帮助纸厂开始生产

AMT位于德克萨斯州的客户为快餐店生产一次性纸碗和饮料托盘。该公司正在开设一家新工厂，并在疫情前从一家海外机器制造商订购了数百台机器人设备。由于COVID-19的旅行限制，原始设备制造商(OEM)无法前往美国进行安装和调试。客户联系到应用制造技术成为他们在美国的合作伙伴，以支持该设施的成功启动。

当AMT工程师参与到这个项目中时，几个问题很快就显现出来。最初销售设备的公司将这项工作转包给了一些小制造商，在此过程中丢失了一些关键的规格和要求。

这个过程

该工厂利用自动化机器人单元为快餐店生产厚型一次性纸碗和饮料托盘。目前工厂里有四个电池，还有几十个正在订购中。每个单元有两个机器人，机器人之间有一个热压机。在这个过程的开始，有一个重新制浆的区域，将再生纸切碎，加水制成浆糊，称为纸浆。泥浆从再浆区通过设备泵送至生产设备。

输送区是纸浆在被注入成型设备之前进一步稀释以降低稠度的地方。生产过程中的最后一个区域是机器人单元，产品在一个包含两个机器人的单元中制造。第一个机器人位于细胞的“湿”侧，处理来自输送系统的新鲜浆液并将其注入成型鼓中。然后机器人将湿产品移动到热压机上，现在已经形成了碗的形状。第二个机器人，在电池的“干燥”一侧，从热压机中取出碗，并将其移动到辅助设备，以修剪多余的部分。然后，产品通过视觉系统进行质量检查，然后沿着输送系统移动到机器人堆垛机，为仓储和运输做准备。

工作范围

原始设备供应商将各种设备分包给较小的制造商，许多原始规格要么丢失，要么被忽视。从海外运到工厂的设备有各种不同的控制系统，多家工业电子制造商，设计或装备不适合一起工作。这种机器也没有必要的安全功能，而且没有简单的方法来添加它。

AMT最初的工作范围是在机器人单元区设计机柜和低压电气面板，即设备的大脑，以及位于工厂交付和重新制浆区的机柜。这项工作完成后，AMT为机器编写了大部分软件。

控制过程

与由单一OEM生产并通过单一控制系统进行通信的生产线不同，所有独立的辅助设备都来自不同的制造商，每个设备都有自己的可编程逻辑控制器(PLC)。热压机、成型滚筒、视觉系统、金属检测、出口输送机，甚至是修剪机器人:每个组件都有自己的PLC，它们之间不相互通信，也不以任何方式协同工作。

例如，制作一个纸碗的四个主要设备是成型鼓、热压机和两个机器人。成型鼓是一个旋转装置，通过机器人系统的地板上的“湿”侧的单元。这就是将浆液放在一个湿成型的碗中呈现给机器人，然后将其拿起，然后放入热压机中。热压机位于细胞中两个机器人之间，它压在碗上烘烤它们。这两个必须同步运行的关键组件都在各自的PLC上，当它们从海外抵达时，它们无法与任何一个机器人通信。

设备编程

控制系统的种类繁多，是因为每台机器都是作为一个独立的单元建造的，有自己的控制，而不是被编程在一个更大的系统中工作。AMT必须让所有单独的系统彼此通信，按顺序运行，并共同工作以生产产品。这不是一项简单的任务，AMT工程师必须对大部分设备中的代码进行更改，这些代码是用不同的语言编写和注释的。AMT的工作人员工作时间很长，每天晚上都在工厂工作到很晚，与设备供应商的工程团队一起学习设备是如何编程的，并制定策略，如何让离散的部件作为一个系统工作。

AMT的工程师使用了生产-消费标签，这是一种让现代plc相互交流的方式。对于一些较老的设备，工程师使用显式消息传递来实现通信，允许该单元中的离散设备按照预期一起工作。主PLC被添加为所有辅助设备通信工作的中央通信枢纽，实际上是一个“交通警察”。

机器人、热压机、成型鼓和较小的设备通过主PLC相互通信，然后主PLC将消息和响应传递回设备。例如，如果机器人想在热压机上设置一排碗，机器人就会给主PLC发消息，主PLC检查热压机的状态，与它通信，并回复机器人。所有可能的通信场景都被编程到系统中，并需要大量的测试和调试，以确保双方正确的开关位，以便进程能够正常运行。

