Модернизация системы управления станка производства жестяных крышек

  Производство жестяных крышек - часть технологического процесса выпуска жестяной банки, оказывающая существенное влияние на итоговое качество продукции. При проектировании линии выпуска крышек изначально уделяется особое внимание функционалу оборудования, которое должно автоматически выполнять задачи:

• подачи листа жести;
• резки заготовок;
• штамповки;

  При этом основными техническими параметрами, характеризующими оборудование, являются:

1. энергопотребление,
2. удовлетворения санитарным требованиям,
3. уровень автоматизации,
4. возможность быстрой переналадки,
5. производительность,
6. точность,
7. соответствие требованиям безопасности.

  Существенную роль при выпуске тары и упаковки из жести занимает оборудование контроля качества готовой продукции. Его задача — выявлять брак, исключая отгрузку некачественной тары заказчику. Оборудование контроля качества не входит в сам станок, но интегрировано в процесс производства. Брак крышки проявляется как:

• дефекты штамповки,
• деформации,
• микротрещины на поверхностях,
• сколы,
• нарушения геометрии,
• сверхнормативные отклонения размеров.

  Системы контроля оснащены оптическими датчиками или видеокамерами высокого разрешения с соответствующим программным обеспечением – иными словами системы «машинного зрения» - для автоматического контроля качества продукции. Современные системы машинного зрения используют не только детерминированные алгоритмы, но и подсистемы анализа с искусственным интеллектом, что улучшает их функционал. По своим характеристикам системы контроля качества должны превышать соответствующие характеристики станков производства крышек по:

1. пропускной способности,
2. точности измерения геометрических размеров,
3. разрешающей способности для определения сколов и микротрещин,
4. возможности интеграции с самим станком, иными технологическими линиями.

  Связь между системами важна для того, чтобы в случае превышения доли брака произведенных жестяных крышек станок был автоматически остановлен системой контроля качества для выявления причины брака продукции.

  В чем же причина появления брака в выпускаемой продукции? Не секрет, что со временем происходит выработка ресурса оборудования и ухудшение его характеристик, поэтому даже самые надежные машины в итоге требуют обновления. Как правило, в процессе эксплуатации необходимо соответствовать:

1. требованиям безопасности,
2. производительности,
3. технологичности,
4. экономичности,
5. удобства перенастройки.

  Одним из методов решения указанных задач является модернизация АСУ станка, которая выполняется для достижения одной или нескольких из указанных целей:

1. повысить скорость, точность технологических операций,
2. внедрить цифровой контроль параметров,
3. снизить износ механической части оборудования, затраты на его обслуживание,
4. адаптировать старое оборудование под новые стандарты, материалы,
5. повысить уровень автоматизации, роботизации,
6. уменьшить негативное влияние персонал,
7. уменьшит долю брака.

Требования к компаниям, выполняющим модернизацию оборудования

  Компании, специализирующиеся на модернизации производственного оборудования, обязаны соответствовать определенным требованиям, чтобы в установленный срок обеспечивать качественный результат. Ключевыми критериями являются: техническая оснащенность предприятия, опыт реализации аналогичных проектов, квалифицированный инженерный персонал, опыт сотрудничества с проверенными поставщиками комплектующих средств автоматизации.

  К сожалению, мы вынуждены отметить, что многие исполнители не разрабатывают, не передают пользователям конструкторскую документацию. В отличие от них, в состав наших услуг безусловно входит проектирование и передача документации заказчику как в печатном, так в электронном виде. Мы знаем, что для заказчика также важно дальнейшее сопровождение обновленной АСУ, поэтому ООО «КУБТРОНИКС» обеспечивает это сопровождение безусловно.

  Наш комплекс услуг может состоять из работ:

1. технический аудит функционирующей автоматизированной системы,
2. разработка технического задания,
3. замена устаревших узлов,
4. разработка конструкторской документации,
5. установка новых компонентов,
6. разработка алгоритмов управления,
7. разработка программного обеспечения, в том числе для человеко-машинного интерфейса (сенсорной панели оператора),
8. непосредственное программирование контроллеров, панелей оператора, частотных преобразователей,
9. проведение монтажных, пусконаладочных работ,
10. обучение персонала,
11. гарантийное сопровождение.

  В зависимости от состояния системы управления и поставленных заказчиком задач, перечень работ может дополнительно включать:

• реверс-инжиниринг алгоритмов функционирования,
• обратный инжиниринг документации,
• капитальный ремонт элементов, узлов,
• замену кабелей, электропроводки,
• модернизацию, программирование систем, контуров безопасности.

