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具成本效益的PC-based機械手臂監測與預防保養解決方案

Date: 6/13/2016 12:00:00 AM

專案簡介

為了提高生產效率與產品良率,越來越多的製造業者開始引進具有高效、持久和準確特性的機器人應用,而不論是汽車、面板、晶圓、金屬、化工、塑膠、食品等領域,工業機器手臂都在工廠內扮演著不可或缺的關鍵角色。然而,當數量眾多的機器手臂被導入自動化生產作業流程時,設備突然地故障卻是影響產能的一大隱憂,特別是對於需要24小時不停機生產的高科技廠商而言,任何一條生產線的停擺都將造成莫大的損失。因此,透過感測器來收集機器手臂資訊以提前發現潛在問題已成為提升產能穩定度的重要一環。

但這類預防性的維護措施多半需要高速且大量地收集類比訊號,並且還要能夠進行高效運算、現場暫存與分散式的I/O配置,所以一般功能簡易且封閉式的可程式邏輯控制器(PLC)很難肩負如此重責大任;而機器手臂原廠的監管軟體又所費不貲,著實讓製造廠商卻步不前,因而遲遲未能導入這樣的預警系統。所幸,研華可以根據工廠現況透過PC-based的APAX系列可程式自動化控制器(PAC)與模組化的各類感測模組來客制出符合廠端所需的機械手臂監測方案,同時還能讓現場收集的資訊可以輕鬆地與廠商自行開發的廠務系統進行無縫整合,從而以具成本效益的方式達到即時監診與預防保養的目的。

系統需求

對於高科技製造業而言,機器人一直是其生產線上取放重且易碎之玻璃基板的重要幫手,像是全球知名的高科技製造廠就在全台超過十座工廠內以六千支的機器手臂來執行搬運與傳遞物料等作業,而其維護保養一般都是等到機器手臂完全故障了才會進行維修,或是等到年度歲修時才會檢查。但這樣的做法不僅無法充分掌握機器人的「健康」狀況,一旦臨時發生故障,輕則讓生產線停止運轉、重則導致產能不足而無法如期交貨。因此該公司開始尋找可預防無預警故障發生的設備監測解決方案,以便在一有異常狀況出現時就立即安排檢修,藉此優化機器手臂的使用效率並降低維護成本。

由於生產中需要多達數百道的工序,該公司目前每條生產線上都安裝了至少數十支的機器手臂,而機械手臂的異常狀況可以經由比對發現徵兆而提早發現,因此設備監測解決方案必須能高速採集每秒1000筆的類比訊號以詳實記錄狀態。其次,因為所有收集來的現場訊號需要回傳至中控室進行監控管理與資料分析,而為了避免龐大的資料量長時間佔用網路頻寬,監測系統還必須扮演中繼站的角色提供資料暫存功能,以便讓系統定時撈取資料。再則,雖然工廠坪數相當大,但生產線上能額外容納新設備的空間相當有限,所以分散式的資料採集與精簡化的硬體配置也是本專案必須納入的考量。

系統概述

研華以APAX-5000系列的PAC控制器搭配類比輸入模組與背板模組所規劃出的機器手臂監測與預防保養解決方案能滿足這家面板大廠高速擷取資料的需求。其中,內建Intel處理器的APAX-5580不但是一台可提供高效運算的工業電腦,也是一款可靈活整合各種I/O模組的控制平台。而透過12通道類比輸入模組APAX-5017H來連接六軸機器手臂上的比流器(Current Transformer),APAX-5580可以將模組收集來的類比訊號暫存於內部硬碟內,而中控室的監測系統即能透過工廠內部網路並按使用者設定的時間(每五分鐘或每十分鐘)定時地抓取工業電腦內的資料,藉此從詳細的電流變動訊息來分析出機械手臂是否出現異常。

不同於傳統的PLC只能處理簡單的邏輯功能,APAX-5580是集多種功能於一身的PAC控制器,所提供的高速資料處理、大容量記憶體與儲存空間、支援標準乙太網路介面、可串接各式各樣的模組等功能讓其足以擔負資料閘道器的重要任務,並以分散式架構來收集前端大量的類比訊號;PC-based的開放式環境還能輕鬆地與使用者在PC架構下所開發出的應用軟體順利整合;而緊湊外型與無風扇設計也讓APAX-5580非常適合空間有限的工廠環境之應用。至於精簡硬體數量方面,研華則是利用了雙插槽背板模組APAX-5002來提供菊鏈(Daisy Chain)功能,藉此即能串接多個類比輸入模組APAX-5017H,既省下額外加裝其他裝置(如:Switch)的需求,同時也讓機器手臂監測解決方案能以最少的硬體需求發揮最大的系統效益。

專案導入

ProductDescription
APAX-5580內建Intel® Core™ i7/i3/Celeron處理器、可DIN導軌安裝的PC-based控制平台
APAX-5017H12通道高速類比輸入模組
APAX-5002雙插槽背板模組

系統架構圖

結論

研華在設備監診與預防保養領域擁有多年的豐富經驗,並已為不少半導體與高科技大廠導入了相關的解決方案。以此家製造廠為例,之前廠房內的機台監診系統就是使用研華的方案,因此當該公司決定為機器手臂導入監測系統時也尋求研華的協助。而且此套解決方案還在測試階段時,就曾精準發現異常的電流訊號,之後的幾天內機器手臂也確實無法運作,因此讓該製造廠更堅定的相信導入這樣的監測系統有其必要性。再則,相較於使用到無法維修而必須花大錢換新的做法,透過預警系統所需的維護費僅佔整組機器手臂更新不到一成的費用,也等於讓廠商省下了大筆的設備更新成本。目前該公司廠房內已利用研華的監測解決方案來監控超過300支的機器手臂,同時也計劃分梯次地在其他廠房內建置同樣的系統以達到全面監測。