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2022年06月29日

基于DeviceNet的分配式物料输送控制系统

基于DeviceNet的分配式物料输送控制系统 2011年12月03日 来源: AEC 公司在其新型真空泵原料输送系统中使用了由Rockwell Automation公司开发的带Allen-Bradley KwikLink 扁电缆的DeviceNet以及ArmorBlock MaXum I/O系统。与传统的机架式I/O系统相比,这种I/O分配式系统的总成本较低,这要得益于其较低的安装成本、维修成本以及系统扩充成本。近年来有关原材料的输送和控制系统的新技术是基于机器固定的输入/输出(I/O)模块和设备平台网络的I/O分配式系统。该系统的每个储料斗(或其他设备)都使用了控制模块,并与两根多触点电缆相连,其中一根连接电源,另一根用于通讯,并都回接到控制面板上。与传统的机架式I/O系统相比,新系统具有两个方面的优点:一是由于新系统不再需要使用其他的线缆连接各个设备和控制面板,可减少50%的系统安装时间,从而给生产商带来收益;二是可使生产中排除故障的停机时间大为缩短(除了绝对不可抗力所造成的故障外)。这就为像瓶盖之类小制品的注塑生产带来比原来多得多的利润,因为每个瓶盖的利润只有0.1美分,停机时间越长,就意味着更多赢利的损失。

较低的总成本 尽管I/O分配式系统的购置成本要比传统的机架式系统高一些,但它的总成本却较低。一般来说,总成本包括购置成本、安装成本、维修成本以及将来系统扩充的成本。I/O分配式系统的较低总成本得益于较低的安装成本、维修成本以及系统扩充成本。使用本地机架式I/O系统需要生产商在厂房后面每个I/O设备上都要安装电缆(把它们连接到中央控制面板上),而I/O系统到控制面板的距离往往要超过180m。以一个中等规模的生产企业为例,假设该企业的厂房面积为18 000m2,有24台注塑机,36个输送料斗,3台真空泵。每个料斗至少需要5条电缆连接本地I/O模块,每条电缆还需要专门的保护套管以避免受到环境的污染。这样挂在支架上的管线的直径肯定要超过25.4mm,甚至达到102mm,从而提高了安装成本。更为严重的是,当某个带线缆的设备出现故障时,维修人员必须从众多的线缆中找出存在问题的那一根,然后再修理。显然,这样做既费时又费力,大大增加了维修成本。另外电缆的成本也不容忽视,按每英尺电缆 $1计算,仅电缆的成本就至少需要$60 000。为了减少电缆的安装数量,20世纪90年代塑料机械供应商开始开发分配式I/O系统,但是当时的工业网络还很不稳定(作为分配式I/O系统一个重要组成部分的设备平台网络还未诞生),常常因为电缆选择不当、供电电压击穿以及电流噪音等原因,使分配式I/O系统受到节点数目(设备地址)和功能覆盖电缆最大长度的限制。另外,当时的工业网络也不具备加工者所需要的纠错功能。随着网络技术的逐步成熟,出现了多种设备平台网络和I/O选项,从而使分配式I/O系统真正有了用武之地。如AEC 公司在其新型真空泵原料输送系统中使用了由Rockwell Automation公司开发的带Allen-Bradley KwikLink 扁电缆的DeviceNet以及ArmorBlock MaXum I/O系统。通过使用这种具有开放式结构通讯协议的DeviceNet以及ArmorBlock MaXum自诊断I/O 模块,AEC 公司的新系统能够使其获取比开/关多得多的信息。另外DeviceNet能与64个节点连接,使用KwikLink 扁平线缆可以覆盖的距离超过1300ft,因此无需使用中继器(信号推进器)就能够完成信号的传输,从而避免了出现一个中继器失效,整个下游网络的所有元件都不能运行的弊端。显然这对于注塑成型和挤出成型的控制是极为有利的。

