保其具有更高可靠性,同时降低资源消耗;

•采用具有可靠集成功能的先进软硬件,比如快速工程效率、高性能、创新设计与综合诊断、安全与安保;

•改善工厂的正常运行时间,减少停机时间,获得更快的恢复时间;

•提供满足不同起重要求的多种选择。

过去的PLC伺服驱动器对工业应用来说速度太慢。该处理器速度很慢,无法将数据传输到驱动器和系统;过去几年的技术进步已经克服了这一缺点,并且解决了其他龙门所需的处理器问题。

作为改进措施的一部分,我们希望通过产品演示和行业贸易展览会来向客户展示真正可用的产品,因为没有什么比得上亲眼见证一个新的解决方案。

3:嵌入式诊断可以让伺服电机、PLCHMII/O设备互相通信。

我们正在扩大并改进我们的产品,而且发现西门子的新技术能让我们超额完成自己的目标,也就是为客户提供一个既经济又有价值的解决方案。在开发工厂新设备的同时,西门子还向我们提供了相关的先进技术,包括完全集成的诊断和安全性。我们选择了这些技术以及西门子的其他新技术,这一切帮助我们实现了巨大突破。

西门子的工程师团队和技术支持人员多次参观我们的设施,然后评估并提出满足我们需求的解决方案。自动化顾问John Gibson、业务发展顾问Melanie Spare和客户经理Kevin Merlo负责领导西门子团队,评估我们的机械设计,并且根据研究结果利用推荐的组件研发出材料清单(BOM),然后与我们合作将其集成到新产品线中。2015年我们推出了一系列用于工业材料处理的新型PLC龙门系统。与类似的xyz龙门系统相比,该系统适用于更广泛的应用范围、需求和规格。HMM系列包括五个型号—MGL-30、MGL-50、MGL-150、MGL-250和MGL-500—型号中的数字代表每个系统的起重能力(公斤)。

技术杠杆

所有工厂对系统性能和应用复杂度都有独特要求。龙门采用的Simatic S7-1516F CPU属于西门子S7-1500系列故障保护CPU。在常见的全集成自动化(TIA)入口工程框架中无缝集成Simatic控制器支持快速软件开发与部署,一致的数据存储,智能图书馆概念,以及用于简化通用功能的统一经营理念。

故障保护Simatic控制器在处理速度和性能特点上具有可伸缩性,而且它们能提供兼容不同通信标准的网络选择。具有高效故障分析和故障排除功能的综合诊断可以减少调试时间和停机时间。人机界面、Web服务器和控制器显示屏会统一提示故障。组件之间的通信集成是无缝的。

集成安全非常重要。故障保护控制器支持最高等级的控制器和通信系统集成,还支持用于标准和故障保护自动化的工程路径。该PLC通过一个安全网络控制龙门架。PLC、驱动器和电机在一个无缝环境中进行双向通信。用于计量、测量任务,闭环控制以及运动控制的功能也被集成在Simatic控制器中。

Simatic TP1500 HMI加强了操作员控制、监测以及复杂过程管理。Simatic TP1500 HMI Comfort面板配备一个15.4英寸宽屏显示器、高分辨率TFT显示屏和触摸屏控制(图3)。

其接口支持具有集成开关的Profinet、Profinet以太网、Profibus/MPI和USB。它还包括SD卡插槽,而且TP1500可以通过WinCC无缝集成到西门子TIA入口。

我们发现内置运动控制的Simatic 1500控制器与Sinamics S120驱动配合默契,后者的一套单轴驱动和协调驱动中包含一系列协调组件和功能,以及用于运动控制的矢量或伺服功能。嵌入式诊断可以让伺服电机、PLC、HMI和I/O设备互相通信。这些特性、系统架构和数字通信选择有助于实施定制的驱动解决方案,帮助我们提高灵活性和生产力。高效工程设计和快速调试都得益于先进的工具和简单的布线。

据我们的工程团队称,通过单一来源控制PLC、HMI、伺服驱动器、操作与监控面板可以让部件之间实现无缝通信。例如,无需额外编程就可以在系统监视器上访问实时诊断信息(图4)。

Simatic MP277移动面板是一个移动HMI—一个坚固耐用的工业级便携式操作装置。该移动面板具有较短调试时间和较大用户内存,还针对WinCC项目进行了优化。它通过触摸屏和薄膜键盘进行操作,并且与Profibus、Profinet、以太网连接。

技术平台

操作原理允许直接访问分布式I/O。基于移动性的安全功能遍布整台机器。它还包括一个可以在关键情况下停止机器的按钮。面板配备了一个高分辨率TFT显示屏、64K色、带LED的18个功能键。

龙门技术平台还采用节能的模块化工业控制产品—包括安全性集成产品、高效控制面板工程设计、Profinet、I/O链接,以及用于开关、保护、监控、控制、指挥、信号的设备。

图4:通过单一来源控制PLC、HMI、伺服驱动器、操作与监控面板可以让部件之间实现无缝通信

根据制造工厂中受训的PLC人员与CNC人员数量及其各自能力的对比,Harry Major Machine公司的MGL系列龙门系统能提升25%的工厂正常运行时间并缩短35%的故障恢复时间(图5)。新型龙门系统还兼容多种机器人技术,包括我们提供的自动化系统和工业零件清洗机。龙门系统具备为多台机器送料的能力,可以是I或H型的,而且占地空间很小。总体设计和编程是相同的;组件可能会根据伺服大小与要求而有所不同。

图5:MGL系列龙门系统能提升25%的工厂正常运行时间并缩短35%的故障恢复时间。

西门子从设计理念、原型、设计批准、龙门系统的调试等方面对我们的工程团队进行协助。从一开始双方一致同意支持团队从始至终保持不变,这样可以确保完整记录整个过程的经验教训。这也保证了项目进展速度。我们遇到的一个难题是设置伺服驱动参数,但西门子团队在调试过程中解决了这一问题。

Wesley Larsen是Harry Major Machine公司的控制工程经理。

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