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研華科技 張守廷

作者簡介

張守廷（1971-），男，吉林人，工程師，工學(xué)學(xué)士，畢業(yè)于天津大學(xué)自動化系，現(xiàn)就職于研華科技，多年從事工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、自動控制、測試測量與故障診斷系統(tǒng)的市場研究、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)與教學(xué)工作，曾參與多個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施并發(fā)表多篇論文與專著。

摘要：針對金屬切割帶鋸機(jī)這類空間有限的機(jī)械設(shè)備，研華設(shè)計(jì)了型號為MIC-1810的掌上型數(shù)據(jù)采集嵌入式計(jì)算機(jī)（DAQ）。經(jīng)過改造后的MIC-1810精致緊湊、節(jié)省空間、可在惡劣環(huán)境下工作，并將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)WebAccess/MCM實(shí)現(xiàn)可視化管理，從而為帶鋸機(jī)提供低成本高效益的預(yù)防維護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0；嵌入式計(jì)算機(jī)；研華科技；帶鋸機(jī)；預(yù)防維護(hù)

Abstract: Aiming at the limited mechanical equipment of the metal cutting band sawing machine, Advantech designed the handheld data acquisition embedded computer (DAQ) model of MIC-1810. After modification, the MIC-1810 which is compact and delicate saves a space and works under the bad environment. Also, the data collected via WebAccess/MCM implement visual management, which provides band sawing machine with low cost and effective preventive maintenance monitoring system.

Key words: Industry 4.0; DAQ; Advantech; Band-sawing machine;Preventive maintenance

1　項(xiàng)目簡介

在“工業(yè)4.0”的概念下，智能工廠除了力求制造技術(shù)的革新外，機(jī)臺監(jiān)測與預(yù)防保養(yǎng)亦是優(yōu)化生產(chǎn)流程中重要的一環(huán)。與傳統(tǒng)例行維護(hù)或意外故障后才維修的做法不同，預(yù)防性維護(hù)能通過實(shí)時(shí)的狀態(tài)監(jiān)測與大數(shù)據(jù)分析提前發(fā)現(xiàn)并排除即將出現(xiàn)的故障隱患。以金屬切割帶鋸機(jī)為例，若能事先收集數(shù)據(jù)并預(yù)測出設(shè)備在執(zhí)行數(shù)萬次鋸切作業(yè)后，切削刀具或其它零組件即將出現(xiàn)的損壞，設(shè)備制造商即能實(shí)時(shí)為客戶進(jìn)行維護(hù)，而工廠管理者也不用等到完全毀損后才急著找設(shè)備供應(yīng)商安排維修，借此減少設(shè)備的停機(jī)時(shí)間以提升工廠的整體生產(chǎn)力，同時(shí)也能提高生產(chǎn)線的制造良率。

預(yù)防保養(yǎng)系統(tǒng)雖可利用無風(fēng)扇計(jì)算機(jī)加裝數(shù)據(jù)采集卡的方式來完成機(jī)械設(shè)備的數(shù)據(jù)收集，但機(jī)械設(shè)備的控制箱能容納硬件的空間并不多，而且隨著硬件數(shù)量的增加，機(jī)箱內(nèi)的布線也會變得復(fù)雜且影響美觀，同時(shí)還會增加維護(hù)與管理的困難度。研華針對這類空間有限的機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)了一款掌上型數(shù)據(jù)采集嵌入式計(jì)算機(jī)（DAQ embedded computer）讓設(shè)備制造商可以方便且快速地將預(yù)防保養(yǎng)系統(tǒng)整合進(jìn)機(jī)械設(shè)備內(nèi)；同時(shí)研華還提供定制化服務(wù)，不僅能協(xié)助用戶優(yōu)化數(shù)據(jù)采集精確度，還能透過專業(yè)的工業(yè)設(shè)計(jì)來塑造高階產(chǎn)品的形象，從而提升機(jī)械設(shè)備的市場競爭力。

2　系統(tǒng)需求

專為各種金屬加工提供帶鋸機(jī)的臺灣某精密機(jī)電公司是全球首屈一指的專業(yè)設(shè)備制造商。成立四十年來，其不僅生產(chǎn)超過百種機(jī)型的鋸切系統(tǒng)，產(chǎn)品更已銷售至80多個(gè)國家，且受到西門子、施耐德電氣、波音等知名企業(yè)的認(rèn)可與應(yīng)用。近來，該公司為順應(yīng)“工業(yè)4.0”的趨勢，積極投入創(chuàng)新應(yīng)用的開發(fā)以提高產(chǎn)品附加價(jià)值，而機(jī)臺監(jiān)測與預(yù)防保養(yǎng)即是其想導(dǎo)入的新功能之一。

研發(fā)初期，該公司原本打算選用美商的USB數(shù)據(jù)采集模塊，可仔細(xì)估算后發(fā)現(xiàn)成本過高可能會使擁有新功能的帶鋸機(jī)失去市場競爭優(yōu)勢；但若以計(jì)算機(jī)加裝數(shù)據(jù)采集卡的方式，除了占用較多空間且布線也更為復(fù)雜外，均不符合該公司需求，因而尋找更具成本效益的解決方案。

