羅克韋爾安全控製係統在新鋼材矯直設備中的應用
基於羅克韋爾自動化的 GuardLogix 創建的創新安全控製係統不但加快了 Smorgon Steel 新鋼材矯直設備的開發過程,而且還帶來真正的長期靈活性。
解決方案
整套集成的“安全與標準”控製解決方案包含以下組件
* Allen-Bradley GuardLogix 控製器
* 19 個基於帶“DriveGuard”的PowerFlex 70 AC 變頻器建立的變速驅動應用
* 兩個獨立的 DeviceNet 網絡: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
* 來自羅克韋爾自動化 TechConnect的技術支持
取得的成果
集成安全控製解決方案可實現
* 快速靈活的開發
* 使用常見的標準控製方法對安全控製係統進行編程和管理
* 簡化/並行的係統組態和故障處理
* 與其它控製應用集成因此可幫助 Smorgon Steel
* 達到世界級的操作安全性
* 實現實質上的貨運成本消減
* 優化生產
* 遠程控製整個過程

無論什麼工廠,開發一個既絕對安全、又能實現最佳生產 KPI 的生產係統都將是一項挑戰。而在以高生產率加工大塊重產品時,情況則更是如此。要在工程設計/開發時間緊迫的情況下快速實現此目標,無疑會需要非凡的創造力,尤其是安全控製和自動化領域的創造力。
澳大利亞領先的鋼材製造商 Smorgon Steel 在最近升級它的一座角鋼和槽鋼車間時便遇到了這一挑戰。該車間位於墨爾本近郊拉弗頓北麵的製造廠區,年產角鋼和槽鋼 5 萬噸,鋼材長度最長為 15 米。過去,需要到廠區外離 Smorgon 工廠四公裏處的一家獨營矯直廠對鋼身進行最終的矯直流程。在該工廠於 2005 年 3 月停止運行時,這家鋼材加工巨頭便遇到了真正的困難。
據 Smorgon Steel 項目電氣負責人Wayne Pearse 表示,保持生產是當時公司的頭等要務。“Smorgon 需要為市場供貨並且我們信奉客戶至上”,Pearse biaoshi。gaigongsihenkuaibianrentong,zhenggejiaozhichejianqianzhilafudunbeichangqushizuijiadexuanze。suiranzhexiangjuecedezhuyaoyoudianshikedafujiangdigangcaiyunshuchengben,danquemianlinyixiangguanjiantiaozhan,jiquebaoqianzhigongzuonengzaihenduandeshijianneiwancheng,bingqieyaobuyingxiangdangqiandechanliang。
作為一項臨時措施,Smorgon Steel jianggaichangwaichangfangdezuqiyanchangleliugeyuebingpeibeilezijiderenshou。qijian,xindechangneijiaozhisheshideshejihekaifagongzuoyizhengshikaishi。zhenggexiangmuconggainiandaotiaoshijieduanbixuzaizheliugeyueneiwancheng。yalijiucikaishi。
讓我們直奔主題
原廠外矯直設施在很大程度上依靠叉車和人力來移動鋼材,完成這一最重要的物料裝卸工作。每捆重達兩噸的鋼材都需要經過運輸、解帶、拆捆、定位和矯直過程,然後再重新包裝以便運輸,這其中沒采用任何自動化或遠程控製。據 Pearse 表示,任務繁重的人員和叉車都擁擠在一個有限、繁忙的工作空間中,這為 Smorgon Steel帶來了不可接受的安全風險。必須要有更好的方式。
該公司確實下決心采用“更好的方式”:采用一個由鏈式傳送機、換輥工作台和高架起重機組成的網絡取代原來的“叉車加人工裝卸”型物料裝卸係統,在重鋼產品經過矯直流程時對其進行處理。整個流程的大部分工作都將在三個用圍欄隔離的“安全區域”內進行處理,以確保人員可遠離具有潛在危險操作。借助集成的安全控製係統,整個矯直、鋼材運送、拆捆和捆紮流程都可通過隔離區域外的控製台進行遠程控製。
在新矯直車間的設計過程中,Smorgon Steel 全廠的安全文化是一項重要的考慮因素。新車間將主要應用大家已熟悉的“廠內標準”安全隔離工作台和安全門鎖定係統。
