气动专家的思路转换

Festo公司将气动自动化控制技术推向了新高度

作者:Eckhart Roos 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:24 发布时间:2018-03-07
原来许多功能需要50多个单独的零件和不同的控制技术来实现,现在只需利用单独的一个阀就能覆盖这些功能。现在希望变成了现实,转变气动控制技术的观念已刻不容缓。
气动专家的思路转换

目前正在热议的数字化和工业4.0的话题已经明显地改变了我们的日常生活。化妆品生产领域中的个性化产品已经不再是什么特殊事情了,通过网络化生产和对应的直至最终消费者的物料链可以使整个事情变得非常
简单。

在现代化技术金字塔的各个层次中,从传感器到操作控制员、维护保养和资产管理,估计整个行业将会发生重大变化。首先是生产设备的配置将会更加灵活,目前Namur和ZVEI两大协会正在通力合作,进行更加深入的探索。在用户和生产厂家广泛参与的合作中,生产厂家开发出来的新产品能够更好地满足用户的要求了。而这种合作的目标只有一个,即利用一个个模块组成一套流程工艺生产设备。一方面,模块的控制系统能够自主地完成模块的控制;另一方面,也能够在过程控制中由模块提供所有的操作信息,并在上一级控制系统中实现自动化控制所需信息的可视化。这样做的好处是:

  • 减少了工程的复杂性;
  • 因为这些模块是标准化的,模块的投资成本较低,在规模经济中具有明显的优势;
  • 有着很高的灵活性,只需更换模块就可以满足不断变化的生产要求。

云技术解决方案为模块生产厂和用户提供了许多优点

这类流程工艺设备的生产运行也有可能开创新的生产经营模式。例如,模块生产厂家可以通过现代化的IT技术和云技术来完成模块化流程设备的维护保养和过程监控,为用户在生产过程中提供更高的附加值。

从现场到云端

Festo公司在2017年的汉诺威博览会上展示了第一套具有物联网解决方案的气动控制元器件和控制面板——物联网网关CPX-IoT。通过OPC接口实现现场层次组件和模块与Festo云连接的(例如,Festo移动终端,能源监控模块MSE6-E2M,分布式控制系统和远程I/O或上下料控制系统)联网网关。这就有可能准备数据、对数据进行监控、在设备模块中对分散式控制的自动化系统中对过程及有关的数据进行分析,就能够根据这些数据进行趋势分析或与早期的参考运行的生产数据进行对比了。

出现趋势偏差时的早期报警系统,以及自动化报告系统也能够避免模块出现故障导致模块停机,并能在计划的维护保养周期内识别需要做的维护保养工作。这都能避免设备停机故障,有利于提高生产能力。

物联网网关可以实现控制系统的云连接,能够在需要的时间内生成需要格式的信息。还允许为每一个Festo装备配备一个预先设置好的控制面板,使之有更多自定义选项的可能性。

这里所提的控制面板是一种Web浏览器式的控制面板,可以显示曲线,带有报警指示灯。专用的小插件,即用户界面的组件和能源监控曲线、预防性维护保养信息、模块设备的生产特性和整体系统能效情况等都可以用图表显示出来。状态监控解决方案改善了故障诊断和故障识别的能力,提高了能源消耗的透明度,提供了清晰的图形化信息,并能获得历史数据。这就使得模块生产厂家能够在全球范围内对其生产的设备模块进行监控,从获得的信息中得出模块下一步研发和优化的重要结论,或者在不同生产条件(如不同温度)下的生产情况。

数字化的气动控制技术

数字化也能使得到实践检验的、当前已经掌握的技术在应用时更加简单,拥有更好的通用性和灵活性。例如,Festo公司研发生产的移动终端就能够通过数字化技术而实现自动化技术的创新与革命。

在移动终端设备中,硬件和功能始终是分开的。通过硬件平台与功能的分离,能给自动化提供许多不同的优点,而且是在生产设备的整个使用寿命周期内,各个不同阶段的优点。与智能手机相比较,在智能手机中安装了监控软件之中,就可以把一些个性化的功能应用到相同的硬件设备中了,这就有可能实现硬件设计与硬件所需完成的自动化任务完全脱钩。

因为所有的功能都转移到硬件平台上, 备件库存也大幅度减少了。这些都是可以立即以货币形式体现出来的优点,例如:

  • 能源效率提高;
  • 工程、设备运营和维护的复杂性降低;
  • 上市时间缩短;
  • 维护成本降低;
  • 工厂运行期间有自适应功能。

另外,移动终端还提供了进一步提高质量的优势,例如保护OEM生产厂或者最终用户的知识产权,保障设备操作安全、提高过程监控和过程状态的透明度。

除了硬件标准化的优点,运营商也能得到一些明显的好处。

不久的将来,传统的刚性自动化金字塔将不复存在。有着统一信息格式的主-主通讯和水平的、垂直的网络通讯,包括云将会登上历史舞台,这些都是工业4.0的特色。物联网网关将现场级别的元器件和模块通过OPC-UA连接到Festo云中,Festo公司在这一变革中做出了重要贡献。

能源效率问题

例如,Festo最新开发的移动终端允许处于开启和关闭状态的控制阀承受不同的工作压力。这就能够明显地减少压缩空气的用量,尤其是当阀的两个工作过程需要明显不同的驱动力以及驱动力矩时。另外,它还有着可以自由配置数量的控制回路,可以激活故障诊断功能,及时发现与阀芯驱动有关的泄漏,并能根据泄漏的严重程度向维护保养人员发出必要的维护保养信息,或者关闭设备部件。这就能够避免在扩展网络中费时费力地查找泄
漏点。

自适应问题

如果生产过程中需要对设备进行改造、调整,并要求对移动终端的各个参数进行修改,则在使用集成接口之后就非常容易做到了。所有的参数都可以在上一级控制系统中进行修改,通过通讯接口传输到生产现场的移动终端。适用于西门子和罗克韦尔系统的这些可能性都在今年的汉诺威国际会展中展示出来了。

物联网网关可以为各种Festo元器件预设个性化的定制面板

物联网网关可以为各种Festo元器件预设个性化的定制面板

在设备调试时,可以在控制阀开启或者关闭的时间段内进行调整,在参数设置好之后,控制阀可以在随后的学习过程中自动地调节排气节流,满足所需的时间要求。在设备运行期间,控制系统对控制阀遵守规定工作时间的情况进行监控,必要时可以改变节气气流以保证最初设定的时间值以排除外部的影响因素,例如由于摩擦增加使得设定的时间发生变化。而这些调整、适应都是自动进行的,也就是说,是在生产现场直接完成的,无需操作者或者维修人员干预。

小结

这些例子表明了如何通过数字化技术扩展自动化应用领域,以及如何在流程设备整个寿命周期内的各个阶段实现更多附加值。其优点包括,在流程设备运行过程中提高设备的能源利用效率、降低工程设计成本和费用、设备运行过程中硬件的标准化,以及现场的自适应功能等。通过App条件的功能实现,也提高了流程工艺设备的生产灵活性,利用云解决方案集成了故障诊断提示也能够使OEM生产厂实现全球化的模块解决方案的监控,从中获得对下一步产品研发极有意义的信息。

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