Безмълвният комуникатор на производствения цех

Съвременните производствени среди са по-шумни, по-бързи и по-автоматизирани от всякога. Роботизираните клетки работят непрекъснато, конвейерите се движат с висока скорост, а честотните регулатори управляват двигатели в цели предприятия. Въпреки навлизането на усъвършенствани HMI системи и индустриална аналитика, едно устройство все още предоставя на операторите най-бързата обратна връзка за състоянието на машината: сигналната колона.

От заводите за автомобилен монтаж до линиите за фармацевтично опаковане сигналните колони остават универсален визуален език за състоянията на машините. Именно тяхната простота е причината да продължават да се използват в индустриални системи, които стават все по-цифрови.

В много предприятия, използващи контролери Allen-Bradley CompactLogix или разпределени PLC архитектури, сигналните колони все още се считат за основен инструмент за диагностика на първа линия, преди операторите дори да отворят HMI екран.

Сигналните колони осигуряват незабавна визуална обратна връзка за операторите, работещи в големи производствени клетки.

Защо цветовете все още имат значение в автоматизацията

Основната цел на сигналната колона е ясна: да съобщава незабавно състоянието на оборудването. Инженерната логика зад избора на цветовете обаче е по-важна, отколкото много интегратори осъзнават.

За разлика от стандартите за PLC програмиране, определени в IEC 61131-3, цветовите конвенции при сигналните колони не са стандартизирани в световен мащаб. Интеграторите и крайните потребители установяват собствени правила за работа в зависимост от производствената стратегия, философията за безопасност и работния процес по поддръжката.

Типична цветова логика в индустриалните клетки

Червеното обикновено се свързва с аварийни състояния, аварийни стопове или състояния на изключена машина. Мигащото червено обикновено показва активна аларма, изискваща намеса, докато постоянното червено често сигнализира, че управляващото захранване не е налично.

Жълтото или кехлибареното обикновено обозначава предупредителни състояния. Недостигът на материали, ниското въздушно налягане или заявките за допълване на подаващото устройство често активират това състояние, без напълно да спират производството.

Зеленото обикновено показва нормална автоматична работа. В някои системи мигащото зелено означава, че машината е готова, но очаква команда за стартиране на цикъла.

Съвременните светлинни колони с RGB възможности значително разшириха тази логика. Сините и белите индикатори вече се срещат често във фармацевтичната преработка, производството на полупроводници и системите за автоматизирано складиране, където е необходимо разграничаване на допълнителни състояния на машините.

Червеното, жълтото и зеленото остават основната сигнална структура в средите за индустриална автоматизация.

Преходът от лампи с нажежаема жичка към LED сигнални колони

Преходът от сигнални лампи с нажежаема жичка към LED отразява по-широките тенденции в индустриалната електроника. Производителите все повече изискват по-ниска консумация на енергия, по-дълъг експлоатационен живот и по-малки изисквания за поддръжка.

LED светлинните колони консумират по-малко ток и отделят значително по-малко топлина от традиционните системи с лампи с нажежаема жичка. Това позволява на производителите да създават по-компактни кули, като същевременно интегрират множество цветове в един модулен сегмент.

Последици за поддръжката в промишлените предприятия

Системите с лампи с нажежаема жичка все още предлагат едно оперативно предимство: опростена подмяна. Повредена крушка обикновено може да бъде сменена бързо с помощта на универсални налични лампи.

Междувременно LED системите често изискват подмяна на целия сигнален сегмент, тъй като светодиодите са интегрирани директно върху печатни платки. Макар че повредите възникват много по-рядко, разходите за подмяна могат да бъдат по-високи, когато все пак се стигне до повреда.

За предприятията, които поставят енергийната ефективност и стратегиите за прогнозна поддръжка на първо място, LED кулите до голяма степен са се превърнали в предпочитания избор.

Предприятията, внедряващи усъвършенствани системи за управление на движението и интелигентни задвижвания, включително индустриални платформи с VFD и AC задвижвания, все по-често стандартизират LED сигналните системи, за да се съобразят с архитектурите за автоматизация с по-ниска консумация на енергия.

Съвременните модулни кули позволяват на интеграторите да персонализират комбинациите от сегменти и конфигурациите за монтаж.

Интелигентните светлинни колони навлизат в индустриалната мрежа

Най-голямата промяна в технологията на светлинните колони не е визуална. Тя е комуникационна.

