从工业工厂到生产车间--控制网

从工业工厂到生产车间
企业: 日期:2015-06-04
领域:工业以太网 点击数:730

    1 引言

    采用过程控制系统监视并控制消费品和商品生产的方方面面是长久以来的标准方式。为了建立全方位、全自动化的生产设施,在使用PCS连接本已高度自动化的机器时,车间环境也适用同样的监控要求。贝加莱已开发的APROL过程控制系统能够通过几种不同的通信方式与自动化设备互联,它在处理从操作数据记录到整个系统控制等实际任务中已证明是理想的应用选择。

    产品制造商面临持续改善他们的自动化系统的压力,这有以下三方面主要原因。首先,取得竞争优势要求能够以较低的成本提供相同功能和性能的产品,或者以不超过目前的成本提供更多的功能性,这两点只能通过加强现有的自动化系统来实现。其次,较高的自动化程度可以提高复制生产过程的精确性,从而使这些过程更加安全,并且使成品的总体质量更高,事实上,消费者和用户在这方面正变得愈加苛刻,这也起到了重要的推动作用。最后,在不增加生产过程成本的情况下显著提高能效的唯一方式是:考虑到众多相关关键因素(包括外围设备)后,不断积极地对生产过程进行重新调整,也就是说,这需要再次提高整个系统的自动化程度。

    单个机器或生产机组已经达到很高的自动化程度,这种趋势必将延续到未来。伴随这一趋势的事实是:工业控制系统正在不断提高其性能和效率,这些系统能够采用基于以太网的高速现场总线实现通信,并且可以升级至具备智能驱动系统和集成安全技术。机器被纳入各自的实时环境也可以提高自动化水平。正有越来越多曾经用于控制自动化过程的手持终端集成到主机周围使用,或者将机器和其它设备组合到一起以提高整体效率。

    2 从机器到车间

    合乎逻辑的下一步是将整条生产线整合到一个完整的自动化解决方案中,这种解决方案必须由每一个单独的机器以及位于机器前、中、后的公司内部物流系统组成,即需要考虑整个生产过程中物料的所有处理环节。该方案还要求通过系统对生产过程和设备进行规划和仿真。产品制造商在开发产品的时候便考虑到生产过程通过自动化技术来实现效率的提升,因此这些系统正在变得越来越受欢迎。

    这种整体自动化解决方案要求系统在处理这些任务的同时还能够对系统的修改保持开放,能够考虑到功率特性及楼宇技术等外部影响因素,并且能够将单个机器上的控制器组合成一个网络,而不限制它们各自在程序上的独立功能。此外,它还必须能够直接控制并查询传感器和传动机构,从而使单独控制的设备间不会发生程序割裂。

    广泛分布于制造业中的SCADA系统即使不受机器上单个控制系统的约束,也无法应对这些要求,因为这些系统缺少处理这些广泛的控制和监视任务的必要性能。无论如何,目前市场上的传统系统不具备足够的灵活性,无法轻松编程,缺少与子系统之间必要的兼容性,无法直接对现有的硬件进行寻址。

    3 来自过程技术领域的过程控制系统

    然而,就自动化生产层面而言,事实上必需的系统已经存在。它们不仅应用于机械自动化领域,而且还出现在反应器、锅炉以及像过程工业、冶金、化工和制药等行业中,这些行业采用过程控制系统对全自动化生产过程进行监控。这些系统的功能范围以及成熟度都已经在过程技术领域得到了多年的证明,这一点毋庸置疑。既然联网在车间中已经成为现实,那么我们绝对没有理由怀疑同样可以将它应用到消费品和商品的生产上。

    凭借APROL过程控制系统,贝加莱现在提供一款可以处理更高级别控制和显示任务的产品。它最初的设计是一个SCADA系统,多年来已发展成为一个成熟的过程控制系统,可以为客户提供从现场层一直到管理信息层完整且全面的监管。因此,APROL过程控制系统主要应用在过程自动化领域,涵盖从医药行业测试系统到钢铁行业大型系统等。

