Система управления гофроагрегатом (Глава 12)

Книга «Гофроиндустрия. В поисках совершенства»

Стремимся к самоуправляемой машине

Хельмут Краус (Helmut Kraus), вице-президент по программированию, «БиЭйчЭс Корругейтид» (BHS Corrugated).

Многим сложно разобраться в системе автоматизации и управления, но она настолько важна в современном технологическом процессе, что люди вынуждены обращаться к ней. Однако не нужно быть техническим экспертом, чтобы оценить преимущества эпохи цифровых технологий.

В самом деле, инженеры-конструкторы стараются сделать так, чтобы машины были максимально ориентированы на вас, чтобы они стали инструментом, которым вы хотите пользоваться, а не превратились в «мастера», которого вы боитесь.

Поэтому в данной главе мы рассмотрим систему, используя, насколько это возможно, простой разговорный язык и существующие примеры технологических операций, чтобы наглядно продемонстрировать следующие вопросы:

• автоматизация как средство повышения эффективности завода гофротары и повышения его рентабельности;
• соответствие потребностям производителей гофротары;
• краткий обзор основных систем управления;
• технический прогресс и его влияние на систему автоматизации и управления;
• линии гофроагрегата смешанного типа;
• модернизация существующих линий;
• перспективы на будущее.

Автоматизация как средство повышения эффективности завода гофротары и его рентабельности

На всех промышленных производствах автоматизация является ключевым элементом, влияющим на повышение производительности гофроагрегатов и на снижение операционных расходов.

Всего лишь 20 лет назад производство гофрированного картона было тяжелой работой для неквалифицированного персонала, а сегодня оно переросло в автоматизированный процесс управления, где операторы контролируют значительную часть производства.

На современном гофроагрегате можно найти до десяти компьютеров и такое же количество PLC, функция которых заключается в контроле, верификации, автоматизации и совершенствовании технологического процесса.

На схеме ниже представлена общая компоновка системы управления на гофроагрегате «БиЭйчЭс», которую автор знает в мельчайших подробностях.

Какие преимущества дают автоматизированные системы? Давайте рассмотрим это на примере синхронизированной системы сплайсирования (ССС) и автоматической системы перехода на другой вид продукции.

Без ССС и автоматической системы перехода на другой вид продукции, если, например, используют пять сплайсеров при переходе на другой вид продукции, то в мокрой части будет задействовано как минимум три человека для того, чтобы запустить все сплайсеры; они будут следить за работой, нажимать на кнопки и после этого настраивать машины на новый вид продукции. [private group=1]

Оператор в сушильной части должен настроить ротационную резку, чтобы удалить стыковой шов, образующийся при сплайсировании.

С ССС и автоматической системой перехода на другой вид продукции все технологические операции выполняет система, т. е. нужно несколько операторов в мокрой части. Есть достаточно времени для подготовки новых рулонов во время технологического цикла. Новые параметры (верифицированные) применяют в точно заданное время при переходе, что исключает останов по вине оператора и позволяет получить картон лучшего качества.

Даже самые лучшие операторы проводят сплайсирование с потерями 10 мм на соединительные швы, в то время как ССС делает шов 1 мм (сокращение количества отходов).

На графике ниже показано соотношение отходов и расходов. Кривые построены из расчета работы в трехсменном режиме пять дней в неделю при средней стоимости картона 0,5 евро за метр, учитывая дополнительные 8 м (по сравнению с ССС), выбрасываемые в отходы при переходах.

Благодаря внедрению электронных систем удалось уменьшить количество работников до четырех в смену. Сегодня пять или шесть операторов могут управлять современным гофроагрегатом, в то время как 20 лет назад нужно было девять-десять операторов, чтобы выполнять ту же работу.

Соответствие потребностям производителей гофротары

Общие требования пользователей по оборудованию и программному обеспечению на гофроагрегаты:

• высокая степень доступности гофроагрегата;
• период окупаемости гофроагрегата сильно зависит от его доступности.

Существует несколько способов максимизации:
• сокращение количества используемых компонентов при том же уровне производительности;
• этапы проектирования и тестирования программного обеспечения и оборудования считают самыми важными этапами. Большинство потенциальных проблем с оборудованием и программным обеспечением можно отсортировать, используя концепцию детального и структурированного проектирования и отведя разумный период для проведения тестирования опытного образца в тестовой лаборатории и в условиях производства;
• использование дублирующих систем для всех критичных элементов, например, так называемых «относительных систем» для компьютерных жестких дисков, которые обеспечивают беспрерывную работу компьютера, даже если один жесткий диск выходит из строя.