  Модернизация станка производства жестяных крышек в итоге позволяет интегрировать машину в цифровую производственную среду завода, в том числе в программные продукты CAD, SCADA, MES.

Этап анализа планирования модернизации и капитального ремонта станков и промышленного оборудования

  Процесс капитального ремонта промышленного оборудования начинается с анализа текущего состояния, планирования производства работ. Эти два этапа являются основой для дальнейших работ, так как они определяют итоговую эффективность финансовых вложений, конечный технический результат. Первоначально заказчиком самостоятельно или при помощи подрядной организации собираются данные - чему должна соответствовать модернизированная система, а именно:

• требования интеграции с существующими АСУ,
• расчетная или плановая производительность,
• требования к безопасности,
• текущие производственные задачи,
• требования к качеству продукции.

  Следующим важным этапом является оценка текущего состояния машины, выявление узких мест, элементов с низкой надежностью. Это позволяет определить как причины нестабильного функционирования, избыточного износа, низкой производительности, так наметить возможные варианты устранения проблем. Диагностика включает:

1. визуальный осмотр,
2. инструментальные измерения,
3. анализ имеющихся исторических данных.

  По результатам обследования составляется отчет, в котором фиксируются Выявленные отклонения, изношенные узлы, элементы с наибольшими эксплуатационными нагрузками. Определение «слабых мест» эксплуатируемого станка позволяет акцентировать внимание на элементах, улучшение которых обеспечит наибольшую эффективность мероприятий, гарантирует необходимый уровень надежности оборудования, качества продукции.

  После диагностики проводится выбор оптимальных с точки зрения достижения установленных критериев вариантов модернизации. Рассматриваются такие технические решения, которые могут устранить все выявленные проблемы. Специалисты как заказчика, так исполнителя оценивают целесообразность замены узлов, модернизации автоматизированной системы, включая контуры безопасности. При принятии решения рассчитываются экономическая эффективность капитальных вложений, сроки реализации проекта, ожидаемый экономический, технический эффекты. На основе сравнительного анализа вариантов заказчик принимает окончательное решение о составе и объеме работ, которые поручает исполнителю.

  Как было указано выше, состав работ по приведению в нормативное состояние АСУ станка разнообразен, так как зависит от многих факторов, таких как: состояние машины, отдельных элементов, особенности производства, поставленные цели автоматизации. По нашему опыту наиболее распространённые решения включают:

1. замену устаревшего человеко-машинного интерфейса сенсорными панелями оператора,
2. замену релейной схемы программируемыми реле или программируемыми логическими контроллерами,
3. установку частотных преобразователей или сервоприводов для управления электродвигателями,
4. улучшение гидравлических, пневматических систем,
5. роботизацию функций загрузки заготовок, выгрузки готовой продукции,
6. установку современных модулей систем безопасности.

  Помимо указанных выше принципиальных методов модернизации АСУ для повышения точности обработки дополнительно устанавливаются или меняются датчики, сигнализаторы, энкодеры, обеспечивающие обратную связь. При этом наиболее эффективным остается комплексный подход, который позволяет заказчику не только обновить отдельные элементы, но полностью переработать функционал системы управления.

  Состав работ указывается в разрабатываемом техническом задании модернизации промышленного оборудования. Техническое задание служит основой дальнейшего сотрудничества заказчика с исполнителем и гарантией того, что цели приведения АСУ в нормативное состояние будут достигнуты.

Пример модернизации оборудования производства жестяных крышек банки

  ООО «КУБТРОНИКС» выполнило модернизацию АСУ станка производства крышек для жестяной банки. Клиент остался доволен. Внедренные изменения в АСУ вы видите на снимках, где представлен щит управления до и после оказания услуг.

   Заказчик имел следующие проблемы:

• реле безопасности выработало свой ресурс, формировало ложные сигналы о срабатывании контура защиты, что приводило к остановке машины,
• контакты ключей управления имели нечеткую фиксацию, что затрудняло подачу команд, выбор режимов управления,
• индикация состояния формировалась исключительно световыми индикаторами,
• отсутствовал электронный журнал регистрации ошибок, что затрудняло диагностику причин отказа,
• отсутствовали частотные преобразователи, что не позволяло изменять производительность,
• логика функционирования выполнена с использованием реле, что исключало быструю перенастройку,
• установка временных параметров выполнялась через реле времени, что снижало гибкость процедуры,
• пускатели выработали свой ресурс.

