有些企業經常會被稱為“行業專家”—究竟什么證明一個公司是真正意義的行業專家呢?關鍵在于以下幾個方面:
● 企業的產品與技術是否被行業里頂級用戶所長期采用?
● 是否有針對行業的特殊硬件設計?
● 企業是否有行業工藝Know-How軟件的積累?
● 您的企業是這個行業“朋友圈”的?
以塑料工業行業為例,這是一個有著悠久歷史的領域,它的產品涵蓋我們每天生活的方方面面。貝加萊是稱為塑機控制解決方案專家,如何體現這一個角色定位呢?
貝加萊-塑料工業悠久的歷史
在80年代,貝加萊即開發了PLC,采用分時多任務操作系統,并支持BASIC高級語言編程。在當年PLC主要還在邏輯任務的年代,這非常領先的設計。90年代的藍色系列還支持C高級語言編程,其實就與早期從事塑料機械這些行業相關,包括注塑、擠出、吹膜、流延膜等工藝控制相關。
塑料粒子經過稱重進入螺桿擠出單元,并經過加熱熔膠過程,形成流體,并經過射膠進入模腔中,進行塑化、保壓、冷卻過程,再開模出來成品。這里包括了在射膠/熔膠過程中的多溫區控制,以及模具內的模溫的控制,塑化、保壓、冷卻過程中的溫度和壓力控制,以及液壓系統的流量和壓力控制等。同樣,擠出、吹瓶等成型過程也均是如此,這使得塑料機械它有幾個特別的需求:
1 高級算法設計需求:
在不同材料、不同制成品厚度、結構等變化情況下,需要為整個工藝過程進行溫度控制的算法設計,以及整體的建模—以應對材料與工藝的變化。而這個復雜溫度控制模型的設計運行,以及在壓力閉環與切換的算法設計,就不是當時普通專注“Logic”控制的控制器所能勝任的,圖1是貝加萊為注塑機提供的控制系統,它完全滿足塑料工業對于復雜算法設計的特殊需求。
圖1-全電動注塑機及控制系統架構
2 高速響應需求:
不同于在流程工業的溫度控制的響應,整個注塑、擠出成型過程實際上時間比較短。例如注塑的過程包含機械的合模、射膠進入模腔、塑化、保壓、冷卻、開模—整個過程的時間也非常短,僅數秒鐘。而這里,又是要完成多個溫度PID調節,而溫度控制又是一個大延遲系統,這就對算法的響應能力提出了較高的要求。比如需要增加前饋、輸入端的卡爾曼濾波降低過度的調節。
3 經濟性需求:
塑料工業很多時候要面向的是大眾消費品市場,因此,它不斷面臨消費市場的成本壓力。這就使得首先,單位時間的產能需求,即,生產效率要求,另一方面需要在材料的節省、能源的消耗上更多的監測與改善。加工企業才能確保盈利。
因此,貝加萊在塑機行業有非常悠久的歷史,使得貝加萊了解塑機用戶的需求,以及為行業開發特殊的軟硬件解決方案。
贏得全球塑機廠商信任
圖2-貝加萊被行業頂級用戶所信任
因此,在80年代開始,直到今天,貝加萊都一直活躍在塑料機械的最領先的制造商這里。在1996年進入中國后,也很快被塑鋼門窗、注塑機、擠出機領域的客戶所認同,在1998年即開啟了注塑機領域的本土企業的合作。
我們為行業開發專用控制器
1 專用的控制器-SmartMOLD 9
早期,貝加萊采用PCC可編程計算機控制器的算法設計能力,為用戶提供行業工藝集成的能力。并且,在很多的用戶那里,還提供定制化的HMI設計,這是因為塑料行業有很多操作按鍵的需求,以及專業的塑料機械制造商,他們會有自己針對不同用戶行業(如電子、制藥、汽車、建筑等)的操作習慣而設計的布局,貝加萊因為可以提供HMI定制,也為塑料工業的大廠所青睞。在2008年左右,貝加萊即結合本地用戶需求開發了SmartMold 88系列的控制器,它將I/O板和HMI操作集成,并內嵌了注塑機所需的各種工藝、操作功能。
在2016年開始,貝加萊繼續升級SmartMold 88到SmartMold 9-它將結合了更為領先的Web技術架構,使得其可以針對不同規格尺寸的HMI,并采用更為直觀的設計,讓操作變得更為簡單。其程序架構支撐多種機型如油壓、電液、全電、立式等多種機型。
圖2-貝加萊SmartMOLD 9注塑機控制器
SmartMOLD 9在嵌入行業工藝同時,還保持了“開放性”—能夠為用戶仍然保持在“個性化”的設計方面的便利。以達到在不同的行業的差異化—但是,這些都基于已有的框架,用戶僅通過配置即可實現。
2 壁厚控制器
在中空吹瓶中,壁厚是一個非常關鍵的技術-由于塑料材料的自重,使得整個吹瓶過程中的厚度比較難以均勻。
壁厚控制主要是在橫向和縱向提供圖形算法的設計。貝加萊通過貝塞爾或樣條差值方式,提供在整個瓶胚上的壁厚算法。
壁厚對于閥的控制,包括比例換向閥、伺服閥等多種場景都有著非常高的算法設計。其PID控制過程需要較好的線性化處理,以達到平滑而又快速的響應。
圖3-壁厚控制畫面
除此之外,在液壓控制、伺服泵等,均有硬件支撐的解決方案。
是否了解行業用戶需求
要證明你是個行業專家,你得特別了解行業的需求。并且,特別要注意,你在這里將扮演的角色是“自動化顧問”,即,利用你在控制領域的豐富經驗,以及工程能力,與您的伙伴,注塑機、擠出、軟包印刷的用戶,他們精通機械、材料與工藝。服務于“生產企業”或稱為“終端用戶”。即,在這個合作中,大家的共同目標,就是要為用戶,因此,必須是“用戶視角”的聯合創新。自動化企業,將作為機械制造商的顧問專家,來一起參與機電工程開發,來解決產業難題。
我們從用戶視角來看,貝加萊如何提供解決方案的?
