基于羅克韋爾自動(dòng)化的 GuardLogix 創(chuàng)建的創(chuàng)新安全控制系統(tǒng)不但加快了 Smorgon Steel 新鋼材矯直設(shè)備的開發(fā)過程，而且還帶來真正的長期靈活性。
解決方案
整套集成的“安全與標(biāo)準(zhǔn)”控制解決方案包含以下組件
• Allen-Bradley GuardLogix 控制器
• 19 個(gè)基于帶“DriveGuard”的PowerFlex 70 AC 變頻器建立的變速驅(qū)動(dòng)應(yīng)用
• 兩個(gè)獨(dú)立的 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)：DeviceNet 和 DeviceNet Safety
• Allen-Bradley Flex I/O 和安全 I/O
• Allen-Bradley Guar．ｍａｓｔｅｒTLS-GD2電磁安全鎖
• 通過 EtherNet/IP 連接到 GuardLogix的 Allen-Bradley PanelView Plus HMI
• 來自羅克韋爾自動(dòng)化 TechConnect的技術(shù)支持
取得的成果
集成安全控制解決方案可實(shí)現(xiàn)
• 快速靈活的開發(fā)
• 使用常見的標(biāo)準(zhǔn)控制方法對(duì)安全控制系統(tǒng)進(jìn)行編程和管理
• 簡化/并行的系統(tǒng)組態(tài)和故障處理
• 與其它控制應(yīng)用集成因此可幫助 Smorgon Steel
• 達(dá)到世界級(jí)的操作安全性
• 實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上的貨運(yùn)成本消減
• 優(yōu)化生產(chǎn)
• 遠(yuǎn)程控制整個(gè)過程
無論什么工廠，開發(fā)一個(gè)既絕對(duì)安全、又能實(shí)現(xiàn)最佳生產(chǎn) KPI 的生產(chǎn)系統(tǒng)都將是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。而在以高生產(chǎn)率加工大塊重產(chǎn)品時(shí)，情況則更是如此。要在工程設(shè)計(jì)/開發(fā)時(shí)間緊迫的情況下快速實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，無疑會(huì)需要非凡的創(chuàng)造力，尤其是安全控制和自動(dòng)化領(lǐng)域的創(chuàng)造力。
澳大利亞領(lǐng)先的鋼材制造商 Smorgon Steel 在最近升級(jí)它的一座角鋼和槽鋼車間時(shí)便遇到了這一挑戰(zhàn)。該車間位于墨爾本近郊拉弗頓北面的制造廠區(qū)，年產(chǎn)角鋼和槽鋼 5 萬噸，鋼材長度最長為 15 米。過去，需要到廠區(qū)外離 Smorgon 工廠四公里處的一家獨(dú)營矯直廠對(duì)鋼身進(jìn)行最終的矯直流程。在該工廠于 2005 年 3 月停止運(yùn)行時(shí)，這家鋼材加工巨頭便遇到了真正的困難。
據(jù) Smorgon Steel 項(xiàng)目電氣負(fù)責(zé)人Wayne Pearse 表示，保持生產(chǎn)是當(dāng)時(shí)公司的頭等要?jiǎng)?wù)。“Smorgon 需要為市場供貨并且我們信奉客戶至上”，Pearse 表示。該公司很快便認(rèn)同，整個(gè)矯直車間遷至拉弗頓北廠區(qū)是最佳的選擇。雖然這項(xiàng)決策的主要優(yōu)點(diǎn)是可大幅降低鋼材運(yùn)輸成本，但卻面臨一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，即確保遷址工作能在很短的時(shí)間內(nèi)完成，并且要不影響當(dāng)前的產(chǎn)量。
作為一項(xiàng)臨時(shí)措施，Smorgon Steel 將該廠外廠房的租期延長了六個(gè)月并配備了自己的人手。期間，新的廠內(nèi)矯直設(shè)施的設(shè)計(jì)和開發(fā)工作已正式開始。整個(gè)項(xiàng)目從概念到調(diào)試階段必須在這六個(gè)月內(nèi)完成。壓力就此開始。
讓我們直奔主題
原廠外矯直設(shè)施在很大程度上依靠叉車和人力來移動(dòng)鋼材，完成這一最重要的物料裝卸工作。每捆重達(dá)兩噸的鋼材都需要經(jīng)過運(yùn)輸、解帶、拆捆、定位和矯直過程，然后再重新包裝以便運(yùn)輸，這其中沒采用任何自動(dòng)化或遠(yuǎn)程控制。據(jù) Pearse 表示，任務(wù)繁重的人員和叉車都擁擠在一個(gè)有限、繁忙的工作空間中，這為 Smorgon Steel帶來了不可接受的安全風(fēng)險(xiǎn)。必須要有更好的方式。