  Заказчик поставил задачу разработать новую АСУ со следующими особенностями:

• для удобства персонала полностью продублировать световую сигнализацию на индикаторных лампах и возможность ручного управления с кнопок и ключей, расположенных на двери, к которым персонал привык,
• для гибкости настроек АСУ, регистрации ошибок дополнительно использовать сенсорную панель оператора Weintek,
• в качестве логического устройства применить ПЛК Simens S7-1200,
• автоматическим режим функционирования обеспечить за счет ПЛК,
• ручные команды управления подавать как с панели оператора, так с двери щита.
• для регулирования производительности применить частотные преобразователи,
• заменить неисправное реле безопасности,
• оставить ранее функционировавшие электронные счетчики,
• разместить монтажную панель в существующем корпусе щита автоматики.

  Реализация проекта модернизации станка крышки состояла из нескольких этапов:

1. Специалистами ООО «КУБТРОНИКС» была проведена диагностика существующего оборудования.
2. Специалисты исполнителя подготовили и согласовали с заказчиком техническое задание, был подписан договор.
3. Разработана конструкторская документация, выполнена закупка материалов, началась сборка щита управления.
4. Разработано программное обеспечение для ПЛК, панели оператора.
5. После завершения сборки монтажной панели системы управления, программирования проведены заводские испытания новой системы. Так как оборудование все время находилось в работе, для замены старой системы управления на новую заказчиком отводился минимально возможный временной промежуток. По согласованию с заказчиком ООО «КУБТРОНИКС» приступило к оказанию услуг непосредственно на заводе.
6. Была демонтирована существующая система управления, включая кабельную продукцию, первичные преобразователи, монтажную панель.
7. Была заменена дверь на новую с новыми элементами сигнализации, управления.
8. Был выполнен монтаж первичных преобразователей и кабельной продукции.
9. По завершении монтажа сотрудники ООО «КУБТРОНИКС» приступили к пуско-наладочным работам, что показывает следующий снимок.
10. После завершения ПНР новая АСУ была переведена в режим опытной эксплуатации, началось производство жестяных крышек.
11. После завершения опытной эксплуатации оборудование введено в промышленную эксплуатацию.

  В итоге были достигнуты результаты:

• увеличилась на 30% производительность,
• исключены отказы, остановки по ложному срабатыванию цепей безопасности,
• с 40 до 10 минут (75%) сократилось время переналадки станка для другого типоразмера крышек.
• реализован электронный журнал ошибок, который улучшил диагностику работы механо-технологической части,
• полностью исключен брак, связанный с неверными настройками,
• улучшена ремонтопригодность АСУ, так как все использованные элементы автоматизации доступны для покупки в России в настоящий момент,
• 100% резервирование органов ручного управления, штатной сигнализации.
• наличие в ПЛК порта Ethernet позволяет выполнить интеграцию станка в заводские системы диспетчерского контроля.

  Так как заказчик не раскрывает себестоимость производимой продукции, мы не можем определить итоговые экономические показатели выполненной нами работы.

Оценка стоимости и эффективности модернизации системы управления станка

  Перед началом любого проекта по обновлению промышленного оборудования определяющим для принятия решения становится расчет стоимости и эффективности. Для заказчика стоимость услуг должна соответствовать бюджету или проходить согласование для формирования необходимого финансирования.

  Следующий шаг, необходимый для принятия решения, - расчёт рентабельности, которая позволяет рассчитать срок окупаемости вложений, уровень прибыли, которую предприятие сможет получить за счёт обновления. Расчёт включает сопоставление стоимости проекта с ожидаемым экономическим эффектом от:

• сокращения времени простоя,
• снижения эксплуатационных затрат,
• увеличения объёма выпуска продукции,
• снижения доли брака,
• экономии энергоносителей, материалов,
• уменьшения времени переналадки.

  На практике могут использоваться другие критерии, определенные на конкретном предприятии. Например, снижение величины оплаты труда оперативного персонала за счет уменьшения необходимого для работы персонала, повышение производительности персонала.

  Как было указано выше, основой для расчёта стоимости модернизации служит утверждённое техническое задание, плюс подготовленная смета. В смету включаются затраты на:

1. закупку необходимых комплектующих,
2. разработку конструкторской документации,
3. установку новых компонентов,
4. разработку алгоритмов управления, прикладного программного обеспечения,
5. программирование микропроцессорных устройств,
6. проведение монтажа, ПНР.

  В зависимости от условий функционирования оборудования дополнительно могут учитываться затраты на демонтаж старого оборудования, транспортировку, техническое сопровождение. Итоговая стоимость формируется поэтапно с разбивкой по категориям расходов, что позволяет спланировать бюджет, определить порядок финансирования, избежать непредвиденных затрат.