Наличие запасных частей

Период срока службы компьютерной техники на рынке чрезвычайно короткий. Так как гофроагрегаты используют на протяжении 20-30 лет, наличие всех электронных компонентов является жизненно важным условием. Нужно учитывать возможное банкротство поставщиков.

В целом, менее вероятно, что вы не сможете найти электронные компоненты от больших поставщиков электронной техники. Электронные платы и контроллеры стандартные, и их легко найти на рынке. Если они сделаны по специальному заказу, чтобы выполнять особые функции определенных поставщиков оборудования, то в будущем их трудно будет разыскать на рынке.

Все детали, используемые на гофроагрегате, должны соответствовать промышленным стандартам, т. е. детали должны соответствовать строгим требованиям, предъявляемым к работе в промышленных условиях.

Поиск и устранение неисправностей

Самая важная задача большинства автоматизированных систем и электроники на машинах — осуществлять поиск и устранение неисправностей. Первоочередная задача заключается в оказании помощи операторам и обслуживающему персоналу.

Удаленная служба диагностики через модем или Интернет

Традиционный способ подключения к установке через модем в основном заменен подключением напрямую через Интернет и систему безопасности комбината (системы ограничения доступа, идентификационный код).

Система определения неисправности на машине должна быть максимально подробной, с рекомендациями по поиску и устранению неисправностей и изображением места, где возникла ошибка. Уже недостаточно просто сказать оператору об ошибке на гофроагрегате — указание на место нахождения ошибки позволяет значительно сократить время простоя.

Помощь он-лайн через домашнюю станицу поставщика

Печатные версии руководств по эксплуатации и техническому обслуживанию в скором времени будут заменены CD-ROM или загрузками с домашних страниц различных производителей. Преимущества огромнейшие, так как вы всегда сможете найти последнюю версию обновленной документации и выбрать то, что вам нужно, без необходимости рассылать информацию каждому заказчику. Это также относится к поиску и устранению неисправностей на гофроагрегате.

Краткий обзор основных систем управления

КСЧ и машины отвечают на команду, меняя коммуникационный уровень, где все контроллеры инициируют действия по точно заданному времени.

Так как большинство интерфейсов связано с контроллером сушильной части, при замене данного инструмента нужно тестировать интерфейс и несколько дней или, иногда, недель внедрять на гофроагрегате.

Управление сушильной частью

Долгое время использовали контроллер сушильной части (КСЧ) с одиночным вводом.

Цель заключалась в том, чтобы иметь одно устройство, где можно вводить заказы на гофроагрегат или получать данные, чтобы распространять на отдельные машины под контролем.

Требования к функциональным характеристикам КСЧ изменились коренным образом. Всего лишь несколько лет назад заказы длиной менее 100 м в сушильной части виртуально не существовали за пределами Азии. Все короткие заказы, идущие друг за другом, нужно было выпускать на сравнительно низкой скорости.

Сегодня заказы менее 25 м длиной можно прогонять на максимальной скорости для смены заказа. (Конечно, учитывается также время цикла других составляющих технологического процесса, таких как стопоукладчик и транспортеры на выходе). Этот вопрос был успешно решен благодаря использованию более быстрых средств коммуникации между КСЧ и модулями машины при загрузке и выгрузке данных.

Система управления мокрой частью (синхронизация сплайсирования, автоматическая система смены заказа)

Цель автоматической системы смены заказа (АССЗ) — применить уже использованные и подтвержденные характеристики для компонентов мокрой части, синхронизировав все сплайсеры и изменив настройки на гофропрессе и прессе для производства трехслойного гофрированного картона в соответствии с новыми настройками в то время, когда будет проходить новый заказ. Все параметры (угол охвата, толщина клея, натяжение бумаги, температура) содержатся в базе данных. Перед прогоном заказа его параметры вводят в машину и ждут сигнала запуска для перехода с одного заказа на другой. Сигнал поступает на каждую машину отдельно с системы синхронизации сплайсирования в момент прохождения полотна.

Температурный контроль бумаги, в частности, является результатом определенного опыта работы на гофроагрегате. Определенная температура бумаги в определенных точках гофроагрегата важна для получения хорошего сцепления и хорошего качества картона. Поэтому систему управления скоростью рычагов охвата часто заменяют системами контроля температуры.

