從工業(yè)工廠到生產(chǎn)車間

貝加萊公司 Martin Reichinge

從工業(yè)工廠到生產(chǎn)車間

貝加萊公司 Martin Reichinge

1 引言

采用過程控制系統(tǒng)監(jiān)視并控制消費品和商品生產(chǎn)的方方面面是長久以來的標準方式。為了建立全方位、全自動化的生產(chǎn)設施，在使用PCS連接本已高度自動化的機器時，車間環(huán)境也適用同樣的監(jiān)控要求。貝加萊已開發(fā)的APROL過程控制系統(tǒng)能夠通過幾種不同的通信方式與自動化設備互聯(lián)，它在處理從操作數(shù)據(jù)記錄到整個系統(tǒng)控制等實際任務中已證明是理想的應用選擇。

產(chǎn)品制造商面臨持續(xù)改善他們的自動化系統(tǒng)的壓力，這有以下三方面主要原因。首先，取得競爭優(yōu)勢要求能夠以較低的成本提供相同功能和性能的產(chǎn)品，或者以不超過目前的成本提供更多的功能性，這兩點只能通過加強現(xiàn)有的自動化系統(tǒng)來實現(xiàn)。其次，較高的自動化程度可以提高復制生產(chǎn)過程的精確性，從而使這些過程更加安全，并且使成品的總體質量更高，事實上，消費者和用戶在這方面正變得愈加苛刻，這也起到了重要的推動作用。最后，在不增加生產(chǎn)過程成本的情況下顯著提高能效的唯一方式是：考慮到眾多相關關鍵因素（包括外圍設備）后，不斷積極地對生產(chǎn)過程進行重新調整，也就是說，這需要再次提高整個系統(tǒng)的自動化程度。

單個機器或生產(chǎn)機組已經(jīng)達到很高的自動化程度，這種趨勢必將延續(xù)到未來。伴隨這一趨勢的事實是：工業(yè)控制系統(tǒng)正在不斷提高其性能和效率，這些系統(tǒng)能夠采用基于以太網(wǎng)的高速現(xiàn)場總線實現(xiàn)通信，并且可以升級至具備智能驅動系統(tǒng)和集成安全技術。機器被納入各自的實時環(huán)境也可以提高自動化水平。正有越來越多曾經(jīng)用于控制自動化過程的手持終端集成到主機周圍使用，或者將機器和其它設備組合到一起以提高整體效率。

2 從機器到車間

合乎邏輯的下一步是將整條生產(chǎn)線整合到一個完整的自動化解決方案中，這種解決方案必須由每一個單獨的機器以及位于機器前、中、后的公司內(nèi)部物流系統(tǒng)組成，即需要考慮整個生產(chǎn)過程中物料的所有處理環(huán)節(jié)。該方案還要求通過系統(tǒng)對生產(chǎn)過程和設備進行規(guī)劃和仿真。產(chǎn)品制造商在開發(fā)產(chǎn)品的時候便考慮到生產(chǎn)過程通過自動化技術來實現(xiàn)效率的提升，因此這些系統(tǒng)正在變得越來越受歡迎。

這種整體自動化解決方案要求系統(tǒng)在處理這些任務的同時還能夠對系統(tǒng)的修改保持開放，能夠考慮到功率特性及樓宇技術等外部影響因素，并且能夠將單個機器上的控制器組合成一個網(wǎng)絡，而不限制它們各自在程序上的獨立功能。此外，它還必須能夠直接控制并查詢傳感器和傳動機構，從而使單獨控制的設備間不會發(fā)生程序割裂。

廣泛分布于制造業(yè)中的SCADA系統(tǒng)即使不受機器上單個控制系統(tǒng)的約束，也無法應對這些要求，因為這些系統(tǒng)缺少處理這些廣泛的控制和監(jiān)視任務的必要性能。無論如何，目前市場上的傳統(tǒng)系統(tǒng)不具備足夠的靈活性，無法輕松編程，缺少與子系統(tǒng)之間必要的兼容性，無法直接對現(xiàn)有的硬件進行尋址。

3 來自過程技術領域的過程控制系統(tǒng)

然而，就自動化生產(chǎn)層面而言，事實上必需的系統(tǒng)已經(jīng)存在。它們不僅應用于機械自動化領域，而且還出現(xiàn)在反應器、鍋爐以及像過程工業(yè)、冶金、化工和制藥等行業(yè)中，這些行業(yè)采用過程控制系統(tǒng)對全自動化生產(chǎn)過程進行監(jiān)控。這些系統(tǒng)的功能范圍以及成熟度都已經(jīng)在過程技術領域得到了多年的證明，這一點毋庸置疑。既然聯(lián)網(wǎng)在車間中已經(jīng)成為現(xiàn)實，那么我們絕對沒有理由懷疑同樣可以將它應用到消費品和商品的生產(chǎn)上。

憑借APROL過程控制系統(tǒng)，貝加萊現(xiàn)在提供一款可以處理更高級別控制和顯示任務的產(chǎn)品。它最初的設計是一個SCADA系統(tǒng)，多年來已發(fā)展成為一個成熟的過程控制系統(tǒng)，可以為客戶提供從現(xiàn)場層一直到管理信息層完整且全面的監(jiān)管。因此，APROL過程控制系統(tǒng)主要應用在過程自動化領域，涵蓋從醫(yī)藥行業(yè)測試系統(tǒng)到鋼鐵行業(yè)大型系統(tǒng)等。

