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注塑機(jī)制造商三菱利用開(kāi)放式控制架構(gòu)

日本的三菱重工塑料技術(shù)公司（MHIPT）專業(yè)從事注塑機(jī)的開(kāi)發(fā)和建造。這些解決方案主要用于汽車行業(yè)，以及家用電器和 PC 行業(yè)。公司為其最新的 MEIII 機(jī)器系列選擇了倍福基于 PC 的控制技術(shù)，認(rèn)為控制結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性具有前瞻性，為所連接的生產(chǎn)設(shè)施提供所需的一切。除了提高重復(fù)性和生產(chǎn)靈活性之外，MHIPT 還考慮簡(jiǎn)化狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能的集成以及實(shí)施預(yù)測(cè)性維護(hù)，這將是向前邁出的重要一步。

新型 MEIII 注塑機(jī)系列及其開(kāi)發(fā)人員

注塑機(jī)實(shí)質(zhì)上結(jié)合了一套注射裝置和一套鎖模裝置。注射裝置加熱和塑化物料，然后通過(guò)高壓噴嘴將物料注射到模具中。鎖模裝置打開(kāi)和關(guān)閉模具，并使得模具在注射過(guò)程中保持鎖止?fàn)顟B(tài)。鎖模力的大小是衡量機(jī)器大小及機(jī)械功率的一項(xiàng)指標(biāo)。MHIPT擁有涵蓋鎖模力從350 到 3500 噸的機(jī)器。

開(kāi)放式自動(dòng)化平臺(tái)帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

MEIII 是MHIPT最新開(kāi)發(fā)的一款中型注塑機(jī)，鎖模力范圍為 550 到 850 噸。大多數(shù)的注塑機(jī)配備的都是液壓驅(qū)動(dòng)器，而 MEIII 中驅(qū)動(dòng)控制則是通過(guò)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)。“這樣可以提高生產(chǎn)效率，同時(shí)降低功耗。”MHIPT 工程部總監(jiān)兼首席執(zhí)行官 Takashi Mizuno 說(shuō)道。“在自動(dòng)化技術(shù)方面，MHIPT 已經(jīng)改變了其之前使用的 MEIII 機(jī)器系列的開(kāi)發(fā)方案。我們現(xiàn)在在整個(gè)產(chǎn)品系列中都采用了基于 PC 的控制系統(tǒng)。之前，我們完全靠自己開(kāi)發(fā)了我們的控制器；而使用 PC 控制系統(tǒng)讓我們能夠?qū)⑽覀兊木θ考性谲浖_(kāi)發(fā)上。我們的目標(biāo)是將我們公司在注塑機(jī)方面積累的所有專業(yè)知識(shí)整合到注塑工藝軟件中，讓我們能夠在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。”

參與 MEIII 開(kāi)發(fā)工作的 MHIPT 和倍福公司的員工。前排，從左到右：Takashi Takii（MHIPT 工程部經(jīng)理），Toshimitsu Kawano（倍福日本分公司經(jīng)理）和 Takashi Mizuno（MHIPT 工程部總監(jiān)和首先執(zhí)行官）。后排，從左到右：Tomohiro Umeda (MHIPT 工程部副主管），Osamu Aoishi（倍福日本分公司），Masanori Obata（倍福日本分公司），Tsutomu Ayusawa（MHIPT 工程部主管）和 Yasuhiro Kai （MHIPT 工程部）

跟之前的 MEII 系列一樣，MEIII 系列配備了 MHIPT 自主開(kāi)發(fā)的 DD （直驅(qū)）電機(jī)。這些電機(jī)不需要減速機(jī)，因?yàn)樗鼈兡軌蛴玫娃D(zhuǎn)速產(chǎn)生很大的力；這提供了動(dòng)態(tài)注射驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，使得維護(hù)更容易，因?yàn)闊o(wú)需使用滑輪、輸送帶及其它消耗材料。MEIII 系列的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是它用高精度的軟件同步取代了兩個(gè)直驅(qū)電機(jī)之間的機(jī)械連接系統(tǒng)。“伺服電動(dòng)控制系統(tǒng)的速度、可靠性和精度直接決定了產(chǎn)品的質(zhì)量。”Takashi Mizuno 強(qiáng)調(diào)道。

開(kāi)放式控制技術(shù)：獨(dú)立于供應(yīng)商特定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

MHIPT 工程部門(mén)設(shè)計(jì)總監(jiān)兼 MEIII 開(kāi)發(fā)項(xiàng)目主管 Takashi Takiiad 解釋說(shuō)道：“控制架構(gòu)開(kāi)放性的最大優(yōu)勢(shì)是我們及我們的客戶能夠獨(dú)立于供應(yīng)商特定的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。基于 PC 的控制系統(tǒng)是一套極為高效的開(kāi)放式控制系統(tǒng)，而同時(shí)具有很高的靈活性和通用性，為我們提供了所需的可靠性和品質(zhì)。”

