精简装配系统使用基于pc的控制

Itron是一家世界领先的技术和服务公司，致力于能源和水的合理利用。该公司的Waseca制造工厂设计和生产燃气和水计量设备，也称为编码器接收发射机(ERT)模块，并拥有内部工程团队，专注于产品研发，组装和生产。目前，Waseca工厂生产Itron的100G系列气体ert和100W系列水ert。

在2015年的最后几个月，该设施必须大幅提高水ERT模块的生产能力。此外，天然气ERTs的产量每年都在稳步增长。随着对更高产量的需求迅速增加，Itron工厂处于不断变化的状态。组装单元和生产线不断增加和改造，以确保工厂能够跟上ERT市场的需求。

以前，Itron的装配单元被一个控制平台所拖累，该平台需要五个独立的硬件来实现自动化和人机界面(HMI)系统。“这是一个持续多年的问题，”Itron首席控制工程师亚当•莫耶(Adam Moyer)表示。“我们进行了广泛的研究，以找到一种可行的替代传统的可编程逻辑控制器(PLC)进行控制和单独的PC进行人机界面。尽管生产水平不断变化，但对工程师来说，控制系统平台的变化可能是一项具有挑战性的工作，存在不确定性和风险因素。然而，仅仅增加相同设计的新机器并不是长久之计。”

工厂到现场的生产历史

为了保持其产品质量，Itron强调从组装过程开始到供应链，再到设备购买和安装时的生产线末端的全面可追溯性(见图1)。可追溯性确保了最佳措施，以快速回答现场的任何质量问题，因为Itron可以轻松地确定其制造的每个ERT中每个组件的完整历史。每个Itron ERT的唯一序列号保存在Microsoft SQL服务器中，每个ERT的每个生产步骤和质量测试都记录在数据库中。

对于进入Itron产品的每个组件，都会记录大量参数，例如批号、制造日期、组件制造商、每个组件的使用日期以及制造每个ERT的机器上的所有设置和配置。Itron是生产数据的另一大来源，它对所有产品进行一系列详细测试，包括目视检查、射频测试、ERT微处理器编程测试等。这有助于建立每个产品的历史质量保证，直到最小的组件和代码段。

Moyer说:“这正是我们最终采用基于PC和ethercat的控制技术来实现自动化和质量保证的原因。”“它帮助我们在自动化系统和远程数据库之间建立连接，同时管理大量数据，实现完整的可追溯性。”

当Itron在2014年1月第一次遇到基于pc的控制技术时，这种思路就开始了。当时，一台为灌封ERT设备而购买的欧洲制造的点胶机抵达了Waseca工厂。这台先进的机器配备了基于个人电脑的控制系统。Moyer说:“这让我们大开眼界，因为我们以前的经验是使用独立的plc和白盒pc作为我们与SQL数据库的链接。”通过基于PC的控制，Itron可以通过一个多任务控制器简化其系统架构，该控制器将PLC和PC功能集成到一个强大的设备中。Moyer说:“在过去的两年里，我们在Itron内部反复设计了自己的组装系统，而且效果非常好。”

Itron工厂的主要制造步骤包括焊接、组装和灌封过程，以密封ERT产品(包括在灌封材料分配后的固化)，以及将产品转移到供应链之前的最终测试(见图2)。在最终的自动化测试之后，由Itron生产专家进行视觉验证。每个步骤都是全自动或半自动的，由基于pc的控制系统和EtherCAT控制。一些焊接和组装步骤使用通过ethercat联网的4轴关节机器人，这些也由嵌入式pc和自动化软件自动化。

变形，基于pc的控制

在评估了一系列基于pc的控制器格式(包括机柜和杆/臂安装版本)之后，Itron选择了din导轨安装嵌入式pc(见图3)。这种中档控制器具有2核英特尔Atom处理器(1.75 GHz)，因此它能够在一个设备上处理许多机器功能，例如PLC，运动控制和HMI。在Itron，除了在同一装配单元上使用的HMI软件外，一台嵌入式PC还运行所有控制任务的PLC自动化软件。Moyer说:“在主自动化控制器上运行HMI软件主要负责Itron减少机柜空间需求并简化装配单元集成。”