    4 生产车间中的透明度

    从该系统的角度来看,在过程应用和制造应用之间不存在实质性的差别,唯一真正的区别是,如何准备必须呈现在批次报告中的历史数据,并对其进行标准化。由于过程控制系统总是被用作信息源,因此过程数据记录会链接至历史数据、当前趋势和离散事件已被列入标准功能。记录用户交互动作的审计追踪功能同样如此,这些日益严格的规范要求对每个批次进行归档,从而可以轻松管理它们。之外,用于过程显示和控制的图形化用户界面也是一项标准功能。生产规划和仿真系统之间可以通过数据库接口、网络接口或OPC进行数据交换,在流程工业中同样可以通过配方实现数据交换。

    5 两个不同世界之间的连接

    用于采集生产机组数据的控制器可以被连接至整个系统,各种不同品牌和型号的控制器可以通过传统的现场总线技术实现连接。而使用贝加莱的控制器可以实现进一步的系统集成,这是因为APROL过程控制系统还包括Automation Studio自动化运行和开发软件环境,可以对使用中的硬件和现场总线进行编程和配置。因此,APROL过程控制系统的用户也可以利用Automation Studio的所有功能特点,结合APROL在过程数据记录方面的自身系统功能,为有效监控机器及其组件提供了一个全面的平台。

    最有意思的在于操作数据和更高级别的控制可以轻松遍及整个工厂,这包括机器与机器之间没有自己控制器的设备以及单独的驱动器、传感器和传动机构,精通机械自动化的X20控制器就可以应用于此。远程输入与输出模块以及驱动器可以通过基于以太网的POWERLINK实现查询与控制,从而使得配置整个生产过程的监控成为可能。系统还可以集成楼宇技术,例如,维持适宜的环境条件如空气流通、制冷或遮阳等也可以减少能耗。因此,在生产过程中的温度状况可以随批次数据一起记录在批次报告中。

    6 强劲且安全

    在与不同的贝加莱系统平台一起使用时,输入与输出模块仅代表数以百万计已安装并验证的组件,这些极其紧凑的模块化组件可以被安装在导轨上,也可以被设计为IP67防护等级应用于控制柜外。openSAFETY在硬件组合方式和总线规范方面也可以和X20系列产品相兼容,配合这些组件的SafeLOGIC安全型控制器可以和SafeIO模块以及带SafeMC功能的安全型驱动器一起工作。在APROL环境中使用安全型控制器,不仅可以实现整个系统的信息交换,而且还可以安装安全开关以保护机器设备。

    APROL因其易于安装和低硬件成本优势而著称,该系统可以安装在任何地方,只要有一台PC即可,在公司内的任意位置都可以对其进行操作。因为APROL使用Linux作为其操作系统,因此可以在一个办公室中设置多台计算机作为操作客户端,从而轻松实现多用户访问。与此同时,APROL提供了构建冗余系统的可能性,尤其是在自动化生产应用中,这是一个非常有用的功能特点,因为如果设备发生故障,那么无冗余功能的过程控制系统几乎无法维持较高的生产率。在当今高度竞争的市场中,尤其是在需要按时交货的情况下,具有冗余功能的硬件系统以及实时与历史数据库交流都可以确保生产系统的高可用性。

    7 在工业应用中取得成功

    现在已经有大量用户在使用贝加莱APROL过程控制系统,他们将工厂设备按层级整合为一个完整的系统,并在中央控制室中对其进行监控。以一家著名的农用机械制造商为例,他们已经将其喷涂系统联网工作,超过7000个输入和输出点连接至APROL控制系统,他们将此视为对其整个生产设施实施全自动化的初始阶段。同样,对于另一家塑料建材生产商而言,他们将APROL引入其生产车间仅花费了很短的时间,他们现在这样做可以确保对日益严峻的文档规范做出充分的响应,从而为公司节省时间。现在对于制造商而言,他们不仅在交货时可以附带批次报告,而且可以在生产线上的任意位置随时监测并优化生产过程。

    APROL拥有广泛的功能,甚至可以通过MATLAB/Simulink集成系统仿真,它能够在一个完整的同构系统中结合自动化应用的不同层面。由于具备直接整合外部系统和信号的能力,所以APROL还可以通过全流程服务能力来确保系统在其整个生命周期内的可靠性与高效运行。

    摘自《自动化博览》4月刊 

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