Система управління гофроагрегатом (Розділ 12)

Книга “Гофроіндустрія. У пошуках досконалості”

Хельмут Краус (Helmut Kraus),
віце-президент з програмування,
BHS Corrugated

Прагнемо до самокерованої машини

Багатьом складно розібратися в системі автоматизації та управління, але вона настільки важлива у сучасному технологічному процесі, що люди змушені звертатися до неї. Однак не потрібно бути технічним експертом, щоб оцінити переваги епохи цифрових технологій.

Насправді інженери-конструктори намагаються зробити так, щоб машини були максимально орієнтовані на нас, щоб вони стали інструментом, яким хочеться користуватися, а не перетворилися на щось, чого ми боїмося.

Тому в цьому розділі ми розглянемо систему, використовуючи, наскільки це можливо, просту розмовну мову та існуючі приклади технологічних операцій, щоб наочно продемонструвати наступні питання:

• автоматизація як засіб підвищення ефективності заводу гофротари та його рентабельності;
• відповідність потребам виробників гофротари;
• короткий огляд основних систем управління;
• технічний прогрес та його вплив на систему автоматизації та управління;
• лінії гофроагрегату змішаного типу;
• модернізація існуючих ліній;
• перспективи на майбутнє.

Автоматизація як засіб підвищення ефективності заводу гофротари та його рентабельності

На всіх промислових виробництвах автоматизація є ключовим елементом, що впливає на підвищення продуктивності гофроагрегатів та зниження операційних витрат.

40 років тому виробництво гофрокартону було важкою роботою для некваліфікованого персоналу, а сьогодні перетворилося на автоматизований процес управління, де оператори контролюють значну частину виробництва.

На сучасному гофроагрегаті можна знайти до десяти комп’ютерів та таку ж кількість PLC (Programmable logic controllers), функція яких полягає в контролі, верифікації, автоматизації та вдосконаленні технологічного процесу.

На схемі нижче представлена загальна компоновка системи управління на гофроагрегаті BHS, яку автор знає до найдрібніших подробиць.

Які переваги надають автоматизовані системи? Давайте розглянемо це на прикладі синхронізованої системи сплайсування (ССС) та автоматичної системи переходу на інший вид продукції.

Без ССС та автоматичної системи переходу на інший вид продукції, якщо, наприклад, використовують п’ять сплайсерів, у мокрій частині буде задіяно як мінімум три людини для того, щоб запустити всі сплайсери. Вони стежитимуть за роботою, натискатимуть кнопки та після цього налаштовуватимуть машини на новий вид продукції.

Оператор у сушильній частині повинен налаштувати ротаційну різку, щоб видалити стиковий шов, який утворюється при сплайсуванні.

З ССС та автоматичною системою переходу на інший вид продукції всі технологічні операції виконує система, тобто потрібно лише кілька операторів у мокрій частині. Є достатньо часу для підготовки нових рулонів під час технологічного циклу. Нові параметри (верифіковані) застосовують у точно заданий час при переході, що виключає зупинку через помилку оператора та дозволяє отримати картон кращої якості.

Навіть найкращі оператори проводять сплайсування із втратами 10 мм на з’єднувальні шви, тоді як ССС робить шов 1 мм (скорочення кількості відходів).

На графіку нижче показане співвідношення відходів і витрат. Криві побудовані з розрахунку роботи в тризмінному режимі п’ять днів на тиждень за середньої вартості картону 0,5 євро за метр, враховуючи додаткові 8 м (порівняно з ССС), що викидаються у відходи при переходах.

Завдяки впровадженню електронних систем вдалося зменшити кількість працівників до чотирьох на зміну. Сьогодні п’ять або шість операторів можуть керувати сучасним гофроагрегатом, тоді як 40 років тому потрібно було дев’ять-десять операторів, щоб виконувати ту саму роботу.

Відповідність потребам виробників гофротари

Загальні вимоги користувачів до обладнання та програмного забезпечення на гофроагрегатах:

• висока ступінь доступності гофроагрегата;
• період окупності гофроагрегата сильно залежить від його доступності.

