Technika próżniowa dla cyfrowej fabryki

Kompaktterminal SCTMi: Dzięki modułowej konstrukcji można indywidualnie sterować i konfigurować do 16 pojedynczych elektrozaworów. Parametryzacja odbywa się za pomocą aplikacji. (Zdjęcie: J. Schmalz GmbH)

Generator próżni elektrycznej ECBPi z IO-Link i NFC został opracowany do mobilnej robotyki i stacjonarnych zadań manipulacyjnych z robotami współpracującymi (Cobots). (Zdjęcie: J. Schmalz GmbH)

Komponenty próżniowe są szybko integrowane w środowisku aplikacyjnym za pomocą interfejsów takich jak IO-Link, Ethernet czy NFC. Umożliwiają one nieprzerwaną kontrolę procesu, wczesne wykrywanie błędów oraz terminową, planowaną konserwację. (Zdjęcie: J. Schmalz GmbH)

Aby elektryczne generatory próżni, chwytaki lub kompaktowe elementy były widoczne dla inteligentnej fabryki, muszą one w czasie rzeczywistym udostępniać cyfrowe dane energetyczne i procesowe. Schmalz integruje w tym celu interfejsy takie jak IO-Link, Ethernet lub NFC w swoje komponenty próżniowe, tworząc tym samym inteligentną podstawę dla zintegrowanej produkcji.

Systemy cyber-fizyczne są głównymi bohaterami czwartej rewolucji przemysłowej. łączą one obiekty rzeczywiste z wirtualnymi, czyli maszyny z systemami przetwarzania informacji. Poziom innowacji w porównaniu z falą automatyzacji rozpoczętą od lat 70. XX wieku jest oparty na komunikacji między systemami. Dzięki niej możliwa jest kontrola energii i procesów oraz przewidywane utrzymanie ruchu – jeśli urządzenia posiadają odpowiednie interfejsy.

Specjalnie dla sieciowania w automatyce próżniowej firma J. Schmalz GmbH opracowała komponenty próżniowe, które nie tylko rejestrują i przesyłają dane istotne dla energii i wydajności do chmury, ale także je monitorują i analizują. Dzięki interfejsom IO-Link lub Industrial Ethernet, inteligentne urządzenia polowe zapewniają ciągłą komunikację od poziomu czujników i siłowników do nadrzędnego sterownika (PLC) i dalej do poziomu zarządzania. Komunikacja ta działa w obie strony: oprócz przesyłania danych o stanie lub zużyciu energii, za pomocą sterowania można zmieniać parametry i przesyłać je do inteligentnego urządzenia polowego.

Oprócz interfejsów IO-Link i Industrial Ethernet, Schmalz integruje w swoich inteligentnych komponentach próżniowych także interfejs NFC (Near Field Communication). Aby bezprzewodowo wymieniać informacje na krótkim dystansie, odbywa się połączenie punkt-punkt między inteligentnym urządzeniem polowym a mobilnym urządzeniem użytkownika obsługującym NFC. Do przesyłu nie jest potrzebne własne źródło energii w urządzeniu. Zamiast tego zamontowana jest cewka, która jest zasilana przez smartfon. Cewka indukuje napięcie w procesorze, który następnie wysyła informacje za pomocą anteny. Użytkownik może więc bezpośrednio odczytać dane procesowe, a także informacje o konserwacji i serwisie na smartfonie. Urządzenie komunikuje się niemal w języku zrozumiałym dla użytkownika: w przypadku awarii dostarcza jednoznaczne wskazówki co do źródła problemu zamiast krypticznych kodów błędów. Parametry komponentu można także konfigurować za pomocą smartfona. W tym celu Schmalz opracował aplikację ControlRoom. Zmiany parametrów dokonywane przez NFC mogą być bezpośrednio przesyłane do urządzenia lub kopiowane z jednego urządzenia na inne.

