基于羅克韋爾自動化的 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“安全與標準”控制解決方案包含以下組件
• Allen-Bradley GuardLogix 控制器
• 19 個基于帶“DriveGuard”的PowerFlex 70 AC 變頻器建立的變速驅(qū)動應(yīng)用
• 兩個獨立的 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現(xiàn)
• 快速靈活的開發(fā)
• 使用常見的標準控制方法對安全控制系統(tǒng)進行編程和管理
• 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
• 達到世界級的操作安全性
• 實現(xiàn)實質(zhì)上的貨運成本消減
• 優(yōu)化生產(chǎn)
• 遠程控制整個過程
無論什么工廠，開發(fā)一個既絕對安全、又能實現(xiàn)最佳生產(chǎn) KPI 的生產(chǎn)系統(tǒng)都將是一項挑戰(zhàn)。而在以高生產(chǎn)率加工大塊重產(chǎn)品時，情況則更是如此。要在工程設(shè)計/開發(fā)時間緊迫的情況下快速實現(xiàn)此目標，無疑會需要非凡的創(chuàng)造力，尤其是安全控制和自動化領(lǐng)域的創(chuàng)造力。
澳大利亞領(lǐng)先的鋼材制造商 Smorgon Steel 在最近升級它的一座角鋼和槽鋼車間時便遇到了這一挑戰(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營矯直廠對鋼身進行最終的矯直流程。在該工廠于 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(jù) Smorgon Steel 項目電氣負責(zé)人Wayne Pearse 表示，保持生產(chǎn)是當時公司的頭等要務(wù)。“Smorgon 需要為市場供貨并且我們信奉客戶至上”，Pearse 表示。該公司很快便認同，整個矯直車間遷至拉弗頓北廠區(qū)是最佳的選擇。雖然這項決策的主要優(yōu)點是可大幅降低鋼材運輸成本，但卻面臨一項關(guān)鍵挑戰(zhàn)，即確保遷址工作能在很短的時間內(nèi)完成，并且要不影響當前的產(chǎn)量。
作為一項臨時措施，Smorgon Steel 將該廠外廠房的租期延長了六個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)計和開發(fā)工作已正式開始。整個項目從概念到調(diào)試階段必須在這六個月內(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(jīng)過運輸、解帶、拆捆、定位和矯直過程，然后再重新包裝以便運輸，這其中沒采用任何自動化或遠程控制。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。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、換輥工作臺和高架起重機組成的網(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(qū)域”內(nèi)進行處理，以確保人員可遠離具有潛在危險操作。借助集成的安全控制系統(tǒng)，整個矯直、鋼材運送、拆捆和捆扎流程都可通過隔離區(qū)域外的控制臺進行遠程控制。
在新矯直車間的設(shè)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(yīng)用大家已熟悉的“廠內(nèi)標準”安全隔離工作臺和安全門鎖定系統(tǒng)。
該設(shè)計流程非常全面、系統(tǒng)，其中甚至包括了一個由 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隊來實施的正式風(fēng)險分析。根據(jù)澳大利亞機器安全防護標準AS4024 的要求，該公司通過風(fēng)險矩陣來確定必要的系統(tǒng)安全類別。全廠范圍需要達到類別 3 的要求，急停系統(tǒng)則需要達到類別 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，“通過對液動和氣動裝置采用雙關(guān)雙放和反饋機制，以及對驅(qū)動器采用安全關(guān)斷功能等，我們確定在這三個安全區(qū)域都可達類別 3 要求”。“我們的設(shè)計流程從根本上指出了什么是所需的智能控制以及如何實施。”
實現(xiàn)安全的快車道
盡管這一寬泛的系統(tǒng)概念從設(shè)計方面已經(jīng)完成，但是控制平臺本身仍是一個問題。傳統(tǒng)上實現(xiàn)安全控制的方法是部署一對相連的控制器，即一個為常規(guī) PLC，另一個為專用的安全控制器。
控制系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)通常分為兩個不同的階段：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。
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制的平臺，將有助于更快地實施，并且靈活性會更強。
隨著 Allen- Bradley GuardLogix 控制器的發(fā)布，一個理想的選擇方案便呈現(xiàn)在 Pearse 面前，這款控制器是工業(yè)自動化集團羅克韋爾自動化在其 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，在一個平臺即可實現(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準控制方法對安全控制系統(tǒng)進行編程和管理。
Pearse 在辦公室內(nèi)僅用了兩天時間便對自己提議的控制解決方案中基于GuardLogix 的試驗系統(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、編程和運行，而且“運行”了近三個小時。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 是此快速項目的理想解決方案。Pearse 表示，“當我確認GuardLogix 取得 TÜV 認證后，我們便全力以赴地實施”。
集成解決方案
GuardLogix 控制器是整個新矯直車間成套集成的“安全與標準”控制解決方案的核心部分。該基于集成架構(gòu)的系統(tǒng)由一個無縫的網(wǎng)絡(luò)組成，其中包括控制器、驅(qū)動器、DeviceNet通信和分布式 I/O。
該車間的 19 個可變速驅(qū)動應(yīng)用（用于控制該車間眾多的鏈傳動轉(zhuǎn)換臺、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(qū)動器應(yīng)用了帶有“DriveGuard”的 PowerFlex70 變頻器，為 Pearse 及其團隊節(jié)省了安裝時間、人工和車間主控制盤柜中的寶貴空間。DriveGuard 由一個安裝在 PowerFlex 70 變頻器內(nèi)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(guī)定的“安全關(guān)斷”功能。更重要的是，DriveGuard 在實現(xiàn)此類別 3“安全關(guān)斷”功能時并不需要早期類別 3 驅(qū)動應(yīng)用中常用的雙驅(qū)動輸出安全接觸器。由于獨立安裝的驅(qū)動器多達 19 個，在車間主控制盤柜和開關(guān)室中節(jié)省的空間相當可觀。
驅(qū)動器和分布式 I/O 都通過DeviceNet 與系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)，即常規(guī)的 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)和達到類別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，因為這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 PowerFlex70 AC 變頻器都裝在中央控制盤柜內(nèi)，而車間的三個控制臺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 的項目團隊能夠同時開發(fā)標準和安全控制系統(tǒng)以及相關(guān)代碼，整個控制系統(tǒng)得以在緊迫的項目工期內(nèi)成功完成和調(diào)試。“GuardLogix 的全集成特性使我們能對整個控制系統(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，由于標準和安全控制應(yīng)用同一個 [RSLogix 5000] 編程環(huán)境，系統(tǒng)組態(tài)和故障處理的時間也得以削減。”