Існує декілька способів максимізації:

• скорочення кількості використовуваних компонентів за того ж рівня продуктивності;
• етапи проектування та тестування програмного забезпечення та обладнання вважають найважливішими етапами. Більшість потенційних проблем з обладнанням та програмним забезпеченням можна відсортувати, використовуючи концепцію детального та структурованого проектування та відведення розумного періоду для проведення тестування дослідного зразка у тестовій лабораторії та в умовах виробництва;
• використання дублюючих систем для всіх критичних елементів, наприклад, так званих відносних систем для комп’ютерних жорстких дисків, які забезпечують безперервну роботу комп’ютера, навіть якщо один жорсткий диск виходить з ладу.

Наявність запасних частин

Період терміну служби комп’ютерної техніки на ринку недовгий. Оскільки гофроагрегати використовують протягом 20-30 років, наявність усіх електронних компонентів життєво необхідна. Потрібно враховувати й можливе банкрутство постачальників.

Загалом, менш імовірно, що ви не зможете знайти електронні компоненти від великих постачальників електронної техніки. Електронні плати та контролери стандартні, і їх легко знайти на ринку. Якщо вони зроблені за спеціальним замовленням, щоб виконувати особливі функції певних постачальників обладнання, то в майбутньому їх важко буде розшукати.

Усі деталі, що використовуються на гофроагрегаті, повинні відповідати промисловим стандартам, тобто суворим вимогам, що пред’являються до роботи в промислових умовах.

Пошук та усунення несправностей

Найважливіше завдання більшості автоматизованих систем та електроніки на машинах — здійснювати пошук та усунення несправностей. Першочергове завдання полягає в наданні допомоги операторам та обслуговуючому персоналу.

Віддалена служба діагностики

Підключення здійснюється через Інтернет та систему безпеки комбінату (обмеження доступу, ідентифікаційний код). Система визначення несправності на машині повинна бути максимально детальною, з рекомендаціями з пошуку та усунення несправностей та зображенням місця, де виникла помилка. Вже недостатньо просто сказати оператору про помилку на гофроагрегаті — вказівка на місце, де сталася помилка, дозволяє значно скоротити час простою.

Допомога онлайн через домашню сторінку постачальника

Друковані версії керівництв з експлуатації та технічного обслуговування замінюються електронними або завантаженими з домашніх сторінок виробників. Переваги цього величезні, оскільки завжди можна знайти останню версію документації і вибрати те, що вам потрібно, без необхідності розсилати інформацію кожному замовнику. Це також стосується пошуку та усунення несправностей на гофроагрегаті.

Короткий огляд основних систем управління

Контролер сушильної частини (КСЧ) і машини відповідають на команду, змінюючи комунікаційний рівень, де всі контролери ініціюють дії за точно заданим часом.

Оскільки більшість інтерфейсів пов’язана з контролером сушильної частини, в разі його заміни потрібно тестувати інтерфейс та кілька днів або іноді тижнів впроваджувати на гофроагрегаті.

Управління сушильною частиною

КСЧ довго використовували з поодиноким введенням. Мета полягала в тому, щоб мати один пристрій, де можна вводити замовлення на гофроагрегат або отримувати дані, щоб поширювати на окремі машини.

Вимоги до функціональних характеристик КСЧ докорінно змінилися. Ще 20 років тому замовлення довжиною менше 100 м у сушильній частині віртуально не існували за межами Азії. Всі короткі замовлення, що йдуть одне за одним, потрібно було випускати на порівняно низькій швидкості.

Сьогодні замовлення менше 25 м довжиною можна проганяти на максимальній швидкості для зміни замовлення. (Звичайно, враховується також час циклу інших складових технологічного процесу, таких як стопоукладач і транспортери на виході). Це питання було успішно вирішено завдяки використанню швидших засобів комунікації між КСЧ та модулями машини при завантаженні та вивантаженні даних.

Система управління мокрою частиною (синхронізація сплайсування, автоматична система зміни замовлення)

Мета автоматичної системи зміни замовлення (АСЗЗ) — застосувати вже використані та підтверджені характеристики для компонентів мокрої частини, синхронізувавши всі сплайсери та змінивши налаштування на гофропресі та пресі для виробництва тришарового гофрокартону відповідно до нових налаштувань у той час, коли проходитиме нове замовлення.

Всі параметри (кут охоплення, товщина клею, натяг паперу, температура) містяться в базі даних. Перед прогоном замовлення його параметри вводять у машину і чекають сигналу запуску для переходу з одного замовлення на друге.

Сигнал надходить на кожну машину окремо з системи синхронізації сплайсування у момент проходження полотна.

