如何利用伺服自動(dòng)化實(shí)現成本降低和產(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(lǐng)導者開(kāi)始使用復雜的自動(dòng)化來(lái)在這樣價(jià)格敏感的產(chǎn)品上獲得競爭優(yōu)勢。

利用自動(dòng)化創(chuàng )造一個(gè)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(lái)的粗加工板材加工成尺寸一致的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，所在地點(diǎn)是一個(gè)挑戰，而且粗加工板材的寬度和長(cháng)度在進(jìn)入切邊機之前可能有很大不同。要在價(jià)格波動(dòng)反復無(wú)常的建筑行業(yè)里保持穩定利潤率所帶來(lái)的壓力，必然要求企業(yè)不斷提高產(chǎn)量，這進(jìn)而增加了技術(shù)方面的挑戰。

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

“我們知道如果從液壓系統轉換到伺服自動(dòng)化，操作員可以解決我們的很多問(wèn)題，”RonMcGehee講到，他是WaneShear公司的董事長(cháng)和首席設備設計師，并且持有與鋸木機相關(guān)的超過(guò)25項發(fā)明專(zhuān)利。“在過(guò)去，我們并沒(méi)有仔細關(guān)注伺服自動(dòng)化，那是因為我們認為伺服系統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(wú)法安裝到我們現有的機器設備空間內。”

這種看法在過(guò)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(kāi)始問(wèn)世。

“已經(jīng)到了需要新方式的時(shí)代了，而且我們看到這樣的機遇將會(huì )幫助我們成為行業(yè)領(lǐng)導者。”McGehee說(shuō)道。

用于切邊機的伺服自動(dòng)化

伺服運動(dòng)為WaneShear切邊機提供了提高精度的機會(huì )，這樣會(huì )使每一根原木制造出更多可用的板材。WaneShear是率先使用視覺(jué)系統以及變頻傳動(dòng)來(lái)為切邊操作集結原料板材的。集結板材特別具有挑戰，因為對一個(gè)不規則的板材開(kāi)方并不總是需要完美的直線(xiàn)切割。切割角經(jīng)常有六種角度變化，常規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(zhù)可以賣(mài)出更高的價(jià)格。

在一個(gè)擁擠的鋸木廠(chǎng)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(dòng)化來(lái)說(shuō)呈現了一系列不同的挑戰。在擺滿(mǎn)了各種其他設備的鋸木廠(chǎng)車(chē)間里，每一臺切邊機都要經(jīng)過(guò)定制才能安裝在可用的空間內，這使得減小每臺機器的占地面積變得至關(guān)重要。

“在狹小空間內將機器連接起來(lái)變得非常重要，”McGehee說(shuō)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(wèn)題的情況下，我們就可以為我們的客戶(hù)增加產(chǎn)能。”控制系統的集成也同樣重要，大部分工廠(chǎng)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(hù)的舒適區，”McGehee說(shuō)道，“不管你增加什么自動(dòng)化系統，都要與PLC集成，而且集成過(guò)程要盡量少地給鋸木廠(chǎng)車(chē)間的工作人員制造麻煩，否則他們不會(huì )買(mǎi)帳。”

當考慮轉換到伺服控制的時(shí)候，可靠性是用戶(hù)對WaneShear提出來(lái)的主要的顧慮和要求。鋸木廠(chǎng)必須一天24小時(shí)，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場(chǎng)合且提供可靠的伺服電機和工程支持的運動(dòng)控制制造商。

視覺(jué)系統識別目標

應用方面的技術(shù)挑戰從等待切割的板材集結就開(kāi)始了。切邊機的視覺(jué)系統從每個(gè)板材的位置推測出四個(gè)位置點(diǎn)，運動(dòng)控制器會(huì )以此推導出超過(guò)1000個(gè)定位點(diǎn)。運動(dòng)控制器的凸輪編輯器工具被用來(lái)創(chuàng )造一系列運動(dòng)配置文件，基于伺服機構的傳送帶會(huì )使用這些配置文件精確地集結板材來(lái)獲得最精確的切邊操作以及最少的浪費。

通過(guò)使用標準PLC的附加指令以及增加伺服放大器來(lái)將PLC與伺服軸之間的接口簡(jiǎn)化。對于WaneShear的軟件開(kāi)發(fā)團隊來(lái)說(shuō)，要想避免用戶(hù)從頭學(xué)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(gè)特性具有特殊的重要性。

集成伺服電機

在開(kāi)發(fā)階段，實(shí)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(chǎng)地上。電機的轉矩等級可以讓其很好地適應鋸木廠(chǎng)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(dòng)控制部件的精度讓W(xué)aneShear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(cháng)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(shí)間是800毫秒。由于伺服驅動(dòng)控制系統可以帶來(lái)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(chǎng)的板材，遠超過(guò)800毫秒的目標。

伺服驅動(dòng)解決方案帶來(lái)的好處顯而易見(jiàn)。在所有WaneShear未來(lái)的機械設備中都會(huì )采用伺服電機和傳動(dòng)的設計。“我們在客戶(hù)工廠(chǎng)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(huì )在未來(lái)相當長(cháng)的時(shí)間內繼續使用這項自動(dòng)化技術(shù)。