如何利用伺服自動化實現(xiàn)成本降低和產(chǎn)能最大化？

木材加工機器制造商采用伺服控制獲得了更高的精度和產(chǎn)能。一塊2x4英尺大小的木料是建筑工業(yè)的基本商品，這也是為什么木材加工業(yè)的領導者開始使用復雜的自動化來在這樣價格敏感的產(chǎn)品上獲得競爭優(yōu)勢。

利用自動化創(chuàng)造一個解決方案

WaneShear科技公司創(chuàng)造了一款鋸木機，將加工坡口放置到規(guī)格材上，能生產(chǎn)出2x4英尺、2x6英尺、2x8英尺以及更大的板材。該設備是由美國加利福尼亞州的WaneShear公司制造的，對于將從原木毛料上鋸下來的粗加工板材加工成尺寸一致的產(chǎn)品來說，所在地點是一個挑戰(zhàn)，而且粗加工板材的寬度和長度在進入切邊機之前可能有很大不同。要在價格波動反復無常的建筑行業(yè)里保持穩(wěn)定利潤率所帶來的壓力，必然要求企業(yè)不斷提高產(chǎn)量，這進而增加了技術方面的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的切邊自動化設備使用液壓部件。液壓系統(tǒng)可以提供應用場合所需要的強大的、高轉矩的輸出，可是經(jīng)常會發(fā)生液壓用的液體泄漏。漏出的液體會損壞板材導致無法銷售。液體也會與鋸末混合在一起變成粘稠的物質(zhì)，會粘到機器上很難清理掉。

“我們知道如果從液壓系統(tǒng)轉換到伺服自動化，操作員可以解決我們的很多問題，”RonMcGehee講到，他是WaneShear公司的董事長和首席設備設計師，并且持有與鋸木機相關的超過25項發(fā)明專利。“在過去，我們并沒有仔細關注伺服自動化，那是因為我們認為伺服系統(tǒng)不能提供完成工作所需要的轉矩強度，而且它們太大了，如果不重新設計無法安裝到我們現(xiàn)有的機器設備空間內(nèi)。”

這種看法在過去幾年中發(fā)生了改變，原因是的占地面積已經(jīng)減小，而且新的、更加強大的伺服電機已經(jīng)開始問世。

“已經(jīng)到了需要新方式的時代了，而且我們看到這樣的機遇將會幫助我們成為行業(yè)領導者。”McGehee說道。

用于切邊機的伺服自動化

伺服運動為WaneShear切邊機提供了提高精度的機會，這樣會使每一根原木制造出更多可用的板材。WaneShear是率先使用視覺系統(tǒng)以及變頻傳動來為切邊操作集結原料板材的。集結板材特別具有挑戰(zhàn)，因為對一個不規(guī)則的板材開方并不總是需要完美的直線切割。切割角經(jīng)常有六種角度變化，常規(guī)做法是需要使用精確的經(jīng)常必須為了補償板材邊緣形狀的變化而快速變化的凸輪。由于板材是劃分質(zhì)量等級的，更好的切割質(zhì)量將意味著可以賣出更高的價格。

在一個擁擠的鋸木廠里，WaneShear制造的切邊機必須與其他設備集成在一起，這對于切邊工藝自動化來說呈現(xiàn)了一系列不同的挑戰(zhàn)。在擺滿了各種其他設備的鋸木廠車間里，每一臺切邊機都要經(jīng)過定制才能安裝在可用的空間內(nèi)，這使得減小每臺機器的占地面積變得至關重要。

“在狹小空間內(nèi)將機器連接起來變得非常重要，”McGehee說道。“如果我們可以在相同的物理空間上使用伺服代替齒輪箱和液壓設備，在不增加集成問題的情況下，我們就可以為我們的客戶增加產(chǎn)能。”控制系統(tǒng)的集成也同樣重要，大部分工廠為他們的生產(chǎn)設備使用以可編程邏輯(PLC)為核心的控制架構。“PLC屬于客戶的舒適區(qū)，”McGehee說道，“不管你增加什么自動化系統(tǒng)，都要與PLC集成，而且集成過程要盡量少地給鋸木廠車間的工作人員制造麻煩，否則他們不會買帳。”

當考慮轉換到伺服控制的時候，可靠性是用戶對WaneShear提出來的主要的顧慮和要求。鋸木廠必須一天24小時，一年365天不間斷運行才能保證利潤。這種對可靠性的要求使得McGehee以及工程團隊的其他人員需要一家能夠應對不同挑戰(zhàn)場合且提供可靠的伺服電機和工程支持的運動控制制造商。

視覺系統(tǒng)識別目標

應用方面的技術挑戰(zhàn)從等待切割的板材集結就開始了。切邊機的視覺系統(tǒng)從每個板材的位置推測出四個位置點，運動控制器會以此推導出超過1000個定位點。運動控制器的凸輪編輯器工具被用來創(chuàng)造一系列運動配置文件，基于伺服機構的傳送帶會使用這些配置文件精確地集結板材來獲得最精確的切邊操作以及最少的浪費。

通過使用標準PLC的附加指令以及增加伺服放大器來將PLC與伺服軸之間的接口簡化。對于WaneShear的軟件開發(fā)團隊來說，要想避免用戶從頭學習一款新的編程接口而且確保成功集成新的伺服機構，這個特性具有特殊的重要性。

集成伺服電機

在開發(fā)階段，實踐證明集成伺服電機本身是最重要的積極結果之一。伺服電機的尺寸使其可以很容易就安裝在被液壓部件占用的場地上。電機的轉矩等級可以讓其很好地適應鋸木廠應用中運送板材所需要的大功率和低轉速。伺服電機的轉矩密度配置文件也讓替換原有的一種機械設計中的齒輪箱成為可能，其結果是減少部件的成本。運動控制部件的精度讓WaneShear將其傳送帶的誤差從1/8英寸降低到1/250英寸，這使得鋸木公司可以在不犧牲切割精度的情況下縮短傳送皮帶的長度。

安裝啟用伺服電機讓切邊機達到了性能目標。其目標是增加產(chǎn)出到每分鐘75塊板材，每塊板材需要的周期時間是800毫秒。由于伺服驅動控制系統(tǒng)可以帶來更高的精度，設計團隊也期待可以提高板材的質(zhì)量。所有的目標都超額完成。板材的產(chǎn)出質(zhì)量提高了25%，裝配了伺服設備的WaneShear切邊機以每秒鐘20英尺的速度處理標準的8英尺廠的板材，遠超過800毫秒的目標。

伺服驅動解決方案帶來的好處顯而易見。在所有WaneShear未來的機械設備中都會采用伺服電機和傳動的設計。“我們在客戶工廠的其他機器設備上也看到了伺服產(chǎn)品的應用。”McGehee表示，期望會在未來相當長的時間內(nèi)繼續(xù)使用這項自動化技術。