該公司除了對價(jià)格、尺寸與外觀有特別的要求之外，新的解決方案還要提供各種功能，包括快速取樣的多通道模擬I/O以采集機(jī)臺信息、多信道數(shù)字I/O以控制機(jī)臺、網(wǎng)絡(luò)端口上傳數(shù)據(jù)至后臺的管理系統(tǒng)，以及軟件開發(fā)工具以便加速系統(tǒng)開發(fā)。再則，由于帶鋸機(jī)的使用環(huán)境相對嚴(yán)苛，如鋸切作業(yè)易制造粉塵、切削與輸送工件則會產(chǎn)生振動、馬達(dá)轉(zhuǎn)動時(shí)的瞬時(shí)電壓會出現(xiàn)噪聲干擾等，因此解決方案亦要能解決這些問題來確保系統(tǒng)能順利取得精確的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3　系統(tǒng)概述

研華的MIC-1810是全球首創(chuàng)在PC-based控制平臺上整合數(shù)據(jù)采集模塊與訊號處理轉(zhuǎn)換模塊（signal conditioning and processing transducer）的嵌入式計(jì)算機(jī)，將其安裝在金屬切割帶鋸機(jī)的控制機(jī)箱內(nèi)來連接電流傳感器與電阻式溫度傳感器（RTD），設(shè)備制造商就能精準(zhǔn)地采集帶鋸機(jī)切割時(shí)所產(chǎn)生的訊號，并以此數(shù)據(jù)為機(jī)臺建模，再從中歸納找出相關(guān)零組件需要維護(hù)或更換的特征值，從而達(dá)到預(yù)防保養(yǎng)的目的。

為了讓MIC-1810能夠精致緊湊，研華設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)從傳統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)行“減肥計(jì)劃”以去除部分不需要的系統(tǒng)功能并采取無風(fēng)扇設(shè)計(jì)，因而這款計(jì)算機(jī)的尺寸僅有手掌般大小；而內(nèi)建的端子臺能直接鎖定傳感器的訊號線，既節(jié)省空間又能免除布線的麻煩；導(dǎo)軌式安裝則能方便地裝設(shè)在各式機(jī)臺的配電箱或控制機(jī)柜內(nèi)；具有耐振動與抗臟污的特色可以保障系統(tǒng)即使在惡劣的使用環(huán)境也能穩(wěn)定運(yùn)作。另外，提供多個(gè)I/O通道的MIC-1810可從模擬輸入信道采集的電流與溫度的訊號來對機(jī)臺進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；并利用數(shù)字輸入與輸出信道來控制工件在輸送帶的進(jìn)出以及機(jī)器開啟與停止等動作；以太網(wǎng)絡(luò)端口則負(fù)責(zé)將機(jī)器信息上傳至云端以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

軟件方面，MIC-1810內(nèi)附的WebAccess/MCM既是軟件開發(fā)工具也是基于瀏覽器的機(jī)臺狀態(tài)監(jiān)控軟件，其除了可實(shí)現(xiàn)節(jié)省軟件授權(quán)費(fèi)外，工程師也無須編程，只需通過簡單的設(shè)定就能設(shè)計(jì)出預(yù)防保養(yǎng)系統(tǒng)，而這套軟件所提供的多項(xiàng)設(shè)備監(jiān)診功能亦能加速完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，譬如：可將所收集來的訊號直接轉(zhuǎn)成實(shí)際物理量而省去用戶額外花時(shí)間建置對照表（mapping table）、提供快速傅立葉變換（Fast Fourier Transform）來過濾噪聲，可使訊號分析變得更簡單，示波器則能實(shí)時(shí)顯示訊號波形借此來確認(rèn)設(shè)備是否正常運(yùn)作。最終，所有上傳至云端的數(shù)據(jù)可通過WebAccess/MCM實(shí)現(xiàn)機(jī)臺狀態(tài)的可視化管理，讓用戶可以充分掌握所有設(shè)備的運(yùn)作情況。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

4　結(jié)語

致力于技術(shù)創(chuàng)新和工藝改革的這家金屬切割帶鋸機(jī)制造商，其帶鋸機(jī)不僅曾獲臺灣金點(diǎn)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)，美國鋼鐵中心也曾評比其為切削服務(wù)產(chǎn)業(yè)中品牌第一的公司。因此，為了維持最佳的品牌形象和企業(yè)聲譽(yù)，該公司對于設(shè)備內(nèi)所要使用的相關(guān)產(chǎn)品亦有相對較高的要求。而具備低成本、高效益特色的MIC-1810不論是性能或外觀都能滿足其需求外，研華還提供了專業(yè)且貼心的定制化服務(wù)，既解決客戶訊號采集干擾的問題，也額外為客戶設(shè)計(jì)專屬的標(biāo)志（logo），讓提供機(jī)臺監(jiān)測與預(yù)防保養(yǎng)功能的帶鋸機(jī)能以更高的附加價(jià)值熱銷全世界。

摘自《2017今日自動化技術(shù)應(yīng)用在中國》