分配式 I/O的运行AEC的这种新型真空物料传送系统,能够控制50个料斗和7个泵,可将注塑成型或挤出成型所需的粒料从大型的储存箱里输送到固定在每个机器上的料斗里。网络中的每个料斗都通过DeviceNet KwikLink扁平网线连接到信号控制器和电源箱。ArmorBlock MaXum I/O系统通过1个支架固定在扁平线缆上,而支架可以直接固定在厂房中现有的真空线路上,从而无需导线或机械支撑结构。同时I/O系统也不需要任何保护性围栏。 ArmorBlock MaXum I/O系统是齐全的独立的设备包,包括8个或16个I/O点,通过12mm的微小快速断开连接器接入系统,DeviceNet通讯接口和电源安装在密封套管里。在此真空物料输送系统里,两条DeviceNet 扁平线缆贯穿整个真空线路,I/O系统可以根据用户的需要放置在泵的附近或者料斗附近。配电线缆从I/O模块延伸到料斗上的设备上。 Continental PET 技术公司(以下简称Continental公司) 是AEC的这种新型物料输送系统的用户之一。据该公司的生产工程师 Nick Mercorella介绍,ArmorBlock MaXum I/O模块最方便的一点是它能简单地穿过扁平线缆与连接器(DeviceNet网络)连接。而且在安装整个系统的时候不需要再像以前那样用螺钉固定线缆,甚至非电工专业的人员也可以进行安装。从而减少了系统连接时因为接线错误而导致的潜在调试成本。Continental公司的注塑成型系统有4个泵和30个料斗,还有混合器和干燥器。泵在地面上,而干燥器和混合器在厂房的夹层里,线缆的总长度为210m。 料斗和泵均具有两个输入端和两个输出端,I/O模块上拥有足够的空间,可提供多种选项加以扩充。例如,要在料斗上添加一个过滤净化器,则只需在模块连接器上接一条12mm粗的快速断开线缆,就可以在终端视窗中启动该选项。另外也可以添加一个遥控比例阀门,以回收没有被使用的物料。然而若使用本地I/O系统来实现相同的更改则需要使用新的线缆与每个料斗相连接。另外,为了下载新的选项所需要的已变更程序,必须关断整个控制系统。并且无论是删减还是增加任何选项,整个安装过程都要重新开始。还有一种情况也能体现出分配式I/O系统较之本地I/O系统的扩充优势,那就是在两台机器中间再放置一台新机器时,前者只需在扁平线缆上另增加一个I/O模块,并用配电线缆使其与新机器的料斗相连接。而后者则需要增加全程的新线缆,以用于与系统控制器的回接。

减少维修成本 使用分配式I/O系统之所以能够减少维修成本,是因为该系统所具有的诊断功能。根据操作界面上显示到点的诊断功能,维修人员可以获知故障设备的信息,以及故障设备的确切位置。维修人员可以利用诊断功能察看任何位置的运行情况,不论是螺杆驱动器还是可更换的部件。这无疑简化了故障处理的工作,即使是不懂电工的人员也能找到出现故障的电感器或螺线管。

本地I/O 与分配式 I/O 虽然使用分配式I/O系统在降低真空输送原材料系统的总成本方面较之本地I/O系统有着很大优势,但是那些拥有大量技术熟练电工的加工商却不以为然,他们反而抱怨输配式I/O系统价格高。不过通过下面的例子及分析,也许可以改变他们的态度。假设本地I/O系统的控制硬件的初期购置成本为$20000,安装成本为$150000。而分配式I/O系统的硬件成本为$60000,但是安装成本却仅为$25000。由此可算得输配式I/O系统的总成本仅为本地I/O系统的一半。那些拥有大量技术熟练电工的加工商之所以没有觉得成本低多少,是因为电工们的薪水隐藏了本地I/O系统所带来的高昂安装成本。分配式I/O系统具有较低的总体成本只是其优势的一方面,另一方面它代表了原料输送控制技术的发展趋势,即拥有强大的信息处理能力。使用与I/O模块连接的智能网络替代单独的电线,加工者可以获取大量的信息。这种信息有助于改善生产计划,保证系统处于最佳的运行状态。AEC公司供料系统进料斗的I/O界面。该系统基于DeviceNet,这是当前塑料机械供应商所使用的多种I/O协议中的一种设备平台网络的发展减少了物料输送系统的安装时间,而且不需要使用中继器。这种 ArmorBlock MaXum I/O系统可以固定在现有的真空线路上,密封的套管里带8个或16个通讯点和电源基于DeviceNet的AEC原料输送系统多达64个节点,可以在390m的距离内连接注塑生产线和挤出生产线。操作者可以通过PanelView控制系统,在中央位置监控整个网络的运行情况网络的心脏部件是Allen-Bradley ArmorBlock MaXum I/O 。连接网络的KwikLink扁平电缆不需要任何护套管或机械支撑装置(end)

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