機(jī)器開(kāi)發(fā)中的高效率

由于 PC 控制平臺(tái)具備高靈活性和可擴(kuò)展性，MHIPT 能夠?yàn)槠淇蛻籼峁┘s 200 種可選的規(guī)格來(lái)使用不同的工具或模具，以實(shí)現(xiàn)待生產(chǎn)的塑料工件的幾何形狀。“這大概是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)選項(xiàng)數(shù)量的三倍。以前需要花費(fèi)額外成本才能提供的規(guī)格現(xiàn)在可以以標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格和交付時(shí)間提供給我們的客戶。此外，開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)的使用為我們提供足夠的靈活性，滿足我們的客戶在傳感器和伺服電機(jī)方面的規(guī)定。通過(guò)將 EtherCAT 和 TwinCAT 分別用作通用的通訊系統(tǒng)和通用的軟件平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)流，從而大大提高了機(jī)器操作的重復(fù)性。”Takashi Takii 解釋說(shuō)。

MEIII 控制器采用的是一臺(tái)倍福的 CP6216 面板型 PC

“總之，通過(guò)使用 PC 平臺(tái)大大提高了機(jī)器工程效率。”Takashi Takii 說(shuō)道。“通過(guò) EtherCAT 實(shí)現(xiàn)通訊的分布式 I/O 站的使用簡(jiǎn)化了控制柜的模塊化設(shè)計(jì)，從而不僅提高了靈活性方面的優(yōu)勢(shì) — 例如可以臨時(shí)進(jìn)行修改 — 而且縮短了機(jī)器的制造、拆卸、運(yùn)輸及安裝時(shí)間。PC 控制平臺(tái)的高度可擴(kuò)展性最終使得使用一臺(tái)基于 PC 的中央控制系統(tǒng)控制大小及應(yīng)用領(lǐng)域各不相同的多臺(tái)注塑機(jī)。”

MHIPT 機(jī)器軟件需要管理 30,000 多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)注塑應(yīng)用的多樣性和靈活性。MHIPT 使用 Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)鍵軟件設(shè)計(jì)配置。“所需的數(shù)據(jù)庫(kù)的緊密連接無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)供應(yīng)商提供的工具。”Takashi Takii 闡釋道。“對(duì)我們來(lái)說(shuō)，TwinCAT 的無(wú)縫連接是實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)或半自動(dòng)軟件配置邁出的巨大一步。另外，在線調(diào)試工具、示波軟件和其它開(kāi)發(fā)工具提供了有價(jià)值的功能。”

開(kāi)放式控制架構(gòu)幫助實(shí)現(xiàn)新的業(yè)務(wù)模型

Takashi Takii 也看到了基于 PC 的控制架構(gòu)能夠帶來(lái)的潛在業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)。“大型注塑機(jī)是小批量及大批量生產(chǎn)的典型例子，幾乎相當(dāng)于特種機(jī)器制造。我們的理想方案是滿足客戶的每一個(gè)要求。傳統(tǒng)的控制技術(shù)往往會(huì)限制我們，而 MEIII 使用的控制器能夠?qū)崿F(xiàn)高效和靈活的軟件開(kāi)發(fā)。注塑工藝的不同選項(xiàng)可以使用軟件自動(dòng)生成，無(wú)需編程。我可以自信地說(shuō)，軟件設(shè)計(jì)已經(jīng)提升了客戶對(duì)我們的滿意度。質(zhì)量、成本和時(shí)間的魔術(shù)三角已經(jīng)取得了飛躍發(fā)展。”

MEIII 的注射裝置。同步控制兩臺(tái)直驅(qū)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高精度注射工藝

為工業(yè) 4.0 做好準(zhǔn)備

Takashi Takii 也看到開(kāi)放式控制架構(gòu)在制造業(yè)當(dāng)前趨勢(shì)方面的優(yōu)勢(shì)。“通過(guò) EtherCAT 和 TwinCAT 實(shí)現(xiàn)的開(kāi)放、靈活控制的數(shù)據(jù)流并不僅僅局限于各臺(tái)注塑機(jī)，而且還實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工廠的數(shù)據(jù)流的模塊化和均勻性。這樣，我們可以為德國(guó)的工業(yè) 4.0 和美國(guó)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）設(shè)定的技術(shù)目標(biāo)提供高度響應(yīng)的支持。我認(rèn)為這將是利用大數(shù)據(jù)來(lái)延長(zhǎng)平均無(wú)故障時(shí)間間隔（MTBF）和縮短平均維修時(shí)間（MTTR）。我們必須將我們自己放在能夠采集、保存和分析大數(shù)據(jù)量的位子上，以便確定我們的機(jī)器隨著時(shí)間的推移是如何變化的，如何使用它們以及我們?nèi)绾文軌驑?biāo)準(zhǔn)化和比較在不同生產(chǎn)環(huán)境中采集到的數(shù)據(jù)。”Takashi Takii 在概述未來(lái)戰(zhàn)略的時(shí)候總結(jié)道。