4 生產(chǎn)車間中的透明度

從該系統(tǒng)的角度來看，在過程應用和制造應用之間不存在實質性的差別，唯一真正的區(qū)別是，如何準備必須呈現(xiàn)在批次報告中的歷史數(shù)據(jù)，并對其進行標準化。由于過程控制系統(tǒng)總是被用作信息源，因此過程數(shù)據(jù)記錄會鏈接至歷史數(shù)據(jù)、當前趨勢和離散事件已被列入標準功能。記錄用戶交互動作的審計追蹤功能同樣如此，這些日益嚴格的規(guī)范要求對每個批次進行歸檔，從而可以輕松管理它們。之外，用于過程顯示和控制的圖形化用戶界面也是一項標準功能。生產(chǎn)規(guī)劃和仿真系統(tǒng)之間可以通過數(shù)據(jù)庫接口、網(wǎng)絡接口或OPC進行數(shù)據(jù)交換，在流程工業(yè)中同樣可以通過配方實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

5 兩個不同世界之間的連接

用于采集生產(chǎn)機組數(shù)據(jù)的控制器可以被連接至整個系統(tǒng)，各種不同品牌和型號的控制器可以通過傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)連接。而使用貝加萊的控制器可以實現(xiàn)進一步的系統(tǒng)集成，這是因為APROL過程控制系統(tǒng)還包括Automation Studio自動化運行和開發(fā)軟件環(huán)境，可以對使用中的硬件和現(xiàn)場總線進行編程和配置。因此，APROL過程控制系統(tǒng)的用戶也可以利用Automation Studio的所有功能特點，結合APROL在過程數(shù)據(jù)記錄方面的自身系統(tǒng)功能，為有效監(jiān)控機器及其組件提供了一個全面的平臺。

最有意思的在于操作數(shù)據(jù)和更高級別的控制可以輕松遍及整個工廠，這包括機器與機器之間沒有自己控制器的設備以及單獨的驅動器、傳感器和傳動機構，精通機械自動化的X20控制器就可以應用于此。遠程輸入與輸出模塊以及驅動器可以通過基于以太網(wǎng)的POWERLINK實現(xiàn)查詢與控制，從而使得配置整個生產(chǎn)過程的監(jiān)控成為可能。系統(tǒng)還可以集成樓宇技術，例如，維持適宜的環(huán)境條件如空氣流通、制冷或遮陽等也可以減少能耗。因此，在生產(chǎn)過程中的溫度狀況可以隨批次數(shù)據(jù)一起記錄在批次報告中。

6 強勁且安全

在與不同的貝加萊系統(tǒng)平臺一起使用時，輸入與輸出模塊僅代表數(shù)以百萬計已安裝并驗證的組件，這些極其緊湊的模塊化組件可以被安裝在導軌上，也可以被設計為IP67防護等級應用于控制柜外。openSAFETY在硬件組合方式和總線規(guī)范方面也可以和X20系列產(chǎn)品相兼容，配合這些組件的SafeLOGIC安全型控制器可以和SafeIO模塊以及帶SafeMC功能的安全型驅動器一起工作。在APROL環(huán)境中使用安全型控制器，不僅可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的信息交換，而且還可以安裝安全開關以保護機器設備。

APROL因其易于安裝和低硬件成本優(yōu)勢而著稱，該系統(tǒng)可以安裝在任何地方，只要有一臺PC即可，在公司內(nèi)的任意位置都可以對其進行操作。因為APROL使用Linux作為其操作系統(tǒng)，因此可以在一個辦公室中設置多臺計算機作為操作客戶端，從而輕松實現(xiàn)多用戶訪問。與此同時，APROL提供了構建冗余系統(tǒng)的可能性，尤其是在自動化生產(chǎn)應用中，這是一個非常有用的功能特點，因為如果設備發(fā)生故障，那么無冗余功能的過程控制系統(tǒng)幾乎無法維持較高的生產(chǎn)率。在當今高度競爭的市場中，尤其是在需要按時交貨的情況下，具有冗余功能的硬件系統(tǒng)以及實時與歷史數(shù)據(jù)庫交流都可以確保生產(chǎn)系統(tǒng)的高可用性。

7 在工業(yè)應用中取得成功

現(xiàn)在已經(jīng)有大量用戶在使用貝加萊APROL過程控制系統(tǒng)，他們將工廠設備按層級整合為一個完整的系統(tǒng)，并在中央控制室中對其進行監(jiān)控。以一家著名的農(nóng)用機械制造商為例，他們已經(jīng)將其噴涂系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工作，超過7000個輸入和輸出點連接至APROL控制系統(tǒng)，他們將此視為對其整個生產(chǎn)設施實施全自動化的初始階段。同樣，對于另一家塑料建材生產(chǎn)商而言，他們將APROL引入其生產(chǎn)車間僅花費了很短的時間，他們現(xiàn)在這樣做可以確保對日益嚴峻的文檔規(guī)范做出充分的響應，從而為公司節(jié)省時間?，F(xiàn)在對于制造商而言，他們不僅在交貨時可以附帶批次報告，而且可以在生產(chǎn)線上的任意位置隨時監(jiān)測并優(yōu)化生產(chǎn)過程。

APROL擁有廣泛的功能，甚至可以通過MATLAB/Simulink集成系統(tǒng)仿真，它能夠在一個完整的同構系統(tǒng)中結合自動化應用的不同層面。由于具備直接整合外部系統(tǒng)和信號的能力，所以APROL還可以通過全流程服務能力來確保系統(tǒng)在其整個生命周期內(nèi)的可靠性與高效運行。