这些好处不仅仅是节省了最初的硬件成本。Itron产生了更多的节省，因为公司不再需要在两个独立的系统中编写和管理代码的修订，或者创建复杂的机制，以便来自不同制造商的硬件可以进行通信。自2014年1月以来，Waseca的Itron团队已经将之前的五块硬件(PLC、两台PC和两个HMI)的标准配置减少到两个(一台嵌入式PC和一个HMI显示器)。每当公司增加另一个基于pc的系统时，节省的费用都是指数级的。

在Itron，一些装配单元与SQL数据库接口，从底层发送数据以查看生产状态。基于pc的控制器将各种数据和参数发送到数据库。全球的生产经理和运营经理可以通过他们的移动设备或笔记本电脑查看任何生产线的状态。从控制器到数据库的连接性是利用数据的核心。Itron监控从制造产品的完整跟踪到每个制造步骤的组件和精确时间，到产量数据，再到产品质量的实时数据。

除了高性能和紧凑的控制器外，Itron选择嵌入式PC还因为它使用微软Windows 7操作系统，并且视频输出可以轻松连接到触摸屏。另一个重要因素是，嵌入式PC很容易安装在Itron电气面板的DIN导轨上，并直接连接到EtherCAT输入/输出(I/O)终端系统。嵌入式PC上的两个网口也被Itron使用，一个连接到工厂机器的网络，另一个与Itron公司内部网连接，作为与内部和外部数据库的接口。

同样在网络方面，Itron已经将Waseca工厂的所有工厂通信协议切换到EtherCAT工业以太网系统(见图4)。因此，EtherCAT被用作视觉系统、螺线管组甚至高度关节机器人的网络。EtherCAT已成为Itron Waseca工厂的完整系统总线，提高了数据传输速度、脉冲速率和整体周期时间。它在布线拓扑方面提供了高度的灵活性，并且有来自多个供应商的广泛可用的EtherCAT设备来满足工业需求。自动化软件可以自动识别连接到系统的EtherCAT设备，而无需考虑供应商，从而节省了大量的启动时间。

除了处理装配单元控制和数据库连接外，Itron还使用自动化软件进行安全编程和运行时。Itron装配过程的另一个关键发展是使用集成安全I/O技术将可编程安全集成到标准自动化系统中。过去，Itron在其机器设计中采用了独立的安全控制器。安全I/O技术非常有益，因为它集成到标准控制器中，并使用相同的自动化软件进行管理。“在切换到新的安全I/O技术后，我们不再需要在控制器和安全系统之间握手。这节省了大量的机柜空间，同时进一步降低了成本和编程工作，”Moyer说。具体来说，Itron使用可编程安全技术来集成光幕和机器人以及其他运动功能，气动等安全(见图5)。

自动化成本节约

Itron还建立了更好的数据采集和存储，以及与SQL数据库和其他企业级服务的更可靠连接。该公司一直访问的数据量大致相同，但现在在整个流程周期时间方面可以快15%到20%。

开发软件和机器集成所花费的时间也大大减少了。在以前的控制系统设计中，有五块控制硬件，与今天为一个多任务设备编写代码相比，Itron的编程时间要长五倍。Moyer说:“每一个新系统上线，我们都节省了数周的工程时间——软件、电气和机械。”当Itron在机器上重复这些工作10次或更多次时，每次节省的成本都会呈指数级增长。

由于基于pc的控制硬件和软件集成，工厂占地面积和装配单元占地面积也得到了可测量的改善。机柜空间使用减少了25%，从而大大节省了每个装配单元的设备。使用基于pc的控制和EtherCAT也提高了系统的可靠性和吞吐量。通过将控制功能和HMI集成到一个系统中，停机时间至少减少了5%。Moyer说:“这对于一个已经高性能的设施来说意义重大，因为通过自动化软件和EtherCAT连接，我们可以更快地启动，并且由于控制硬件的减少，潜在的故障点也大大减少。”

总体而言，Itron使用基于pc的控制已经取得了令人印象深刻的成果，今天基于pc的控制和EtherCAT自动化了大约35%的工厂(见图6)。利用基于pc的装配技术，Itron可以应对每一个不可避免的产品需求增长。

巴蒂尔诺营销传播经理在哪里倍福自动化有限公司该公司总部位于明尼苏达州萨维奇。作为一名专注于高科技行业的企业对企业沟通者，他在整个职业生涯中撰写了14年关于自动化、控制和工业设备的大量文章。

本文发表在应用自动化补充的控制工程
和设备工程．

-参见下文增刊中的其他文章。

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