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极具经济效益的机器手臂监测与预防保养解决方案

供稿:研华(中国)公司 2016/6/20 17:42:23

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研华科技,2016年6月—为了提高生产效率与产品良率,越来越多的制造企业开始引进具有高效、持久及高精的机器人应用,在汽车、面板、晶圆、金属、化工、塑料、食品等领域,工业机器手臂都在工厂内扮演着不可或缺的关键角色。然而,当数量众多的机器手臂被导入自动化生产作业流程时,设备突发故障却成为影响产能的一大隐患,特别是对需要24小时不停机生产的高科技厂商而言,任何一条生产线的停摆都将造成莫大的损失。因此,通过传感器来收集机器手臂信息以提前发现潜在问题已成为提升产能稳定度的重要一环。



项目介绍

预防性维护措施大多需要高速且大量地收集模拟信号,且需满足如高效运算、现场存储与分布式I/O配置等需求,故一般功能简易且封闭式的可编程自动化控制器(PLC)很难肩负重任;而机器手臂原厂的监管软件价格昂贵,更让制造厂商望而却步。令人欣喜的是,研华根据工厂实况通过PC-based的APAX系列可编程自动化控制器(PAC)与模块化的各类感测模块客制化符合厂端所需的机器手臂监测方案,同时使现场收集的信息轻松与厂商自行开发的厂务系统无缝整合,从而以最具成本效益的方式达到实时监诊与预防保养的目的。


系统需求

对于高科技面板制造业而言,玻璃基板重且易碎,机器手臂就成为其在生产线取放的得力干将,如全球知名台湾面板制造企业在全台超过十座的工厂内,以六千支的机器手臂来执行搬运与传递物料等作业,但其维护保养一般待到机器手臂完全故障才维修,或是等到年检时才检修。如此操作不仅无法充分掌握机器手臂的「健康」状况,且一旦突发故障,轻则使产线停止运转,重则导致产能不足而无法如期交货。因此该公司开始寻找可预防-或预警故障发生的设备监测解决方案,以便在机器轻微异常时立即安排检修,以优化机器手臂的使用效率并降低维护成本。


由于生产面板需要多达数百道工序,目前该公司于每条生产线均安装了至少数十支机器手臂,而机器手臂的异常状况则可经由比对提早预防,这也要求设备监测解决方案必须满足每秒1000笔的模拟量信号高速采集以保证准确记录设备状态。其次,由于所有收集的现场信号需要回传至中控室进行监控管理与数据分析,为避免庞大数据长时间占用网络带宽,且监测系统必须扮演中继站的角色提供数据存储功能,实现系统定时数据收集。再则,虽然工厂面积大且产线分散,但产线额外容纳新设备的空间相当有限,所以分布式的数据采集与精简化的硬件配置也是本项目必须考虑的重点。


系统概述

研华以APAX-5000系列PAC控制器搭配模拟量输入模块与分布式工业以太网总线所规划出的机器手臂监测与预防保养解决方案,可满足该面板制造企业高速采集数据的需求。其中,所选的研华APAX-5580控制器曾在第十四届中国自动化年度评选中斩获“2016年中国自动化创新产品奖”,内建Intel处理器的APAX-5580不但是一台可提供高效运算的工业计算机,也是一款可灵活整合各种I/O模块的控制平台。此外,通过12通道模拟量输入模块APAX-5017H来连接六轴机器手臂上的传感器(Current Transformer),APAX-5580可以将APAX-5017H模块收集的模拟量信号暂存于内部硬盘内,而中控室的监测系统则可通过工厂内部网络和用户设定的时间(每隔五分钟或每隔十分钟)定时收集工业计算机内的数据,以利用详细的电流变化分析机械手臂是否存在异常。


不同于传统PLC只能处理简单逻辑的功能,APAX-5580是集多种功能于一身的PAC控制器,高速数据处理、大容量内存与储存空间、支持标准以太网络接口、可扩展多规格模块等功让其足以担负数据网关的重要任务,并以分布式架构来收集前端大量的模拟量信号;PC-based的开放式环境还能轻松地让使用者在PC架构下与其所开发的应用软件顺利整合;而紧凑式外型与无风扇设计也使APAX-5580非常适合在空间有限的工厂环境中应用。精简硬件数量方面,研华则利用了双插槽背板模块APAX-5002来提供菊花链(Daisy Chain)工业以太网连接功能,以扩展多个模拟量输入模块APAX-5017H,既省下额外的其他设备(如:交换机)的费用,也同时让机器手臂监测解决方案以最少的硬件成本发挥最大的系统经济效益。


专案导入



系统架构图



机器手臂检测与预防保养解决方案系统架构图


结论

研华在设备监诊与预防保养领域拥有多年的丰富经验,并已为众多半导体与高科技大厂导入了相关解决方案。以该面板制造企业为例,原厂房内的机台监诊系统就使用了研华的方案,因此当该公司决定为机器手臂导入监测系统时也第一时间寻求研华的协助。在此套解决方案还在测试阶段时,就曾精准的发现异常电流信号,不日机器手臂确实出现无法正常运作的状况,这也使该面板制造企业更坚信导入此设备监测系统的必要性。此外,相较于因大量旧设备使用至报废导致以高额成本添置新设备的做法,加值预警系统所需维护费仅占整组机器手臂不到一成的更新费用,这等同于让厂商省下了高额的设备更新成本。目前该公司中科厂区的厂房已利用研华监测解决方案监控超过300支机器手臂,与此同时,该制造企业也在计划分批次在其他厂房内建置同样的系统以达到全面监测的效果。


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