Системы контроля (анализаторы производственных показателей)

Каждая компания должна следить за основными показателями эффективности производства:

• сокращение себестоимости;
• повышение эффективность производства;
• классификация ограничивающих факторов.

Анализаторы производственных показателей могут помочь решить эти задачи путем сбора всех данных, полученных на гофроагрегате, сортировки их в долгосрочную базу данных, что позволяет руководству провести анализ.

Чтобы сократить простои на гофроагрегате, нужно быстро найти ошибку, понять причину ее возникновения и устранить ее. Устройства, которые могут сортировать простои по зонам (например, сплайсеры) и типам остановов (например, ошибка электроники), очень важны при исследовании причины проблемы.

Они также помогают отследить слабые места на машине или ошибки персонала. Например, если скорость на кривой смены заказа постоянно ниже максимально возможной скорости, это говорит о неисправности на машине или о том, что оператор боится осуществлять смену заказа на высокой скорости.

Рано или поздно на гофроагрегате можно будет определять количество отходов, а также распределять композицию используемых марок бумаги.

Технический прогресс и его влияние на систему автоматизации и управления

Это краткий обзор технических усовершенствований за последние два десятилетия.

Введение программируемых контролеров и компьютеров отразилось на общем техническом прогрессе, особенно за последние 20 лет. Всего несколько лет назад интеллектуальные приводы смогли выполнять запрограммированные на компьютере действия. Один из примеров — это ускорение и замедление скорости ножей на поперечной резке, самостоятельно контролируемое приводами с большим разнообразием различных параметров.

Контроллеры также могут передавать назад информацию об их состоянии. Данные о статусе ошибки, температуре контроллеров и критичном состоянии появляются на экране и автоматически могут быть переданы посредством электронной почты обслуживающему персоналу.

Местные сети используют для взаимодействия всего комбината. Они заменили интерфейсы, передающие информацию от точки к точке, которые использовали в основном в серийных структурах.

Сети имеют несколько преимуществ по сравнению с серийными интерфейсами:

• время передачи значительно ниже; скорость передачи на момент написания была около 100 Мбит на секунду в сравнении с 20 Мбит на секунду. Это приблизительно в 5000 раз быстрее;
• упрощена доступность данных;
• концепция предусматривает единообразность.

График натяжения бумаги на сплайсере десятилетней давности с аналоговым контроллером (нижняя кривая показывает уровень натяжения бумаги при различных скоростях)

Т. к. бумага, как сырье для гофрированного картона, — один из основных факторов стоимости, большое внимание уделяют контролю качества бумаги и сокращению количества отходов. Одним из примеров является усовершенствование сплайсера.

График натяжения бумаги на новом сплайсере, управляемом при помощи *PLC* (нижняя кривая показывает уровень натяжения бумаги при различных скоростях)

При введении системы контроля PLC и ПК на сплайсер уровень натяжения бумажного полотна во время всего цикла сплайсирования остается постоянным при использовании всей остаточной длины. Таким образом, обрывы полотна и проблемы со сцеплением на гофропрессе можно предотвратить на скорости до 500 м/мин.

На графике показана кривая натяжения полотна на старых сплайсерах в сравнении со сплайсерами последнего поколения.

Гофроагрегаты смешанного типа поставки

Многие гофроагрегаты, представленные на рынке, смешанного типа, т. е. комплексный гофроагрегат состоит из узлов, поставляемых различными компаниями. Причина этого заключается в самих поставщиках — только некоторые из них производят оборудование для оснащения целой линии.

Гофроагрегаты появились из узлов различных машин с системами, связанными между собой для передачи данных между виртуальными частями линии. В результате машины должны обмениваться друг с другом информацией, используя данные интерфейсов. Если оборудование поставляют две компании, то стороны должны согласовать один интерфейс, где интерфейсный протокол обычно является стандартным протоколом одной из компаний.

Попытка стандартизировать эти интерфейсы может оказаться ошибочной по нескольким причинам:

• не все поставщики достигли одинакового технического уровня с точки зрения интерфейсов. Поэтому стандарты должны быть установлены на более низком уровне (например, серийные интерфейсы вместо сетевой коммуникации);
• протоколы становятся очень сложными при попытке соединить объем данных, предоставленный всеми поставщиками;
• для решения проблем, возникающих после установки этих интерфейсов, требуется взаимодействие и сотрудничество обеих задействованных сторон, которые являются обычно конкурентами.