該公司確實(shí)下決心采用“更好的方式”：采用一個(gè)由鏈?zhǔn)絺魉蜋C(jī)、換輥工作臺(tái)和高架起重機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)取代原來的“叉車加人工裝卸”型物料裝卸系統(tǒng)，在重鋼產(chǎn)品經(jīng)過矯直流程時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理。整個(gè)流程的大部分工作都將在三個(gè)用圍欄隔離的“安全區(qū)域”內(nèi)進(jìn)行處理，以確保人員可遠(yuǎn)離具有潛在危險(xiǎn)操作。借助集成的安全控制系統(tǒng)，整個(gè)矯直、鋼材運(yùn)送、拆捆和捆扎流程都可通過隔離區(qū)域外的控制臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
在新矯直車間的設(shè)計(jì)過程中，Smorgon Steel 全廠的安全文化是一項(xiàng)重要的考慮因素。新車間將主要應(yīng)用大家已熟悉的“廠內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)”安全隔離工作臺(tái)和安全門鎖定系統(tǒng)。
該設(shè)計(jì)流程非常全面、系統(tǒng)，其中甚至包括了一個(gè)由 Smorgon 操作員、技術(shù)人員、工程師和常駐現(xiàn)場安全代表所組成的團(tuán)隊(duì)來實(shí)施的正式風(fēng)險(xiǎn)分析。根據(jù)澳大利亞機(jī)器安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)AS4024 的要求，該公司通過風(fēng)險(xiǎn)矩陣來確定必要的系統(tǒng)安全類別。全廠范圍需要達(dá)到類別 3 的要求，急停系統(tǒng)則需要達(dá)到類別 4 的要求。公司還就此咨詢了外部的安全管理組織。Pearse解釋說，“Smorgon 通過與 WorksafeVictoria 合作來確保符合所有安全法規(guī)”。
他還表示，“通過對(duì)液動(dòng)和氣動(dòng)裝置采用雙關(guān)雙放和反饋機(jī)制，以及對(duì)驅(qū)動(dòng)器采用安全關(guān)斷功能等，我們確定在這三個(gè)安全區(qū)域都可達(dá)類別 3 要求”。“我們的設(shè)計(jì)流程從根本上指出了什么是所需的智能控制以及如何實(shí)施。”
實(shí)現(xiàn)安全的快車道
盡管這一寬泛的系統(tǒng)概念從設(shè)計(jì)方面已經(jīng)完成，但是控制平臺(tái)本身仍是一個(gè)問題。傳統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)安全控制的方法是部署一對(duì)相連的控制器，即一個(gè)為常規(guī) PLC，另一個(gè)為專用的安全控制器。
控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)通常分為兩個(gè)不同的階段：首先建立基于 PLC 的常規(guī)控制作為系統(tǒng)的“基礎(chǔ)”，而“安全”控制方面則是在第二階段來改進(jìn)。
盡管此方法已在 Smorgon Steel 拉弗頓北廠區(qū)內(nèi)的許多安全控制應(yīng)用中采用，但此矯直車間項(xiàng)目的緊迫性迫使Pearse 不得不評(píng)估其它選擇方案。如果存在一個(gè)同時(shí)集成有安全和標(biāo)準(zhǔn)控制的平臺(tái)，將有助于更快地實(shí)施，并且靈活性會(huì)更強(qiáng)。
隨著 Allen- Bradley GuardLogix 控制器的發(fā)布，一個(gè)理想的選擇方案便呈現(xiàn)在 Pearse 面前，這款控制器是工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)羅克韋爾自動(dòng)化在其 Logix系列集成架構(gòu)控制解決方案中最近新增的產(chǎn)品。
Allen-Bradley GuardLogix 控制器以雙處理器安全架構(gòu)為特色，在一個(gè)平臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)集成的安全和常規(guī)控制。GuardLogix 使用 RSLogix 5000 編程軟件，從而用戶能使用熟悉的標(biāo)準(zhǔn)控制方法對(duì)安全控制系統(tǒng)進(jìn)行編程和管理。