联网工厂和机器人网络令人头痛

随着工业物联网(IIoT)和工业4.0技术的兴起，现在可以在世界任何地方监控生产并利用预测性维护，而不仅仅是在工厂车间。为了利用这个新功能，客户的IT团队预先规划了一个网络，并分配了IP地址以允许设备进行通信。不幸的是，最初交付的机器人单元没有足够复杂的网络功能，无法在预先设计的网络拓扑中正确通信。由于AMT的工程师在工业控制和网络方面拥有丰富的经验，AMT的现场团队为客户的企业团队提出了多种网络解决方案可供选择，从而使进展得以继续。

安全设备和协议

在开始这个项目时，AMT工程师立即意识到在设计离散机器时没有考虑到集成安全功能。在系统中添加安全功能的最大挑战是大多数设备都没有安全评级。虽然e-stop、安全门、安全门和其他设备都存在于单元中，但这些项目并不在区域中，而是直接进入安全PLC;由于单元中的不安全plc，系统无法区分他们控制的设备。热压机、成型鼓和其他设备都没有经过预先设计，无法让系统区分它们，因此打开任何安全门或闸门都必须关闭单元内的所有设备。切断整个细胞的电源会大大降低生产力，所以必须找到更好的解决方案。

AMT工程师首先将安全级PLC集成为主控制系统，以控制原始单元中的安全级机器人等任何安全设备。由于安全等级的机器人需要一个安全等级的PLC来实现其安全功能，因此除了在系统中添加一个安全PLC之外，没有其他选择。

安全继电器被添加到分段系统，以获得额外的灵活性，因此PLC可以区分各种辅机。这使得团队可以根据打开的安全门来定义哪些流程可以继续运行，从而极大地提高了工作效率。

过程问题

除了自动化控制系统问题外，AMT的控制工程师还就几个与过程相关的问题与客户进行了协商。浆料输送系统在调节流量和将适当浓度的浆料输送到再制浆区进行稀释时出现了问题。这是一个关键的功能，因为当浆液被引入机器人细胞进行生产时，浆液需要精确的浆液和水的比例。AMT的AJ Kahler是一名在过程控制和流体动力学方面经验丰富的控制工程师，他在控制比例积分导数(PID)回路和调节泵速方面与工厂的首席过程工程师进行了咨询，以设计解决方案。建议工厂增加一个可以电子控制的调制模拟控制阀，它可以测量流量，并允许更精确地控制泵的输出。

未来的机器人细胞

AMT工程师与客户的团队成员密切参与了原始设备的重新编程，以使离散的机器作为自动化生产系统一起工作，他们还参与了向客户和原始设备制造商建议更改尚未制造的设备。在第一个机器人单元联网并安全运行的整个过程中，AMT已成为值得信赖的合作伙伴，为未来的机器人单元设定标准，并协助解决出现的其他工艺问题。

由于易于支持plc、伺服驱动器和整体工厂的熟悉性，团队共同推荐使用单一品牌的工厂标准化。客户还将使用一个机器人品牌的电池，为工厂提供一个具有凝聚力和易于支持的安装设备基础。在安全性方面，未来对原始单元设计的修改，例如在一个安全等级的PLC上运行整个单元，将使系统具有更大的粒度和灵活性。

项目的成功

作为客户值得信赖的合作伙伴，AMT将继续努力使这个新设施达到满负荷生产能力。AMT控制人员经验的多样性，例如具有过程控制经验，使公司在面临如此多未知的情况时获得成功。许多控制工程师之所以出类拔萃，是因为他们整个职业生涯都在同一类型的设备上工作。AMT的控制工程师进一步理解了控制背后的理论，使他们能够在任何环境中取得成功。

卡勒总结了这一经验。“我们的现场团队在这个项目的所有不确定性和移动部分方面做得非常好。我认为这说明了在应用制造技术公司工作的高水平工程师。你必须是一名非常敏锐的控制工程师，才能进入这种情况，并在一天结束时得到客户的青睐。”

-这最初出现在应用制造技术(AMT)博客．AMT是CFE媒体和技术内容合作伙伴。由网页内容经理克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

原始内容可以在blog.appliedmfg.com．

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