Vakuumtechnik pro digitální továrnu

Kompaktní terminál SCTMi: Díky modulárnímu uspořádání lze individuálně řídit a konfigurovat až 16 jednotlivých ejectorů. Parametrizace probíhá prostřednictvím aplikace. (Obrázek: J. Schmalz GmbH)

Elektrický vakuový generátor ECBPi s IO-Link a NFC byl navržen pro mobilní robotiku a stacionární manipulační úkoly s kolaborativními roboty (Cobots). (Obrázek: J. Schmalz GmbH)

Vakuové komponenty jsou rychle integrovány do aplikačního prostředí prostřednictvím rozhraní jako IO-Link, Ethernet nebo NFC. Umožňují bezproblémové sledování procesu, včasné odhalení chyb a plánovanou údržbu v pravý čas. (Obrázek: J. Schmalz GmbH)

Damit elektrické vakuové generátory, -gripy nebo kompaktní akční členy byly viditelné pro chytrou továrnu, musí poskytovat v reálném čase digitální údaje o energii a procesech. Schmalz pro tento účel integruje rozhraní jako IO-Link, Ethernet nebo NFC do svých vakuových komponentů a vytváří tak inteligentní základ pro propojenou výrobu.

Cyber-fyzické systémy jsou protagonisté čtvrté průmyslové revoluce. Spojují reálné s virtuálními objekty, tedy stroje s informačními systémy. Inovační úroveň ve srovnání s vlnou automatizace od 70. let 20. století je systémová komunikace. Díky ní je možné realizovat řízení energie a procesů, stejně jako prediktivní údržbu – pokud zařízení disponují příslušnými rozhraními.

Zvlášť pro propojení v oblasti vakuové automatizace vyvíjí společnost J. Schmalz GmbH vakuové komponenty, které nejenže zaznamenávají a odesílají data do cloudu, ale také je monitorují a analyzují. Díky rozhraním IO-Link nebo Industrial Ethernet se daří smart field device komunikovat nepřetržitě od úrovně senzorů a akčních členů přes nadřazenou řídicí jednotku (PLC) až po řídicí úroveň. Komunikace přitom funguje obousměrně: vedle přenosu údajů o stavu nebo spotřebě energie lze prostřednictvím řídicí jednotky měnit parametry a přenášet je na chytré pole zařízení.

Kromě rozhraní IO-Link a Industrial Ethernet integruje Schmalz do svých chytrých vakuových komponentů také NFC rozhraní (Near Field Communication). Pro bezdrátovou výměnu informací na krátké vzdálenosti dochází k bodově-k bodovému párování mezi chytrým polem zařízení a mobilním zařízením s NFC. Pro přenos není potřeba vlastní zdroj energie v komponentě. Místo toho je zde cívka, která je napájena přes smartphone. Cívka indukuje napětí do procesoru, který pak přes anténu odesílá své informace. Uživatel tak může přímo na svém smartphonu číst nejen procesní data, ale i informace o údržbě a servisu. Zařízení komunikuje prakticky v jasném jazyce: pokud dojde k zastavení, poskytne jasné pokyny k příčině chyby místo kryptických chybových kódů. Parametrizace komponenty může být také provedena přes smartphone. Schmalz proto vyvinul aplikaci ControlRoom. Změny parametrů provedené přes NFC lze přímo přenést na zařízení nebo je kopírovat z jednoho zařízení na druhé.

Další výhodou NFC je přímé přiřazení produktu k smartphonu. Dvě zařízení jsou propojena pouze na velmi krátkou vzdálenost maximálně dvou centimetrů. Uživatel tak může být jistý, že neparametrizuje náhodou sousední zařízení.

Od proudění vzduchu k datovému toku

Ukázkou toho, jak může digitalizace na úrovni komponentů přinést výhody pro vakuové aplikace, je pohled na kompaktní terminál SCTMi. Ten shromažďuje až 16 samostatných vakuových generátorů do kompaktní jednotky, která má pouze jeden elektrický a jeden pneumatický přívod. Schmalz tak umožňuje současné, nezávislé manipulace s různými díly pomocí jediného systému. Vakuum je generováno venturi tryskou a zaznamenáváno senzorem. Přesné hodnoty vakua lze číst buď prostřednictvím IO-Link procesních dat nebo na displeji generátoru.

Pomocí cyklických procesních dat jsou také řízeny ejectory a zpětně hlášeny aktuální informace z SCTMi. Uživatel má k dispozici přes IO-Link také nastavovací hodnoty, parametry a měřicí či analytická data. Diagnostické a prognostické funkce vakuových komponentů navíc poskytují informace o stavu zařízení a identifikují trendy v kvalitě a výkonu. Data jsou přenášena do interní nebo externí cloudové služby, kde jsou zpracovávána a analyzována, čímž přinášejí skutečnou přidanou hodnotu: pokud systém odhalí hodnoty mimo toleranci nebo postupné změny, může je rychle a přehledně zobrazit uživateli. Například systém pro prediktivní údržbu kontroluje netěsnosti a přetlakové stavy.

Události condition monitoringu jsou například spuštěny, když hodnoty přetlaků odchylují, doba evakuace ejectorů překročí stanovené limity nebo napětí senzorů je mimo pracovní rozsah. Funkce energy monitoring sleduje spotřebu energie připojených vakuových systémů. Tato kontrola je založena na měřeném průtoku vzduchu, který je vypočítáván s ohledem na systémový tlak a velikost trysky. Uživatel může přes procesní data IO-Link zadat externě změřenou hodnotu tlaku. Pokud je tato hodnota dostupná, může ejector měřit nejen procentuální, ale i absolutní spotřebu vzduchu.

Rychlá integrace

Díky těmto různorodým funkcím může uživatel udržovat svůj systém efektivní, vyhýbat se prostojům strojů a zvyšovat dostupnost zařízení. IO-Link mu však přináší i zásadní výhody při integraci kompaktního terminálu do systémového prostředí: Schmalz poskytuje rozsáhlý konfigurační soubor IO-Link IODD (IO Device Description), který obsahuje informace o identifikaci, parametrech zařízení, procesních a diagnostických datech i komunikačních vlastnostech. Výhodou je také zjednodušení výměny zařízení, protože protokol IO-Link obsahuje automatismus pro přenos dat. Při výměně zařízení za nové stejného typu jsou nastavovací parametry starého zařízení automaticky uloženy do nového zařízení přes řídicí jednotku.

Kompaktní terminál SCTMi je součástí stále rozšiřujícího se programu chytrých pole zařízení. Jejich procesní a stavová data umožňují koncepty Industry 4.0. Uživatelé tak profitují z rychlého uvedení do provozu, spolehlivého provozu a nižšího rizika výpadků. Kromě speciálních kompaktních akčních členů má Schmalz také elektronický vakuový tlakový spínač VSi – který měří a sleduje pod- a přetlak v automatizačních a manipulačních systémech – a speciální grip SNGi-AE a elektrický vakuový generátor ECBPi s IO-Link a NFC pro digitální továrnu.