Температурний контроль паперу, зокрема, є результатом певного досвіду роботи на гофроагрегаті. Певна температура паперу в певних точках гофроагрегату важлива для отримання хорошого зчеплення та якості картону. Тому систему управління швидкістю важелів охоплення часто замінюють системами контролю температури.

Системи контролю (аналізатори виробничих показників)

Кожна компанія повинна стежити за основними показниками ефективності виробництва:
• скорочення собівартості;
• підвищення ефективності виробництва;
• класифікація обмежувальних факторів.

Аналізатори виробничих показників можуть допомогти вирішити ці завдання шляхом збору всіх даних, отриманих на гофроагрегаті, сортування їх у довгострокову базу даних, що дозволяє керівництву провести аналіз.

Щоб скоротити простої на гофроагрегаті, потрібно швидко знайти помилку, зрозуміти причину її виникнення та усунути її. Пристрої, які можуть сортувати простої за зонами (наприклад, сплайсери) та типами зупинок (наприклад, помилка електроніки), дуже важливі під час дослідження причини проблеми.

Вони також допомагають відстежити слабкі місця на машині або помилки персоналу. Наприклад, якщо швидкість на кривій зміни замовлення постійно нижча за максимально можливу швидкість, це говорить про несправність на машині або про те, що оператор боїться здійснювати зміну замовлення на високій швидкості.

Технічний прогрес і його вплив на систему автоматизації та управління

Це короткий огляд технічних удосконалень за останні два десятиліття.

Введення програмованих контролерів та комп’ютерів позначилося на загальному технічному прогресі, особливо за останні 40 років. 20 років тому інтелектуальні приводи почали виконувати запрограмовані на комп’ютері дії. Один із прикладів — прискорення та сповільнення швидкості ножів на поперечній різці, самостійно контрольоване приводами з великим розмаїттям різних параметрів.

Контролери також можуть передавати назад інформацію про стан. Дані про статус помилки, температуру контролерів та критичний стан з’являються на екрані та автоматично можуть бути передані за допомогою електронної пошти обслуговуючому персоналу.

Локальні мережі використовують для взаємодії всього комбінату. Вони замінили інтерфейси, що передають інформацію від точки до точки, які використовували здебільшого в серійних структурах.

Мережі мають декілька переваг порівняно з серійними інтерфейсами:

• час передачі значно вищий;
• спрощена доступність даних;
• концепція передбачає єдність.

Графік натягу паперу на сплайсері тридцятирічної давнини з аналоговим контролером (нижня крива показує рівень натягу паперу за різних швидкостей)

Оскільки папір як сировина для гофрокартону — один із основних факторів вартості, велику увагу приділяють контролю якості паперу та скороченню кількості відходів. Одним із прикладів є удосконалення сплайсера.

Графік натягу паперу на новому сплайсері, керованому за допомогою *PLC* (нижня крива показує рівень натягу паперу за різних швидкостей)

При введенні системи контролю PLC і ПК на сплайсер рівень натягу паперового полотна під час усього циклу сплайсування залишається постійним для всієї залишкової довжини. Таким чином, обривам полотна та проблемам зі зчепленням на гофропресі можна запобігти на швидкості до 500 м/хв.

На графіку показана крива натягу полотна на старих сплайсерах порівняно зі сплайсерами останнього покоління.

Гофроагрегати змішаного типу поставки

Чимало гофроагрегатів, представлених на ринку, мають змішаний тип, тобто комплексний гофроагрегат складається з вузлів, поставлених різними компаніями. Причина цього полягає в самих постачальниках — лише деякі з них виробляють обладнання для оснащення усієї лінії.

Гофроагрегати з’явилися з вузлів різних машин із системами, пов’язаними між собою для передачі даних між віртуальними частинами лінії. В результаті машини повинні обмінюватися одна з одною інформацією, використовуючи дані інтерфейсів. Якщо обладнання постачають дві компанії, то сторони повинні узгодити один інтерфейс, де інтерфейсний протокол зазвичай є стандартним протоколом однієї з компаній.

Спроба стандартизувати ці інтерфейси може виявитися помилковою з кількох причин:

• не всі постачальники досягли однакового технічного рівня з точки зору інтерфейсів. Тому стандарти повинні бути встановлені на нижчому рівні (наприклад, серійні інтерфейси замість мережевої комунікації);
• протоколи стають дуже складними в разі спроби з’єднати обсяг даних, наданий усіма постачальниками;
• для вирішення проблем, що виникають після встановлення цих інтерфейсів, потрібна взаємодія та співпраця обох залучених сторін, які зазвичай є конкурентами.

