FireFly公司研发的智能草皮收割机可帮助农民提升产能和降低成本

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"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

The Challenge:
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,从而提高农场生产力,并降低机器的操作成本,同时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。

The Solution:
使用LabVIEW软件与CompactRIO硬件开发的ProSlab 155是一款智能草皮收割机,收割速度比市面上的其他草皮收割机高出20%,柴油消耗量仅为其他收割机的一半。

Author(s):
Steve Aposhian - FireFly Equipment

FireFly Equipment是一家智能高性能自动化草皮收割机的制造商。该公司开发了一款划时代的新型草皮收割机:ProSlab 155。这部草皮收割机以LabVIEW RIO架构为基础,完美整合了最先进的机械、电气及软件系统。 NI平台帮助我们的机电一体化专家快速无缝地将设计流程与机器自动化编程集成起来,让他们能够快速且无缝地对全新的智能机器进行原型验证,同时大幅缩短了产品上市所需的时间。

传统方法                                                

以手工堆垛方式收割草皮,目前仍是业界广泛采用的方法。 过去几年来,有些农业设备公司为了提高生产力,尝试开发可自动切割并堆垛草皮板块的机器。但由于这些机器仍采用传统方式,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。 这些机器采用电力驱动阀门等常见的移动设备,将流体动力传送至液压汽缸与马达,以便进行运动控制。 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采用的全新方法

认识到上述缺陷后,我们开始致力于打造一台更智能的机器,使其能够管理并同步执行多个平行过程,以实现草皮切割及堆垛的自动化。 首先,切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。 接着,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,让切割及堆垛程序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,这台机器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个模拟及数字传感器,以及100个数字输出。

我们将伺服电子系统与协同多轴轨迹发生器集成,以提供执行复杂堆垛程序所需的速度、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,皆为传统机器所望尘莫及。 我们选择使用传统的流体动力系统来执行这部收割机较不复杂的作业,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,以进行新机器的设计、原型验证以及最终产品的全球部署。

LabVIEW RIO架构

我们使用LabVIEWCompactRIO平台,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来执行各种复杂的并行作业。 CompactRIO的模块化I/O使得用户能够灵活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,来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和集中资源管理、诊断及远端更新。 当这款机器部署到全球各地并需要维护时,这些功能将缺一不可。

图1. 借助灵活易用的LabVIEW,4名机械工程师在短短6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。

解决方案的优势

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。 这些优势可帮助商业化农民创造了更高的收益,并省下极为可观的成本。 自2014年上市之后,ProSlab 155在巿场上获得了极大的回响。我们目前正在扩增ProSlab 155的制造设施,以满足不断增加的市场需求,同时持续增加研发投资,以利用工业物联网技术。 随着工业物联网持续演进,FireFly已准备好利用LabVIEW RIO架构来为客户创造更多的附加价值。

图 3. FireFly公司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,进而提高了此流程的生产力及可靠性。

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、切割成板块,再通过输送带传输,整齐地堆放于托盘上,最后再将载满平整草皮板块的托盘放置在地面上。

Author Information:
Steve Aposhian
FireFly Equipment

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