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精益自动化架构

更新时间:2014-04-08

        数十年来,机器自动化结构鲜有改变。对自动化系统所进行的最基本改进包括可编程控制器(PLC),利用分布式和模拟量I/O连接最终设备,同时提供电子操作员界面(EOI),用其完成机器的安装、运行和维护。

        在过程和通讯领域的技术进步,使机器自动化具有新的功能。应用于设备层和企业层的通讯技术的进步,使精益的自动化结构成为可能:

        1)利用设备层网络,可以直接和机器上的智能终端设备连接,可以移除控制机柜中的I/O卡件及其接线。此外,简化的结构与智能设备直接连接,也可提高故障诊断水平,有助于提高机器运行时间。

        2)伴随着工业以太网技术的出现,企业层网络允许将机器直接连接至生产制造企业网。这可以提供非常有价值的信息,用于运行效率的监控,机器报警的提示和分析,以及进行远程故障诊断和升级自动化程序。

        技术进步也为企业提供了一个契机:将自动化结构流线化成更简单的形式:逻辑控制、操作员接口、设备层通讯、企业层通讯被整合到同一个自动化单元中。

        对机器原始设备制造商(OEM)来讲,设备层和企业层通讯技术的进步,有助于整合控制和可视化技术,将连通性提高到一个新的水平。这些变化使得在下述条件下,以更低的成本、更快的速度来设计和制造智能机器成为可能:

        ■  集成的开发环境,允许更快的机器设计;

        ■ 更少的部件和接线,意味着可降低机器的建造成本;

        ■ 集中化远程访问和管理,改善运行,降低机器支持的成本

        网络技术促进自动化平台的整合

        尽管在某种程度上被企业层网络技术发展的光芒所遮盖,但是设备层网络技术一直在发展,即使是最简单的设备,也可以通过网络,与系统内的逻辑控制设备建立最高效的连接。无论是控制机柜内还是机柜外,都取得了进步,并且这种进步还扩展到了安装在机器上的传感器和执行器。设备层网络带来以下几个优势:减少控制盘台接线和调试的时间、移除系统I/O卡件、改进运行诊断信息、提高系统可靠性。

        将机器控制系统中的传感器、执行器和人机界面的连接,从I/O转移到网络,是促成自动化平台整合的关键因素。一旦系统中不再使用I/O卡件,或I/O卡件的使用量显著降低,那么在EOI之外再配置一个独立的PLC的价值就大大降低了。以目前微处理器的处理能力,可以在同一个设备上,同时管理操作员接口任务和可编程控制器任务。而且,由于远程访问日益重要,HMI-PLC整合的案例也得到重视。用HMI-PLC来改变最基本的控制系统,实现整合逻辑控制、可视化和互联的精益自动化方案。

        HMI与PLC的趋同性 

        随着工业以太网在工厂车间的应用,生产制造企业的生产效率得到了显著的提高。网络的扩展性能以及通过网络相互连接的智能设备,正在逐步改善故障诊断性能、加速排除故障以及提高机器的整体可靠性。利用以太网互联所提供的信息,可以有更多的机会,来降低故障诊断和修复故障所消耗的时间和费用,避免停机或延长调试时间。该变化也影响到机器上的自动化系统,这就需要重新审视自动化结构以及PLC和HMI在系统中的作用。

        从历史的角度来审视一下PLC和EOI技术及其发展,可以更好的理解,HMI和PLC在功能和设备选择上的趋同。从传统的角度来讲,使用PLC的主要目的,就是去替代由无数设备组成的系统,这些设备包含为数众多的控制继电器、计时器、鼓型序数器和闭环控制器,为生产制造过程提供控制、顺序以及安全功能。在很大程度上,I/O卡件主要用于和传感器、执行器和简单的操作员接口设备(按钮、指示灯)进行接口。

        EOI的引入,主要是用于完善这种简单的PLC系统。通过简单的串口网络连接至PLC系统,电子操作员界面可以为机器操作人员提供更丰富的信息,取代简单的按钮操作和指示灯。EOI和PLC的关系见图3。

        利用工业以太网络,自动化领域可以实现远程访问,这些功能的到来意味着自动化功能的提升,包括:历史数据采集和交换、报警指示与管理、安全管理。由于供应商之间的相互竞争,不断有新的历史信息、报警和安全等方面的需求发布,这些功能早已被分别引入到PLC和EOI中,并且功能日渐趋向于重叠(见图4)。

        对EOI和PLC来讲,功能多并不总是意味着更好和冗余性,反而有以下几个缺点:硬件设备的无用重复(两台设备都需要以太网)、使程序不必要的复杂(冗余的报警系统)、安全漏洞风险加大。不采用两个有相互重叠功能的不同设备,而是用一个设备满足所有的需求,没有重复,这就意味着更少的设备采购、编程和组态成本。

        精益架构

        设备层和企业层网络促进和支持新的、精益的自动化结构。最终,这种趋同会使整个设备层消失,实现远程智能化,从而降低培训费用,同时允许OEM厂商能够利用其优势,从众多的供应商中选择最好的设备。

        集成结构能促进精益自动化,在设备和时间方面提高效率,降低浪费。在竞争激烈的商业环境中,提供智能、直观、高端的一流解决方案,是一种实实在在的商业优势,可以更快的对其生产的控制系统进行设计、调试和维护。


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