極具經濟效益的機器手臂監測與預防保養解決方案
zhizao
研華科技
為了提高生產效率與產品良率，越來越多的制造企業開始引進具有高效、持久及高精的機器人應用，在汽車、面板、晶圓、金屬、化工、塑料、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，設備突發故障卻成為影響產能的一大隱患，特別是對需要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，通過傳感器來收集機器手臂信息以提前發現潛在問題已成為提升產能穩定度的重要一環。
項目介紹
預防性維護措施大多需要高速且大量地收集模擬信號，且還需進行高效運算、現場存儲與分布式I/O配置，所以一般功能簡易且封閉式的可編程自動化控制器（PLC）很難肩負如此重任；而機器手臂原廠的監管軟件又價格昂貴，著實讓制造廠商望而卻步。所幸，據工廠實況，研華可通過PC-based的APAX系列可編程自動化控制器（PAC）與模塊化的各類感測模塊客制出符合廠端所需的機器手臂監測方案，同時還可以讓現場收集的信息輕松地與廠商自行開發的廠務系統無縫整合，從而以具成本效益的方式達到實時監診與預防保養的目的。
系統需求
對于高科技的面板制造業而言，玻璃基板重且易碎,機器手臂就成為其生產在線取放的得力干將，像全球知名的臺灣面板制造業就在全臺超過十座的工廠內，以六千支的機器手臂來執行搬運與傳遞物料等作業，但其維護保養一般都要等到機器手臂完全故障才會進行維修，或是等到年檢時才會進行檢修。這樣的做法不僅無法充分掌握機器手臂的「健康」狀況，且一旦突發故障，輕則使產線停止運轉，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并降低維護成本。
由于生產面板需要多達數百道的工序，目前該公司每條生產線都安裝了至少數十支的機器手臂，而機器手臂的異常狀況可以經由比對發現征兆而提早預防，因此設備監測解決方案必須能高速采集每秒1000筆的模擬量信號以保證準確的記錄設備狀態。其次，由于所有收集來的現場信號需要回傳至中控室進行監控管理與數據分析，為避免龐大的數據量長時間占用網絡帶寬，監測系統還必須扮演中繼站的角色提供數據存儲功能，以便讓系統定時收集數據。再則，雖然工廠面積大且產線分散，但產線能額外容納新設備的空間相當有限，所以分布式的數據采集與精簡化的硬件配置也是本項目必須考慮的重點。
系統概述
研華以APAX-5000系列PAC控制器搭配模擬量輸入模塊與分布式工業以太網總線所規劃出的機器手臂監測與預防保養解決方案，可滿足這家面板制造企業高速擷取數據的需求。其中，所選研華的APAX-5580控制器曾在第十四屆中國自動化年度評選中斬獲2016年中國自動化創新產品獎,其內建Intel處理器的APAX-5580不但是一臺可提供高效運算的工業計算機，也是一款可靈活整合各種I/O模塊的控制平臺，此外,通過12通道模擬量輸入模塊APAX-5017H來連接六軸機器手臂上的傳感器（Current Transformer），APAX-5580可以將APAX-5017H模塊收集來的模擬量信號暫存于內部硬盤內，而中控室的監測系統即可通過工廠內部網絡并根據用戶設定的時間（每隔五分鐘或每隔十分鐘）定時收集工業計算機內的數據，以詳細的電流變化信息分析機械手臂是否有異常狀況。
不同于傳統的PLC只能處理簡單的邏輯功能，APAX-5580是集多種功能于一身的PAC控制器，高速數據處理、大容量內存與儲存空間、支持標準以太網絡接口、可擴展各式各樣的模塊等功能讓其足以擔負起數據網關的重要任務，并以分布式架構來收集前端大量的模擬量信號；PC-based的開放式環境還能輕松地讓使用者在PC架構下所開發出的應用軟件順利整合；而緊湊式外型與無風扇設計也讓APAX-5580非常適合在空間有限的工廠環境中應用。至于精簡硬件數量方面，研華則是利用了雙插槽背板模塊APAX-5002來提供菊花鏈（Daisy Chain）工業以太網連接功能，藉此可擴展多個模擬量輸入模塊APAX-5017H，既省下額外附加的其他設備（如：交換機）的費用，同時也讓機器手臂監測解決方案能以最少的硬件成本發揮最大的系統經濟效益。
專案導入
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產品型號 |
描述 |
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APAX-5580 |
內建Intel® Core™ i7/i3/Celeron處理器、可DIN導軌安裝的PC-based控制平臺 |
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APAX-5017H |
12通道高速模擬量輸入模塊 |
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APAX-5002 |
雙插槽背板模塊 |
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，并已為不少半導體與高科技大廠導入了相關的解決方案。以此面板制造企業為例，之前廠房內的機臺監診系統就使用了研華的方案，因此當該公司決定為機器手臂導入監測系統時也第一時間尋求研華的協助。在此套解決方案還在測試階段之時，就曾精準的發現異常電流信號，不出幾日機器手臂也確實出現無法正常運作的狀況，因此讓該面板制造企業更堅定的相信導入這樣的設備監測系統有其必要性。此外,相較于因大量舊設備使用到無法維修導致花大錢換新設備的做法，通過預警系統所需的維護費僅占整組機器手臂更新不到一成的費用，這等同于讓廠商省下了大筆的設備更新成本。目前該公司中科廠區的廠房已利用研華監測解決方案來監控超過300支的機器手臂，與此同時,該制造企業也在計劃分批次在其他廠房內建置同樣的系統以達到全面監測。
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