該設計流程非常全麵、係統,其中甚至包括了一個由 Smorgon 操作員、技術人員、工程師和常駐現場安全代表所組成的團隊來實施的正式風險分析。根據澳大利亞機器安全防護標準AS4024 的要求,該公司通過風險矩陣來確定必要的係統安全類別。全廠範圍需要達到類別 3 的要求,急停係統則需要達到類別 4 的要求。公司還就此谘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”。
他還表示,“通過對液動和氣動裝置采用雙關雙放和反饋機製,以及對驅動器采用安全關斷功能等,我們確定在這三個安全區域都可達類別 3 要求”。“我們的設計流程從根本上指出了什麼是所需的智能控製以及如何實施。”
實現安全的快車道
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控製係統的設計和開發通常分為兩個不同的階段:首先建立基於 PLC 的常規控製作為係統的“基礎”,而“安全”控製方麵則是在第二階段來改進。
盡管此方法已在 Smorgon Steel 拉弗頓北廠區內的許多安全控製應用中采用,但此矯直車間項目的緊迫性迫使Pearse 不得不評估其它選擇方案。如果存在一個同時集成有安全和標準控製的平台,將有助於更快地實施,並且靈活性會更強。
隨著 Allen- Bradley GuardLogix 控製器的發布,一個理想的選擇方案便呈現在 Pearse 麵前,這款控製器是工業自動化集團羅克韋爾自動化在其 Logix係列集成架構控製解決方案中最近新增的產品。
Allen-Bradley GuardLogix 控製器以雙處理器安全架構為特色,在一個平台即可實現集成的安全和常規控製。GuardLogix 使用 RSLogix 5000 編程軟件,從而用戶能使用熟悉的標準控製方法對安全控製係統進行編程和管理。
Pearse 在辦公室內僅用了兩天時間便對自己提議的控製解決方案中基於GuardLogix 的試驗係統(其中還包括Allen-Bradley 變頻器,安全網絡和I/O)完成了連接、編程和運行,而且“運行”了近三個小時。如此快速的部署加上係統在一係列苛刻的電氣測試下所表現出的優異性能使 Pearse 確信,GuardLogix 是此快速項目的理想解決方案。Pearse 表示,“當我確認GuardLogix 取得 TÜV 認證後,我們便全力以赴地實施”。
集成解決方案
GuardLogix 控製器是整個新矯直車間成套集成的“安全與標準”控製解決方案的核心部分。該基於集成架構的係統由一個無縫的網絡組成,其中包括控製器、驅動器、DeviceNet通信和分布式 I/O。
該車間的 19 個可變速驅動應用(用於控製該車間眾多的鏈傳動轉換台、起吊機等)都采用了帶有“DriveGuard”選項的 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。
正是對矯直車間的 19 個變速驅動器應用了帶有“DriveGuard”的 PowerFlex70 變頻器,為 Pearse 及其團隊節省了安裝時間、人工和車間主控製盤櫃中的寶貴空間。DriveGuard 由一個安裝在 PowerFlex 70 變頻器內部的電子選項卡組成,以此為每個變頻器提供了符合類別 3 規定的“安全關斷”功能。更重要的是,DriveGuard 在實現此類別 3“安全關斷”功能時並不需要早期類別 3 驅動應用中常用的雙驅動輸出安全接觸器。由於獨立安裝的驅動器多達 19 個,在車間主控製盤櫃和開關室中節省的空間相當可觀。
驅動器和分布式 I/O 都通過DeviceNet 與係統的 GuardLogix 核心相連。為標準通信和安全通信分別采用了兩個單獨的 DeviceNet 網絡,即常規的 DeviceNet 網絡和達到類別4 要求的 DeviceNet 安全網絡。據Pearse 表示,分布式 I/O 和DeviceNet 的結合極大地縮短了現場
安裝和布線時間。“盡管單一的DeviceNet 安全網絡便已足夠,我們還是選擇了將兩者分開,因為這樣便可同我們廠的其餘網絡保持一致”,Pearse 表示。
GuardLogix 處理器以及 19 個 PowerFlex70 AC 變頻器都裝在中央控製盤櫃內,而車間的三個控製台使操作員可在本地控製生產設施以及安全和 Flex I/O。
由於 Pearse 的項目團隊能夠同時開發標準和安全控製係統以及相關代碼,整個控製係統得以在緊迫的項目工期內成功完成和調試。“GuardLogix 的全集成特性使我們能對整個控製係統執行全麵操作,而且架構已成功建立,因此還為係統的發展提供了一種既不複雜又靈活的途徑”,Pearse 稱。“此外,由於標準和安全控製應用同一個 [RSLogix 5000] 編程環境,係統組態和故障處理的時間也得以削減。”