Модернізація існуючих ліній

В разі заміни компонентів машин на ринку елементи машини середньої продуктивності намагаються зайняти відповідну частку ринку. Ці вимоги можна виконати, використовуючи оптимізовані за вартістю електронні рішення.

З’явилося нове покоління приводів, де поєднані функціональність колишнього привода та PLC. Для машин невеликого та середнього розміру (наприклад, сплайсери) він, ймовірно, стане новою концепцією у майбутньому.

Таким чином можна зменшити не тільки кількість електронних деталей, але й вартість.

Модернізація машини тим же постачальником

1. Модернізацію існуючих ліній або машин, як правило, проводять на певному рівні.
2. Заміна певних приводів або контролерів, тому що запасні частини більше не випускають або вони у поганому стані.
3. Заміна всієї електроніки, включаючи комп’ютери та PLC.
4. Заміна всіх машин.

У випадку 1 все потрібно ретельно перевірити, оскільки технічні характеристики нового привода відрізнятимуться від привода старшого покоління. У випадку 2 зазвичай існують стандартизовані рішення.

При зміні електроніки у випадку 3 потрібно використовувати останні концепції системи управління, включаючи приводи. Варіанту 4 завжди надають перевагу, оскільки можна використовувати стандартну машину, але за більших капіталовкладень.

Модернізація машин іншими постачальниками значною мірою залежить від концепції існуючої машини та від того, який ефект при цьому отримають. За модульної концепції дані зазвичай не надходять з контролера X через машину Y на машину Z.

Іншими словами, дві машини не повинні залежати від існування третього елемента, щоб обмінюватися необхідними даними.

Отже, встановлення нового вузла на існуючій лінії іншим постачальником вимагає складнішої розробки проекту та глибших проектних досліджень.

Перспективи розвитку

Контроль якості картону

Якість картону, здебільшого, оцінюють візуально в процесі виробництва, тобто оператор бере зразок картону зі стопи та перевіряє зчеплення, короблення та розміри. Якщо є якісь невідповідності, оператор вручну змінює налаштування на машині — більше охоплення, менша товщина клею тощо.

Можна вивчати проблему онлайн та автоматично регулювати задані параметри, а також коригувати відповідні налаштування на машині.

Те, що гарно звучить, насправді виявляється складним технічним завданням, оскільки кожна помилка може мати кілька причин.

На цей час використовують нечітку логіку, яка, в принципі, оцінює всі вхідні параметри відповідно до їхніх пріоритетів та відповідно встановлює вихідні параметри. Тип вихідного сигналу здебільшого визначають у вигляді експертних баз даних.

Управління відходами та скорочення кількості відходів

Папір сьогодні є основною складовою вартості гофрокартону. Тому ретельну увагу потрібно приділяти будь-яким відходам та перевитраті відходів, таких як бічна кромка. Точне вирівнювання паперового полотна на розкаті при подачі на прес для виробництва тришарового гофрокартону є основою для отримання мінімальної бічної кромки. Лазерні сканери з високою роздільною здатністю та камери на ПРС проводять діагностику країв паперу з великою точністю.

Встановлення цих пристроїв на відповідних позиціях у вологій частині гофроагрегату було спочатку недоцільним через умови навколишнього середовища (температура, вологість, вібрація та вільний простір) у минулому, але обладнання стає більш надійним, і його вже можна використовувати в цій частині машини.

Життєво важливо скоротити кількість відходів, виявивши та зрозумівши причину їх виникнення. Цього можна досягти:

• відстежуючи рух полотна від розкату до стопоукладача;
• розподіляючи відходи на різних машинах/вузлах на гофроагрегаті;
• визначаючи причини утворення відходів;
• ініціюючи коригувальні заходи.

Інтернет та його вплив

Інтернет змінив комерційну діяльність у всьому світі, те ж буде і з компаніями, що випускають гофротару. Його використовували як комунікаційну платформу, а зараз почали застосовувати для розміщення замовлень та як інформаційну базу для пошуку та усунення несправностей.

Інтернет сьогодні використовують для спілкування між постачальниками машин та виробниками картону, оформлюють через нього замовлення на придбання запасних частин та надання послуг.

З питань придбання книги «Гофроіндустрія. У пошуках досконалості» звертайтеся до:
Костянтина Шабуневича
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.