Vacuumtechniek voor de digitale fabriek

Kompaktterminal SCTMi: Door de modulaire opbouw kunnen tot 16 individuele ejectoren apart worden aangestuurd en geconfigureerd. De parametrering gebeurt via de app. (Afbeelding: J. Schmalz GmbH)

De elektrische vacuüm-generator ECBPi met IO-Link en NFC is ontwikkeld voor mobiele robotica en stationaire handlingstaken met collaboratieve robots (cobots). (Afbeelding: J. Schmalz GmbH)

De vacuümcomponenten worden snel in de toepassingsomgeving geïntegreerd via interfaces zoals IO-Link, Ethernet of NFC. Ze maken een naadloze procesbewaking, vroege foutdetectie en tijdige, geplande onderhoud mogelijk. (Afbeelding: J. Schmalz GmbH)

Om elektrische vacuüm-generators, -greifers of compactejectoren zichtbaar te maken voor de slimme fabriek, moeten ze in realtime digitale energie- en procesgegevens beschikbaar stellen. Schmalz integreert hiervoor interfaces zoals IO-Link, Ethernet of NFC in zijn vacuümcomponenten en creëert zo de intelligente basis voor de verbonden productie.

Cyber-fysieke systemen zijn de hoofdrolspelers van de vierde industriële revolutie. Ze koppelen echte objecten aan virtuele, dus machines aan informatiesystemen. De innovatieniveau ten opzichte van de automatiseringsgolf door elektronica en IT vanaf de jaren 1970 is de systeemoverstijgende communicatie. Hierdoor kunnen energie- en procescontrole evenals voorspellend onderhoud worden gerealiseerd – mits de apparaten beschikken over de juiste interfaces.

Speciaal voor de netwerkmogelijkheden in de vacuümautomatisering ontwikkelt de J. Schmalz GmbH vacuümcomponenten die energie- en prestatiegerelateerde gegevens niet alleen vastleggen en naar de cloud sturen, maar ook bewaken en analyseren. Dankzij IO-Link of Industrial Ethernet-interfaces kunnen de slimme veldapparaten communiceren van de sensor- en actuatorlaag tot de bovenliggende besturing (PLC) en verder naar de besturingslaag. De communicatie werkt in beide richtingen: naast het doorgeven van gegevens over de toestand of het energieverbruik kunnen via de besturing parameters worden gewijzigd en op het slimme veldapparaat worden overgedragen.

Naast de IO-Link- en Industrial Ethernet-interfaces integreert Schmalz in zijn intelligente vacuümcomponenten ook een NFC-interface (Near Field Communication). Om via korte afstanden draadloos informatie uit te wisselen, vindt er een punt-tot-punt koppeling plaats tussen het slimme veldapparaat en het NFC-compatibele mobiele eindapparaat van de gebruiker. Voor de overdracht is geen eigen energiebron in het apparaat nodig. In plaats daarvan is een spoel ingebouwd die via de smartphone wordt opgewekt. De spoel induceert een spanning in een processor, die vervolgens via een antenne zijn informatie verzendt. De gebruiker kan dus zowel procesgegevens als onderhouds- en service-informatie direct op de smartphone aflezen. Het apparaat spreekt bijna in klare taal met de gebruiker: bij stilstand geeft het duidelijke aanwijzingen over de foutbron in plaats van cryptische foutcodes. Ook het parametrieren van het apparaat kan via de smartphone plaatsvinden. Hiervoor heeft Schmalz de app ControlRoom ontwikkeld. Parameterwijzigingen die via NFC worden aangebracht, kunnen direct op het apparaat worden overgedragen of van het ene apparaat op het andere worden gekopieerd.

Een bijkomend voordeel van NFC is de directe koppeling van product aan smartphone. Twee apparaten worden slechts over een zeer korte afstand van maximaal twee centimeter verbonden. Zo kan de gebruiker er zeker van zijn dat hij geen aangrenzende apparaten per ongeluk parametreert.