Традиционните кули разчитаха изцяло на дискретно окабеляване, като за всеки сегмент беше предназначен отделен сигнален проводник. Днес светлинните колони с поддръжка на Fieldbus се интегрират директно в инфраструктурите на индустриалния Ethernet и IO-Link.

IO-Link и динамично сигнализиране на машините

Интелигентните сигнални кули вече могат динамично да променят цветовете, да регулират яркостта, да променят честотата на мигане и програмно да активират зумери според състоянието на машината.

Системите с поддръжка на IO-Link също опростяват окабеляването, като предават конфигурацията и диагностичните данни чрез стандартизиран комуникационен слой. Това намалява сложността на монтажа и същевременно подобрява дистанционната диагностика.

Някои усъвършенствани RGB системи функционират почти като миниатюрни HMI панели. В системите за опаковане и обработка на материали интеграторите конфигурират отделните сегменти така, че да показват производствени количества, нивата на запълване на контейнерите за бракувани изделия или предупреждения за прогнозна поддръжка.

Тази промяна съответства на по-широките тенденции на Индустрия 4.0, при които дори обикновените полеви устройства се превръщат в интелигентни участници в мрежата.

Сигналните кули с поддръжка на Fieldbus осигуряват динамична визуализация и диагностика на ниво машина.

Разполагането е инженерно решение

Един от най-пренебрегваните аспекти при внедряването на сигнални колони е физическото им разположение. Неправилното позициониране може да направи дори най-добре разработената стратегия за сигнализация неефективна.

Производителите на машини обикновено монтират сигналните колони над предпазните ограждения, роботизираните клетки или конвейерните конструкции, за да осигурят максимална видимост в производствената зона. Прекомерната височина на монтажа обаче може да създаде мъртви зони за операторите и техническия персонал наблизо.

Координация на звуковата и визуалната сигнализация

В предприятия с високи нива на шум звуковите аларми остават важни. Лошо разграничените зумери обаче създават объркване вместо яснота.

Опитните системни интегратори често задават уникални тонови модели или честоти на импулсите за различните зони на оборудването. Това помага на операторите да установят произхода на алармата, преди визуално да локализират засегнатата машина.

Предприятията с плътно разположени автоматизирани системи все по-често интегрират логиката на сигналните колони с централизирани SCADA системи и системи за управление на алармите, за да намалят умората от аларми.

Методите за окабеляване продължават да се развиват

Базовите сигнални колони все още използват традиционни методи за дискретно окабеляване, при които отделни проводници са предназначени за всеки цвят на сегментите и за изхода на зумера.

Повечето системи с 24 VDC използват окабеляване с подаване на ток (PNP) или с отвеждане на ток (NPN) в зависимост от регионалните стандарти за проектиране и архитектурата на контролера.

Дискретното окабеляване остава широко разпространено при стандартните инсталации на сигнални колони в системи, управлявани от PLC.

Свързаност M12 и конструкция за включване и незабавна работа

Много от по-новите сигнални устройства вече използват стандартизирани M12 конектори, за да опростят монтажа и подмяната. Този подход намалява грешките при полевото окабеляване и ускорява пускането в експлоатация при сглобяването на машини.

В модулни производствени среди системите за сигнализация с бързо свързване са особено ценни, тъй като разположението на оборудването често се променя.

Сигналната колона далеч не е остаряла

Някои инженери смятат, че сигналните колони остаряват, тъй като съвременните HMI и индустриални табла предоставят много повече информация. В действителност се случва обратното.

С усъвършенстването на автоматизацията във фабриките визуалната комуникация на машините става още по-важна. Операторите, които наблюдават множество роботизирани клетки, не могат постоянно да следят интерфейсите на сензорните екрани или SCADA екраните.

Сигналната колона е ефективна, защото осигурява незабавна информация за състоянието на машината, без да изисква интерпретация. Обучен оператор може да установи производствен проблем от другия край на фабричния цех за секунди.

Тази ефективност все още е от значение в съвременната автоматизация.

Автор: Даниел Мърсър | Старши репортер за индустриални системи

Даниел Мърсър има 14 години опит в отразяването на индустриалната автоматизация, архитектурите за управление на машини и системите за интелигентно производство. Професионалният му опит включва проекти за интеграция на място с участието на Rockwell Automation, системи за управление на движенията Siemens, моторни задвижвания ABB и инфраструктура за управление на процеси Honeywell в автомобилни и енергийни предприятия.