Pearse 在辦公室內(nèi)僅用了兩天時(shí)間便對(duì)自己提議的控制解決方案中基于GuardLogix 的試驗(yàn)系統(tǒng)（其中還包括Allen-Bradley 變頻器，安全網(wǎng)絡(luò)和I/O）完成了連接、編程和運(yùn)行，而且“運(yùn)行”了近三個(gè)小時(shí)。如此快速的部署加上系統(tǒng)在一系列苛刻的電氣測試下所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能使 Pearse 確信，GuardLogix 是此快速項(xiàng)目的理想解決方案。Pearse 表示，“當(dāng)我確認(rèn)GuardLogix 取得 TÜV 認(rèn)證后，我們便全力以赴地實(shí)施”。
集成解決方案
GuardLogix 控制器是整個(gè)新矯直車間成套集成的“安全與標(biāo)準(zhǔn)”控制解決方案的核心部分。該基于集成架構(gòu)的系統(tǒng)由一個(gè)無縫的網(wǎng)絡(luò)組成，其中包括控制器、驅(qū)動(dòng)器、DeviceNet通信和分布式 I/O。
該車間的 19 個(gè)可變速驅(qū)動(dòng)應(yīng)用（用于控制該車間眾多的鏈傳動(dòng)轉(zhuǎn)換臺(tái)、起吊機(jī)等）都采用了帶有“DriveGuard”選項(xiàng)的 Allen-Bradley PowerFlex 70 AC 變頻器。此外，AllenBradley Flex I/O 和安全 I/O 的分布式組合還能支持該車間的分布式 I/O 需求。
正是對(duì)矯直車間的 19 個(gè)變速驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用了帶有“DriveGuard”的 PowerFlex70 變頻器，為 Pearse 及其團(tuán)隊(duì)節(jié)省了安裝時(shí)間、人工和車間主控制盤柜中的寶貴空間。DriveGuard 由一個(gè)安裝在 PowerFlex 70 變頻器內(nèi)部的電子選項(xiàng)卡組成，以此為每個(gè)變頻器提供了符合類別 3 規(guī)定的“安全關(guān)斷”功能。更重要的是，DriveGuard 在實(shí)現(xiàn)此類別 3“安全關(guān)斷”功能時(shí)并不需要早期類別 3 驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中常用的雙驅(qū)動(dòng)輸出安全接觸器。由于獨(dú)立安裝的驅(qū)動(dòng)器多達(dá) 19 個(gè)，在車間主控制盤柜和開關(guān)室中節(jié)省的空間相當(dāng)可觀。
驅(qū)動(dòng)器和分布式 I/O 都通過DeviceNet 與系統(tǒng)的 GuardLogix 核心相連。為標(biāo)準(zhǔn)通信和安全通信分別采用了兩個(gè)單獨(dú)的 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)，即常規(guī)的 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)和達(dá)到類別4 要求的 DeviceNet 安全網(wǎng)絡(luò)。據(jù)Pearse 表示，分布式 I/O 和DeviceNet 的結(jié)合極大地縮短了現(xiàn)場
安裝和布線時(shí)間。“盡管單一的DeviceNet 安全網(wǎng)絡(luò)便已足夠，我們還是選擇了將兩者分開，因?yàn)檫@樣便可同我們廠的其余網(wǎng)絡(luò)保持一致”，Pearse 表示。
GuardLogix 處理器以及 19 個(gè) PowerFlex70 AC 變頻器都裝在中央控制盤柜內(nèi)，而車間的三個(gè)控制臺(tái)使操作員可在本地控制生產(chǎn)設(shè)施以及安全和 Flex I/O。
由于 Pearse 的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能夠同時(shí)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和安全控制系統(tǒng)以及相關(guān)代碼，整個(gè)控制系統(tǒng)得以在緊迫的項(xiàng)目工期內(nèi)成功完成和調(diào)試。“GuardLogix 的全集成特性使我們能對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)執(zhí)行全面操作，而且架構(gòu)已成功建立，因此還為系統(tǒng)的發(fā)展提供了一種既不復(fù)雜又靈活的途徑”，Pearse 稱。“此外，由于標(biāo)準(zhǔn)和安全控制應(yīng)用同一個(gè) [RSLogix 5000] 編程環(huán)境，系統(tǒng)組態(tài)和故障處理的時(shí)間也得以削減。”