如何節省用戶的材料成本?
在塑料工業中,由于是個長期、大規模的生產,材料的消耗將成為運營成本的大頭,而貝加萊為塑料工業提供了多個場景中的材料節省的控制設計。
1 壁厚控制: 針對擠吹、注吹工藝均可實現壁厚控制;
2 稱重算法: 更為精準的給料,滿足品質前提下的最小材料消耗;
3 米重算法: 在擠出中通過米重控制,改善牽伸速度,以確保品質前提下的最小材料消耗。
4 配方記憶: 在軟包裝印刷機中,通過配方記憶可以同樣降低開機浪費,使得材料消耗更小。
如何實現生產中的節能?
在塑料工業,因為屬于加熱成型工藝方法,因此,能源消耗就會成為大頭,因此,貝加萊在塑料工業有對應的節能應對策略:
1 伺服泵控制:針對油壓注塑機,提供伺服泵的P/Q控制算法庫;
2 溫度控制:在溫度控制算法中,貝加萊的節能是多個維度的,包括采用前饋控制、卡爾曼濾波降低在輸入端的干擾避免不必要的頻繁調節,在溫度曲線的嚴格斜坡跟蹤能力、多溫區的解耦、對沖避免內耗等非常細節上的算法設計,它使得貝加萊的溫度控制不僅確保制成品品質。同時,它還是一個節能系統。如圖4所示-智能控制針對塑機節能而設計的功能。如圖4所示為貝加萊溫控功能設計。
圖-貝加萊智能溫度控制為塑機提供節能設計
3 全電動技術: 在注塑、吹瓶等貝加萊也提供了全電動的注塑機、全電動的吹瓶機,ACOPOSmulti、ACOPOS P3的伺服驅動器,本身就具有領先行業的高能效比的驅動系統。
如何提高生產效率?
塑料的成型工藝是一個非常難的地方在于,它是一個離散裝備,但其工藝過程又是個延遲系統。因此,它必須不斷地優化,以讓其整體節拍可以被有效降低。
1 高速射膠閉環:對于SmartMOLD 9可以支持400μS級的閉環控制任務,這使得可以在極高的響應下控制熔膠/射膠過程。
2 高速溫度控制:即使溫度是個大延遲,并且在模腔內多段溫度曲線,但mappTemperature仍然可以讓溫度控制既精準又快速。通過前饋、濾波算法,以及基于歷史數據的分析,都可以改善這個響應能力。
3 智能開合模: 通過機器學習的方式,將整個開合模過程,達到平滑的運動控制過程,又能收斂到整個節拍更快。
圖5-流延線的控制功能
圖5薄膜線牽扯到溫度控制、薄膜的張力等控制功能,由基礎的mapp模塊針對薄膜進行配置。
如何提高設備壽命?
機器的壽命,通常會與機械系統的“平滑”有關,但是平滑的話,又與效率沖突。因此,在系統里,如何能夠做到“既平滑”、“又高效”。貝加萊的ACOPOSmulti伺服驅動系統,已經在塑料領域被證明是非常厲害的。
1 運動控制中的SPT智能路徑技術
ACOPOS系列驅動系統,它可以支持較高階的曲線設計,在開合模、張力同步控制等過程中。其曲線可以達到5階的函數表達—其實,在同樣達到速度同步、定位精度的情況下,專業的運動控制還能做到機械沖擊小,這意味著像絲杠、螺桿這些的壽命就會比預定的更長。
2 預測性維護技術
圖6-預測性維護技術架構
如圖6所示的預測性維護,預測性維護是基于機器學習方法來實現的機器健康狀態監測技術。它主要起到的作用在于預警機器潛在故障,并制定計劃停機,并有效確保機器整體的壽命延長。
如何滿足數字化管理需求?
隨著機器越來多的聯網需求,以及生產管理的MES/ERP集成需求。貝加萊在控制器中內嵌了OPC UA | EUROMAP支持,它可以支持:
1 塑料機械與MES系統間的交互;
2 注塑機與機器人的交互;
3 注塑機與輔機的交互;
另外,mapp的很多功能也還支持用戶快速的將機器集成到數字化系統中:
mappReport,可以讓機器生成報表;
mappOEE,統計設備的OEE參數被調用;
mappEnergy,統計機器的能源數據給管理系統;
mappAudit,在制藥行業,機器可以提供符合FDA 21CFT part 11的電子簽名認證;
總之,貝加萊為塑料工業提供了各個維度的,滿足其特殊需求的軟硬件設計。這些都基于貝加萊在長期的塑料工業伙伴合作中,為產業所提供的專家庫。供用戶開發工程師快速的應用系統搭建。