Van de luchtstroom naar de datastroom

Welke voordelen digitalisering op componentniveau kan bieden voor de vacuümtoepassing, wordt illustratief duidelijk door een blik op het compacte terminal SCTMi. Deze bundelt tot 16 afzonderlijke vacuüm-generators tot een compacte eenheid die slechts over een elektrische en een persluchtaansluiting beschikt. Schmalz maakt zo gelijktijdige, onafhankelijke handling van verschillende onderdelen mogelijk met slechts één systeem. Het vacuüm wordt gegenereerd met een Venturi-nozzle en door een sensor geregistreerd. De exacte vacuümwaarde kan de gebruiker aflezen via de IO-Link-procesgegevens of op het display van de generator.

Via de cyclische procesgegevens worden ook de ejectoren aangestuurd en worden actuele informatie van de SCTMi teruggemeld. Eveneens staan de gebruiker via de IO-Link-verbinding instelwaarden, parameters, meet- en analysegegevens ter beschikking. Daarnaast geven de diagnose- en prognosefuncties van de vacuümcomponenten informatie over de toestand van de installatie en herkennen trends in kwaliteit en prestaties. Gegevens die naar een interne of externe cloud worden gestuurd, worden verwerkt en geanalyseerd en leveren echte meerwaarde op: als het systeem uit de tolerantiewaarden of sluipende veranderingen afleidt, kunnen deze snel en overzichtelijk aan de gebruiker worden weergegeven. Bijvoorbeeld controleert het systeem voor de predictive maintenance de lekkage en de stuwdruk.

Condition-monitoring gebeurtenissen worden bijvoorbeeld getriggerd wanneer de waarden van de stuwdruk afwijken, de evacuatie-tijden van de ejectoren hun grenswaarden overschrijden of sensorsignalen buiten het werkbereik liggen. De energy-monitoring functie houdt het energieverbruik van de aangesloten vacuüm systemen in de gaten. Deze bewaking is gebaseerd op de gemeten luchtverbruik, dat wordt berekend op basis van systeemdruk en nozzlegrootte. Gebruikers kunnen via de IO-Link-procesgegevens een extern gemeten drukwaarde invoeren. Wanneer deze waarde beschikbaar is, kan de ejector naast het percentage ook het absolute luchtverbruik meten.

Snel geïntegreerd

Door deze diverse functies kan de gebruiker zijn installatie efficiënt onderhouden, stilstand van machines voorkomen en de beschikbaarheid van de systemen verhogen. Maar IO-Link biedt hem ook al bij de integratie van het compacte terminal in de systeemomgeving belangrijke voordelen: Schmalz stelt de gebruiker een uitgebreide IO-Link-configuratiebestand IODD (IO Device Description) ter beschikking, dat onder andere informatie bevat over identificatie, apparaatparameters, proces- en diagnosegegevens en communicatie-eigenschappen. Ook wordt de uitwisseling van apparaten vereenvoudigd, omdat het IO-Link-protocol een automatisme voor gegevensovername bevat. Bij het vervangen van een apparaat door een nieuw exemplaar van hetzelfde type worden de instellingen van het oude apparaat automatisch door de master in het nieuwe apparaat opgeslagen.

Het compacte terminal SCTMi maakt deel uit van het continu groeiende programma van intelligente veldapparaten. Hun proces- en statusgegevens maken Industrie 4.0-concepten mogelijk. Gebruikers profiteren van een snelle ingebruikname, betrouwbare werking en minder uitvaltijd. Naast speciale compactejectoren heeft Schmalz ook de elektronische vacuüm-drukschakelaar VSi – die onder- en overdruk meet en bewaakt in automatiserings- en handling systemen – evenals de speciale grijper SNGi-AE en de elektrische vacuüm-generator ECBPi met IO-Link en NFC voor de digitale fabriek uitgerust.