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)動應用
• 兩個獨立的 DeviceNet 網(wǎng)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(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 項目電氣負責人Wayne Pearse 表示，保持生產(chǎn)是當時公司的頭等要務。“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)矯直設施的設計和開發(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、換輥工作臺和高架起重機組成的網(wǎng)絡取代原來的“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(nèi)標準”安全隔離工作臺和安全門鎖定系統(tǒng)。
該設計流程非常全面、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”，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，即常規(guī)的 DeviceNet 網(wǎng)絡和達到類別4 要求的 DeviceNet 安全網(wǎng)絡。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雜又靈活的途徑”，Pearse 稱。“此外，由于標準和安全控制應用同一個 [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。”