Inną zaletą NFC jest bezpośrednie powiązanie produktu ze smartfonem. Dwa urządzenia łączą się tylko na bardzo krótkim dystansie, maksymalnie dwóch centymetrów. Dzięki temu użytkownik ma pewność, że nie dokona niezamierzonej konfiguracji sąsiednich urządzeń.

Od przepływu powietrza do strumienia danych

Przykład, jak cyfryzacja na poziomie komponentów może przynieść korzyści dla zastosowań w próżni, pokazuje spojrzenie na kompaktowy terminal SCTMi. Zbiera on do 16 pojedynczych generatorów próżni w jedną kompaktową jednostkę, która posiada tylko jedno złącze elektryczne i jedno złącze sprężonego powietrza. Schmalz umożliwia tym samym jednoczesną, niezależną obsługę różnych elementów za pomocą jednego systemu. Próżnia jest generowana za pomocą dyszy Venturi i rejestrowana przez czujnik. Dokładną wartość próżni użytkownik może odczytać za pomocą danych procesowych IO-Link lub na wyświetlaczu generatora.

Za pomocą cyklicznych danych procesowych sterowane są również ejektory, a aktualne informacje z SCTMi są przesyłane zwrotnie. Użytkownik ma dostęp do ustawień, parametrów oraz danych pomiarowych i analitycznych przez połączenie IO-Link. Funkcje diagnostyczne i prognostyczne komponentów próżniowych dostarczają informacji o stanie systemu i wykrywają trendy w jakości i wydajności. Dane przesyłane do chmury wewnętrznej lub zewnętrznej są analizowane i przetwarzane, generując realną wartość dodaną: system, wykrywając odchylenia od tolerancji lub stopniowe zmiany, może szybko i przejrzyście informować użytkownika. Na przykład system do predykcyjnego utrzymania ruchu sprawdza szczelność i nadciśnienie.

Wydarzenia związane z monitorowaniem stanu są wywoływane na przykład, gdy wartości nadciśnienia odbiegają od normy, czas ewakuacji eektorów przekracza granice lub napięcia czujników są poza zakresem pracy. Funkcja monitorowania energii śledzi zużycie energii przez podłączone systemy próżniowe. Monitoring ten opiera się na pomiarze zużycia powietrza, uwzględniając ciśnienie systemowe i wielkość dyszy. Użytkownicy mogą za pomocą danych procesowych IO-Link podać zewnętrzną wartość ciśnienia. Gdy ta wartość jest dostępna, eektor może dodatkowo mierzyć zarówno procentowe, jak i absolutne zużycie powietrza.

Szybka integracja

Dzięki tym licznym funkcjom użytkownik może efektywnie utrzymywać swoją instalację, unikać przestojów maszyn i zwiększać dostępność systemów. Jednak IO-Link oferuje mu także kluczowe korzyści już na etapie integracji kompaktowego terminala w środowisku systemowym: Schmalz udostępnia obszerne pliki konfiguracyjne IO-Link IODD (IO Device Description), które zawierają między innymi informacje o identyfikacji, parametrach urządzenia, danych procesowych i diagnostycznych oraz właściwościach komunikacyjnych. Ułatwia to także wymianę urządzeń, ponieważ protokół IO-Link zawiera automatyczny mechanizm przejęcia danych. Przy wymianie urządzenia na nowe tego samego typu, ustawienia starego urządzenia są automatycznie zapisywane w nowym przez główny moduł.

Kompleksowy terminal SCTMi jest częścią stale rozwijanego programu inteligentnych urządzeń polowych. Ich dane procesowe i stanu umożliwiają wdrażanie koncepcji Industry 4.0. Użytkownicy korzystają z szybkiego uruchomienia, niezawodnej pracy i mniejszego ryzyka awarii. Oprócz specjalnych elementów próżniowych Schmalz wyposażył także elektroniczny przełącznik ciśnienia próżni VSi – który mierzy i monitoruje ciśnienia poniżej i powyżej normy w systemach automatyzacji i obsługi – oraz specjalny chwytak SNGi-AE i elektryczny generator próżni ECBPi z obsługą NFC i IO-Link dla cyfrowej fabryki.