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开放灵活解决方案:以智驭气,高效制胜

开放灵活解决方案:以智驭气,高效制胜

2021/7/28 11:10:33

文/作者:罗鼎 艾默生自动化解决方案机器自动化亚太区产品经理

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从食品饮料加工的工艺过程,到工厂自动化设备为主的商品包装线,生产设备开始逐步转向采用智能气动技术来提高能效。在压缩空气系统中,些许的效率改进就意味着每月节省数万美元的能源成本。但是,智能气动技术带来的优势远不止节能。通过收集之前阀门、汽缸和气源处理系统等“非智能”项目中的过程数据,协同硬件和软件组合能提供实用洞见,助力缩短停机时间,加快生产节拍,提高整体生产力。

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(图片由艾默生Emerson™ 提供)

优化效率面临现实挑战

在气动系统中,气动元件会发生磨损并引发泄漏。随着时间的推移,能源消耗不断恶化,导致运营成本提高,碳排放加剧。事实上,厂商平均每年都会因泄漏而损失高达30~35%的压缩空气。泄漏越严重,能源损耗就越大,同时还会增加停机时间和运营成本。部分运营商每年每台机器的损失甚至高达5万美元以上!

对于很多运营商来说,识别和解决压缩空气系统中的泄漏损失还能提高整体设备效率(OEE),因为空气泄漏往往意味着存在其他性能问题。OEE是一种度量制造过程中生产力效用的实用工具,可通过以下变量确定:  

-   可用性:即机器的正常运行时间。生产过程是否在计划的生产时间内连续运行?

-   性能:表示与机器运行速度相关的变量。生产过程是否能以最大速度运行,并且

     不会导致慢速循环发生?

-   质量:表示组件磨损对最终产品影响的相关变量。生产是否无缺陷?无返工? 

可用性、性能或质量中的任何一项未能达到最佳都会影响OEE评级。事实上,艾默生气动系统专家研究表明,典型包装生产线的OEE 仅为45%~55%左右。显然,那些按照或接近设计生产能力运行的系统要比未达到的系统更节能、更高效。但是,如果要真正了解哪些地方能提高效率和降低成本,必须要落实到每台机器上,确保其都具有最大效率。

智能气动技术解决方案的兴起

工业物联网 (IIoT) 正在改变生产制造、包装和相关工业过程,逐步将数字化转型引入各种规模的气动系统中。这种转型使得操作人员能从气动元件和其他机器元件中采集和处理数据,以提供新的实用的洞见。例如,优化压缩空气就是一种工业物联网驱动的技术进步,它通过持续监测系统中的空气流量来实时检测泄漏情况,同时采集进气管线中的压力和温度等其他数据。 

将来自智能气动系统的原始物理数据转换为具有实际效用的信息是减少停机时间、降低能源成本、缩短周期时间并提高整体生产力的关键。但如何确定所收集的机器数据是具有实际效用的?如何应用这些数据来改进车间运营和制定更高级别的决策? 

单刀直入的方法

只需设置若干个数据点,就能轻松实现本地级智能气动系统监测,无须部署云系统。通过艾默生的AVENTICS™系列AF2流量传感器等组件来测量气流,或使用AVENTICS智能气动分析仪 (SPA) 等便携式解决方案,系统能识别任何所有出现问题的机器并创建相应的警报,同时显示在简单易用的仪表盘上,或实时发送给最终用户。从少量的小型单个零件着手,无需大量数据分析,操作人员就能获得可行的洞见,这样能很快达到降低成本、提高生产质量、增加产能和减少气动系统能源消耗的目标。

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AVENTICS™ AF2流量传感器能实时测量气体流量,并采集管道中的压力和温度数据。(图片由艾默生Emerson™ 提供)

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借助于AVENTICS™ 智能气动分析仪 (SPA),客户通过监测气动系统参数,可以轻松获取实时数据从而提高OEE。(图片由艾默生Emerson™ 提供)

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艾默生的SPA软件能与智能气动分析仪,AVENTICS™ AF2 Ethernet空气流量传感器等设备结合使用,并针对空气流量、压力、空气消耗量和泄漏(包括耗气量和泄漏成本)、CO2测量值等提供简单易懂的操作洞见。(图片由艾默生Emerson™ 提供)

近期案例中,艾默生为一家包装机械制造商提供分析解决方案,通过强大的分析功能帮助其提升码垛和卸垛设备的整体设备效率。该解决方案基于艾默生的PACEdge IIoT平台,而非复杂的数据集,可确定哪些特定执行器或阀组性能欠佳,并给出解决可疑问题的指导。PACEdge IIoT平台不仅易于开发和实施,还能根据周期计数或其他参数提供预测性维护建议。该平台能实时分析问题的根源,并根据严重程度发出一系列警告或严重警报。这些数据的收集和可视化独立于主机控制器,适用于传统或第三方控制器。

