智能​草皮​收割​机​提高​了​生产​力​并​降低​了​生产​成本

Steve Aposhian,FireFly Equipment

“利用​最新​技术​以及​LabVIEW RIO​架构​的​强大​功能,​FireFly​成功​开发​出​ProSlab 155​智能​草皮​收割​机,​其​收割​速度​比​市面上​的​其他​草皮​收割​机​高出​20%,​柴油​消耗量​降低​了​一半。”

- Steve Aposhian,​FireFly Equipment

挑战:

开发​一​款​高性能​自动​化​草皮​收割​机,​能​在​各种​耕作​条件下,​以​超高​效率​可靠​地​堆垛​草皮,​同时​提高​农场​生产​力,​并​降低​机器​的​操作​成本。​此外,​还​可​提供​安全​的​互​联​网​网​关,​以便​远程​监测​和​控制​草皮​收割​机。

解决​方案:

使用​LabVIEW​软件​和​CompactRIO​硬件​设计​ProSlab 155,​该​智能​机器​的​草皮​收割​速度​比​市面上​的​其他​草皮​收割​机​高出​20%,​且​柴油​消耗量​降低​了​一半。

FireFly Equipment​是​一家​智能​高性能​自动​化​草皮​收割​机​的​制造​商,​设计​出​一​款​革命性​的​新型​草皮​收割​机:​ProSlab 155。​这​部​草皮​收割​机​以​LabVIEW RIO​架构​为​基础,​完美​整合​了​先进​的​机械、​电气​及​软件​系统。​借助​NI​平台,​我们​的​机电​一体化​领域​专家​快捷​且​顺利​地​在​设计​过程​中​加入​了​机器​自动​化​编​程,​从而​在​短时间​内​完成​了​全新​智能​机器​的​原型​验证,​并​显著​缩短​了​产品​上市​时间。

 

传统​方法                                                

以​人工​堆垛​方式​收割​草皮​仍是​业界​广泛​采用​的​方法。​多年​来,​农场​设备​公司​一直在​尝试​制造​可​实现​草皮​收割​和​堆垛​自动​化​的​机器,​用​来​提高​生产​率。​但是,​由于​这些​机器​仍​采用​传统​方法,​因此​不是​性能​参差​不​齐,​就是​生产​力​仅​略高于​传统​的​人工​堆垛​流程。​这些​机器​采用​常见​的​移动​设备,​例如​用于​控制​液压​缸​液压​动力​的​电力​驱动​阀门​和​用于​运动​控制​的​电动机​等。​尽管​这些​组​件​对于​较​简易​的​系统​来说​还算​可靠,​但​当​它们​需要​执行​与​其他​流程​高度​同步​的​并行​作业,​或是​执行​高级​信号​处理​和​高速​运动​控制​轨迹​生成​所需​的​复杂​计算​作业​时,​效果​却​差​强​人​意。​此外,​有限​的​数据​处理​能力​与​封闭​式​的​系统​架构,​也​限制​了​高级​功能​及​远程​监测​和​诊断​的​可能性。

 

FireFly​的​方法

在​认识​到​上述​缺陷​后,​我们​致力​于​构​建​可​管理​和​同步​多个​并行​过程​的​更​智能​机器,​从而​实现​自动​化​草皮​收割​和​堆放。​首先,​收割​机会​将​草皮​从​地面​铲​起,​并​切割成​板​块,​再​经由​输送​带​传输​至​机器​后方。​接​下来,​连接​到​起重机​的​堆垛​机会​将​切割​好的​草皮​板​块​通过​输送​带​输送到​托​盘​上。​将​各个​草皮​板​块​堆放​于​托​盘​上​之后,​一​组​叉​铲​就​会​开始​向下​挤​压​托​盘​上​的​草皮。​堆垛​至​所需​高度​之后,​载满​平整​草皮​的​托​盘​就​会​放置​在​地面上,​而​托​盘​分配​机​则会​在​托​盘​升降​机上​补​上​一块​新的​空​托​盘,​让​切割​及​堆垛​流程​可以​无​中断​地​持续​进行。​整套​自动​化​系统​通过​一台​自​推​式​牵引​机​在​田野​间​四处​移动。​这些​系统​必须​连续​同步​地​工作,​才能​可靠​又​高效​地​收割​和​堆垛​草皮。​这​台​机器​总计​包含​近​80​个​模拟​和​数字​传感器,​以及​100​个​数字​输出。

 

