自动化系统改造175吨液压成形压力机

2012年，雷击击中了南方制造集团(Southern Manufacturing Group)的设施，特别是对这家汽车零部件和工业阀门制造商175吨的液压成形压力机及其自动化系统造成了电气损坏。

购买一台新的液压机将是非常昂贵的，在数十万美元的范围内。因此，SMG需要一家能够快速修复成型压力机的公司来维持其生产计划。

修复和改进压力机

尽管这台机器已经有40年的历史了，但它绝对值得修理。作为双动压力机，它同时以不同的方式塑造两个独立的部件。在第一步中，液压成形压力机将金属弯曲成两半而不使其折痕。第二步，它绕着金属片旋转。与一次只成形一个零件的简单机器相比，该工艺连续运行，显著提高了产量。这种复杂性需要的不仅仅是一个简单的自动化系统，因为需要同时控制多个操作以接近公差。

为了找到经济和及时的解决方案，SMG求助于田纳西州纳什维尔的完全许可的电气和机械承包商美国建筑技术公司(ACT)。当ACT检查压力机时，其工程师面临着多重挑战，包括维修或更换自动化系统。ACT打电话给我在阿拉巴马州亨茨维尔的KCC软件公司。该自动化解决方案不仅适用于现有的机器，而且还可以改进它。虽然ACT将建造新的自动化系统外壳，并执行所有布线，以及改进和更新液压系统的部分，但我们将接受快速创建一个新的现代自动化系统的挑战。

设计新的自动化系统

10年前设计的压力机通常不具备帮助制造商缩短生产周期和提高生产一致性的自动化特性和功能。例如，SMG的旧自动化系统无法实现冲压作业自动化，因此操作员需要在每次作业设置时手动输入指令。这不仅增加了循环时间，还显著增加了错误和不一致部件运行的可能性。通常，旧的自动化系统变得难以支持。

由于旧的自动化系统很笨重，不需要更换整个压力机就可以更换，SMG考虑了一个新系统，要求以合理的成本快速设计和安装。经过初步调查，KCC发现它能够满足SMG的要求。

KCC开始设计自动化系统时考虑了系统要求——压力传感器反馈、编码器反馈、快速响应时间、准确及时的阀门控制——这表明需要一个非常灵活的控制器。

采用新型可编程逻辑控制器(PLC) CPU模块和高速计数模块连接压力机上的编码器。标准I/O卡用于压力机所需的离散输入和继电器输出，模拟输入卡用于压力传感器反馈。

安装完这些组件后，关键的下一步是对液压机的力进行编程，使其与机器的预设运动相匹配。我们将正确的压力、相应的滑枕行程和其他关键参数按作业号存储在新控制器的存储器中。铸模机将它们设置为自动预设。在拉深工序中，压边架或液压模垫力可通过编程在冲压周期中变化，从而改善操作并减少机器磨损。

高速计数器接口模块帮助我们在一个多小时内设计、编程和验证编码器接口。具有讽刺意味的是，这是自动化系统设计中我们最关心的部分，但结果却是最简单的部分。布线和数据连接很简单，由于模块的内置功能以及与PLC的CPU模块的无缝集成，编程需要很少的数学运算。

系统HMI采用15英寸触摸屏。该面板具有易于阅读的大屏幕，具有密码保护的访问维护屏幕和文档，以及旧自动化系统上不具备的其他功能。

比新的更好

在175吨的液压成形压力机上增加了强大的PLC和HMI面板，使操作人员能够执行触摸屏命令自动控制压力机，无需手动调整。

此外，新的自动化系统可以存储多个程序或食谱，提高了循环时间和定位精度。在重建之前，操作人员必须手动输入每个新作业的程序参数。现在，压机操作人员只需选择所需的配方，其中包含通过合格径流检查的值。

该系统的另一个关键特点是对压力机性能的统计分析。这使得SMG机器所有者能够在早期发现潜在的液压问题，并确保机器在既定参数内运行。

SMG还进行了额外的质量检查，以确保机器按照规格运行。自动化系统现在测量的深度，因为它是同时压制一个部分。操作人员现在知道运动的深度为1/100^th一英寸，六到七英寸。行程长度。这有助于他们预测模具何时需要磨砺，或液压何时需要维修。

压机的反转是一个关键的生产过程，因为它可以防止零件超出公差。在重建之前，旧的自动化系统需要一个手动接近开关来反转信号定位。不幸的是，手动开关的准确性取决于操作人员的手的稳定性。然而，新的基于plc的自动化系统已经根据测量的压力自动逆转方向步长，使得压力机运动的深度非常一致，从而确保零件的均匀性，延长机器的寿命。

由于自动化和改进的操作，效率提高了，减少了对油和液压元件的磨损。如果压机深度开始改变，通常表明液压泄漏或帮助形成零件的模具有问题。通过能够在机器超出公差之前解决这些问题，SMG可以在没有计划外停机的情况下保持运行。

调试后一个月安装

SMG、ACT和KCC Software之间的沟通和合作对于项目的速度和成功至关重要，特别是在缩短计划以避免停机的情况下。改造和安装在2012年10月至11月之间的短短一个月内完成。

PLC编程软件包括仿真功能，允许用户编程模拟版本的机器操作。对这些模拟操作进行编程，并根据PLC代码进行测试，在测试期间消除了对I/O硬件的需求，从而促进了快速原型化和开发。这种能力也使与ACT的并行工程成为可能，这对于满足项目所需的快速进度是至关重要的。

通过使用PLC底座和模块，我们能够根据现有的图纸和知识指导ACT进行控制面板的集成和接线。PLC利用现有的，熟悉的组件和模块，使集成和文档编制对于那些以前有过相同品牌的旧型号经验的人更容易。

自安装以来，压力机运行完美无缺。SMG对新自动化系统的性能非常满意。它特别欣赏配方功能，访问性能数据，以及在更换模具或执行例行预防性维护时易于设置和维护。

压力机现在只需要半值守操作就可以实现精确定位，这对操作人员的安全和产品质量都至关重要。最大压制深度非常一致，自动化系统的设置屏幕使用户能够根据严格的标准定制所需的性能。

SMG也很高兴，最终的成本比其他报价低了大约50%，提供的优势较少。通过使用高质量和负担得起的自动化系统组件，我们能够保持较低的支出，同时仍然在不到一个月的时间内交付了一个显著改进的自动化系统。

——Scott Martin, KCC Software总裁。由CFE Media副内容经理乔丹·m·舒尔茨编辑，控制工程、jschultz@cfemedia.com．

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