通过最初聚焦的几台机器或特定的痛点,可定义项目范围,并直观量化结果。值得重视的是,须确保所选择的监测解决方案具有可扩展性,可随着未来的需求和期望不断扩展。选择与产品组合齐全的供应商合作,能避免设备堆积,防止长期成本增加。

运营商在选择合作伙伴和产品时需特别留意,防止将自己与特定设备、网关、云服务或其他封闭生态系统绑定。某些解决方案可能还需要大量时间和前期资本投资。例如,收集数据的一种方法是通过网关从可编程逻辑控制器(PLC)上传到云;另一种方法则是将气动装置和其他模块直接连接到PLC,数据仍然发送到云上进行分析和可视化。以上两种情况都涉及PLC,这可能需要对PLC逻辑进行重大更改,才能借助PLC通过云捕获分析,实现“本地”可视化。 

对于没有意愿或缺乏基础设施支持复杂云场景的生产过程,艾默生提供高度灵活和安全的解决方案帮助提高生产力和节能效果,且无需云环境来实时可视化数据。传感器和其他边缘设备等采集模块通过网关直接连接,无需更改 PLC设置及程序。这一点非常重要!因为更改PLC逻辑可能需要投入大量时间和资源,而且许多运营商可能不想更改其PLC编程,特别是在改造项目方面。通过更灵活的解决方案(如艾默生提供的解决方案),无论使用何种控制器的改造项目,皆可通过云或者本地的边缘计算设备对数据进行处理。在新建项目中,客户可以使用将PLC和边缘技术集成在一个单元中的艾默生通用边缘控制器替换PLC架构。

与传统的基于消费者的物联网项目不同,工业物联网设备通常具有高度的交叉兼容性,这是为了确保平稳运行可编程及可扩展的开放软件(如PACEdge平台)的关键因素,开放式通信协议可以是基于云的、本地的,也可以集成到现有软件系统(比如OPC统一架构,MQTT)中。例如上文提到的AF2系列流量传感器与OPC 统一架构兼容,使用户能直接连接到上层系统或其他工业物联网网关以进行高级分析。

无论是本地的还是基于云的系统,IIoT技术的最佳供应商都会根据运营商的当前基础架构为其量身定制系统,通过网关、控制系统及开放式IIoT协议为设备提供所需的预见。知识渊博、经验丰富且技术灵活的供应商更会深入了解运营商的特定需求,针对具体IIoT实施定制方案。

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离散和混合应用程序的数字化转型。智能气动技术与可编程且可扩展的开放软件平台相结合,可确保所选的监测解决方案能随着未来的需求和期望不断扩展。(图片由艾默生Emerson™ 提供)

显著优势 

过去,投资于监测成本较低的气动元件毫无意义,厂商对于更换费用和相关的生产停机时间也习以为常。但是现在,信息化改变了游戏规则。 

单个独立执行器故障,可能会影响整个系统的效率。由IIOT驱动的智能气动技术能连接自动化孤岛,释放机器数据潜能,并从根本上提高OEE,使用恰当的话能帮助制造商识别执行器缺陷等问题。如果生产一个产品涉及几台或者几十台机器,其影响可能更大。一台机器的低效率可能在整个工厂中产生连锁效应。通过连接信息孤岛,运营商有望通过下列方式获得投资回报: 

-   缩短停机时间智能气动技术通过测量使用情况和周期来监测磨损,从而帮助维护            和生产团队更好地了解机器内不断恶化的问题。结合周期指标,运营商能清楚掌握            剩余系统寿命,并通过实施预测性维护来缩短停机时间。 

-   改善节能减少泄漏能降低整个系统的能耗,进而达到节能减排的目的。

-   提高生产力:智能气动技术能及时发出通知和警报,提示制造过程出现泄漏、异常            或超出阈值。这有助于确保最佳OEE和最大生产力。 

艾默生提供从气动装置、控制器、到应用支持平台的一站式解决方案,可帮助不同规模的运营商优化流程并提供实用预见。借助智能气动技术、PACEdge平台等系统,我们能为运营商提供深刻洞见,帮助避免意外停机、降低能源成本、缩短生产周期并提高整体生产力。 

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文/作者:罗鼎 艾默生自动化解决方案机器自动化亚太区产品经理

欲了解更多艾默生数字化转型解决方案,可前往艾默生官网获取详情

也可点击下方链接,前往艾默生IIoT直播间获取更多数字化转型解决方案

艾默生IIoT直播链接:https://live.gotoasco.com/watch/2384428

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