我们​将​伺服​电气​系统​与​协同​多​轴​轨迹​发生​器​集成,​可​提供​执行​复杂​堆垛​流程​所需​的​速度、​效率、​准确​性​及​流畅​运动​控制​能力。​这​台​机器​可​连续​堆垛​草皮​板​块,​且​一年​的​工作​周期​可达​数​百万​次;​因此​不论是​速度​或​可靠性,​传统​机器​都​望尘​莫​及。​我们​选择​使用​传统​的​流体​动力​系统​来​执行​这​部​收割​机​的​较​简单​作业,​包括​操作​切割​机、​升降​机、​托​盘​分配​机​及​推进​系统。​为了​方便​未来​开发,​我们​需要​一套​高度​灵活​且​功能​强大​的​开放​式​平台,​用​来​进行​新​机器​的​设计、​原型​验证​以及​最终​产品​的​全球​部署。

 

LabVIEW RIO​架构

基于LabVIEWCompactRIO平台,​我们​将​传统​的​流体​动力​系统​及​伺服​电子​系统​整合​到​一台​机器​上,​用于​执行​各种​复杂​的​并行​作业。​CompactRIO​的​模​块​化​I/​O​使​用户​能够​灵活​地​部署​各种​类型​的​传感器​以及​工业​连接。​CompactRIO​的​实​时​控制器​及​可​重​配置​FPGA​机​箱​提供​了​一个​可​自​定义​的​平台,​可​实现​高度​同步​的​复杂​控制​系统。​LabVIEW​可在​FPGA​和​实​时​控制器​上​部署​多个​并行​循环​的​固有​能力,​加上​它​拥有​一​组​丰富​的​复杂​数学​函数,​并​能与LabVIEW SoftMotion​模块以及​Kollmorgen AKD​驱动​器​与​马达​集成,​因而​成为​一​款​适用​于​对​智能​机器​进行​全​方位​控制​的​强大​软件。​此外,​LabVIEW​的​开放​性​和​灵活​性​则​有助​于​实现​本地​操作​界面​所需​的​可靠​通信​架构,​以及​集中​资源​管理、​诊断​和​远端​更新。​当​这​款​机器​部署​到​全球​各地​并​需要​维护​时,​这些​功能​缺一不可。

 

解决​方案​优势

利用​最新​技术​以及​LabVIEW RIO​架构​的​强大​功能,​我们​成功​开发​出​ProSlab 155​智能​草皮​收割​机,​其​收割​速度​比​市面上​的​其他​草皮​收割​机​高出​20%,​柴油​消耗量​降低​了​一半。​这些​优势​帮助​商业​化​农民​创造​了​更高​的​收益,​并​省下​可观​的​成本。​自​2014​年​上市​之后,​ProSlab 155​在​巿​场​上​获得​了​很大​的​反响。​据悉,​FireFly​目前​正在​扩增​ProSlab 155​的​制造​设施,​从而​满足​不断​增加​的​市场​需求;​同时​持续​增加​研发​投资,​从而​充分利用​工业​物​联​网​技术。​在​不久​的​未来,​随着​工业​物​联​网​的​持续​发展,​FireFly​已​准备​好​利用​LabVIEW RIO​架构​来​为​客户​创造​更多​的​附加​价值。

 

作者​信息:

Steve Aposhian
FireFly Equipment

图​1. ​ ​借助​灵活​易​用​的​LabVIEW,​四名​机械​工程​师​在​短短​六个月​内​设计​出​FireFly​智能​机器。 ​
图​2. ​ ​CompactRIO​可​控制​这​台​机器​的​各个​组成​部分,​包括​40​个​液压​阀、​5​轴​高性能​运动​控制、​超过​150​个​模拟​与​数字​I/​O​通道、​操作​界面,​以及​超过​30​个​并行​控制​回路,​因而​免除​了​设计​多个​子​系统​的​需要。 ​
图​3. ​ ​FireFly​已​成功​实现​草皮​堆垛​流程​的​自动​化,​避免​了​以往​的​人工​流程,​进而​提高​了​生产​力​及​可靠性。 ​
图​4. ​ ​FireFly​智能​机器​的​自动​化​流程​涉及​多​道​并行​流程​的​管理​与​同步​执行,​包括​将​草皮​从​地面​铲​起​并​切割成​板​块,​经由​输送​带​传输​草皮,​再​整齐​地​堆放​在​托​盘​上,​然后​将​载满​平整​草皮​的​托​盘​放置​在​地面上。 ​