Модернизация существующих линий

При замене компонентов машин на рынке элементы машины средней производительности пытаются занять соответствующую долю рынка. Эти требования можно выполнить, используя оптимизированные по стоимости электронные решения.

Появилось новое поколение приводов, где объединены функциональность бывшего привода и PLC. Для машин небольшого и среднего размера (например, сплайсеры) он, вероятно, станет новой концепцией в будущем.

Таким образом можно уменьшить не только количество электронных деталей, но и стоимость.

Модернизация машины тем же поставщиком

1. Модернизацию существующих линий или машин, как правило, проводят на определенном уровне.
2. Замена определенных приводов или контроллеров, потому что запасные части больше не выпускают или они в плохом состоянии.
3. Замена всей электроники, включая компьютеры и PLC.
4. Замена всех машин.

В случае 1 все нужно тщательно проверить, так как технические характеристики нового привода будут отличаться от привода более старого поколения. В случае 2 обычно существуют стандартизированные решения. При смене электроники в случае 3 нужно использовать последние концепции системы управления, включая приводы. Варианту 4 всегда отдают предпочтение, так как можно использовать стандартную машину, но при более высоких капиталовложениях.

Модернизация машин другими поставщиками в значительной мере зависит от концепции существующей машины и от того, какой эффект при этом получат. При модульной концепции данные обычно не поступают с контроллера X через машину Y на машину Z.

Другими словами, две машины не должны зависеть от существования третьего элемента, чтобы обмениваться необходимыми данными.

Следовательно, установка нового узла на существующей линии другим поставщиком требует более комплексной разработки проекта и более глубоких проектных изысканий.

Перспективы на будущее

Контроль качества картона

Качество картона, в основном оценивают визуально в процессе производства, т. е. оператор берет образец картона из стопы и проверяет сцепление, коробление и размеры. Если есть какие-то несоответствия, оператор вручную меняет настройки на машине — больше охват, меньше толщина клея, и т. д.

Можно изучать проблему он-лайн и автоматически регулировать заданные параметры, а также корректировать соответствующие настройки на машине.

То, что красиво звучит, в реальности оказывается сложной технической задачей, потому что каждая ошибка может иметь несколько причин.

На данный момент используют нечеткую логику, которая, в принципе, оценивает все входные параметры в соответствии с их приоритетами и соответственно устанавливает выходные параметры. Тип выходного сигнала в основном определяют в виде экспертных баз данных.

Управление отходами и сокращение количества отходов

Бумага сегодня является основной составляющей стоимости гофрированного картона. Поэтому пристальное внимание нужно уделять любым отходам и перерасходу отходов, таких как боковая кромка. Точное выравнивание бумажного полотна на раскате при подаче на пресс для производства трехслойного гофрированного картона является основой для получения минимальной боковой кромки. Лазерные сканеры с высоким разрешением и камеры на ПЗС проводят диагностику краев бумаги с большой точностью.

Установка этих устройств на соответствующих позициях в мокрой части гофроагрегата была изначально нецелесообразна из-за условий окружающей среды (температура, влажность, вибрация и свободное пространство) в прошлом, но оборудование становится более надежным, и его уже можно использовать в этой части машины.

Жизненно важно сократить количество отходов, выявив и поняв причину их возникновения.

Этого можно добиться:

• отслеживая движение полотна от раската до стопоукладчика;
• распределяя отходы на различных машинах /узлах на гофроагрегате;
• определяя причины образования отходов;
• инициируя корректирующие мероприятия.

Интернет и его влияние

Интернет изменил коммерческую деятельность во всем мире, то же будет и с компаниями, выпускающими гофротару. Его использовали как коммуникационную платформу, а сейчас начали применять для размещения заказов и как информационную базу для поиска и устранения неисправностей.

Интернет сегодня используют для общения между поставщиками машин и производителями картона. Все чаще оформляют заказы на приобретение запасных частей и оказание услуг через Интернет.

[/private]

По вопросам покупки книги «Гофроиндустрия. В поисках совершенства» обращайтесь:
Константин Шабуневич
Тел. моб: +38 093 246 21 21 (Viber, WhatsApp, Telegram)
[email protected]

If you find an error, please highlight a piece of text and clickCtrl+Enter.