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氣控閥:數字化轉型的新技術
http://www.sammy-online.com 2020-08-14 14:20:14 全球閥門網
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  圍繞工業物聯網(IIoT)建立的原則指導著自動化行業迅速采用和主流化了許多生產系統。這些系統符合數字化轉換的概念,包括智能,聯網的生產系統和利用更智能信息和通信技術的組件。
 
  隨著這一演進過程的發展,某些人可能會認為成熟的制造技術,例如氣動技術,可能被認為是“過時的”甚至是“落后的”。但是,氣動技術(包括驅動控制閥的技術)繼續發展,并結合了傳感器,工業網絡接口,無線技術和復雜的數字控制功能,使其非常適合在新興的IIoT驅動的生產系統中使用。
 
  氣控閥:數字化轉型的新技術
 
  技術發展
 
  最初通過離散接線實現對氣控閥的控制和氣缸位置傳感器的監視:每個可編程邏輯控制器(PLC)的輸出分別接線至電磁閥線圈并單獨觸發。氣缸上的位置傳感器重新連接到PLC的輸入卡。這樣的系統昂貴且安裝耗時。
 
  隨著插入式閥和閥組的創建,這些系統發展成為一種更實用的解決方案,其中可以通過單根電纜實現與PLC輸入/輸出(I/O)卡的所有電磁閥連接,并通過多根電纜端接針連接器。這意味著,只需一根電纜,即可輕松更換數十根單獨的電線,從而大大降低了用于氣動閥控制目的的接線成本。
 
  盡管這些插入式閥減少了為每個電磁線圈分別接線的零件和人工成本,但它們并未包含診斷反饋和其他有用的操作信息。要獲取其他信息,將需要將單獨的傳感器連接回PLC I/O卡,以測量和驗證正確的功能。該功能數據可以包括氣缸位置,閥芯位置,壓力,流量和其他有用信息。
 
  氣控閥:數字化轉型的新技術
 
  與IIoT集成的閥門(左)連接到智能氣動監控“集線器”(右),匯總并組織氣動性能數據,并通過單獨的并行路徑將其傳遞至工廠管理系統。
 
  隨著自動化系統的成熟,現場總線(工業網絡)的通信連接變得越來越普遍。使用各種工業網絡協議(例如Profibus,Sercos和基于以太網的現場總線技術)來實現這種連接。該解決方案節省了額外的成本,并為PLC提供了通過一條低成本通信電纜(無需本地I/O卡)交換控制閥和監控傳感器及設備交換I/O數據的機會。氣動閥歧管開始結合現場總線接口和I/O功能,以提供功能更全面的完整氣動閥套件,并設計為可輕松與更智能,更復雜的自動化平臺集成。
 
  將這些通訊組件集成在閥組上,再加上用于構造和防止水和灰塵進入的新型輕質聚合物材料,也使閥管匯的位置更靠近系統或執行機構,而無需安裝外殼?,F在,機械制造商可以更輕松地將閥門安裝在末端執行器,機器人手臂和其他工作部件上,從而將閥門定位在更靠近氣動裝置的位置。這種配置具有以下優點:除了減少連接驅動設備的閥門和氣缸所需的管路數量之外,還可以優化氣動系統,從而縮短響應時間并提高運動序列的通量。
 
  集成壓力調節
 
  當將電動氣動控制功能集成到閥門閥組中時,閥門技術,性能和多功能性方面的進步向前邁出了重要的一步?;镜臍鈩娱y只是一個簡單的方向控制閥:發送電信號以切換閥芯,將空氣從一個端口或另一個端口引出。相反,電氣(E/P)調壓閥,也稱為E/P轉換器,不能簡單地提供方向控制。它們還可以提供與設備從PLC模擬輸出卡接收到的信號的模擬電壓或電流成比例的壓力范圍。
 
  從閥組可以看出,使用比例調節器也取得了很大進步。新技術允許使用數字信號更精確地控制這些設備,并允許集成現場總線連接。這意味著機器的PLC可以輕松,準確地發送參數來動態控制閥和氣缸的壓力,從而優化生產系統的力和壓力要求。
 
  氣控閥:數字化轉型的新技術
 
  包裝機上這種簡單的集成式IIoT解決方案具有氣門閥組,氣瓶和傳感器,可用于監視舊機器和新機器上的機器運行狀況。
 
  先進的氣動控制技術(將方向控制和壓力控制巧妙地結合在一起)提高了氣動技術的價值和多功能性,適用于各種自動化應用。通過確保良好的終點精度和可重復性,它可以在制造過程中進行更精確,更優化的控制。
 
  這種工作方式的一個示例是在焊接系統中使用的電動氣動控制,以自動制造發動機啟動器。在此應用中,預裝的電樞在工件托盤上運輸,對齊以進行位置檢測,并通過氣動夾具將其放置到焊接位置。焊接后,附加的夾具將電樞返回到工件托盤,然后將其運輸到生產的下一步。
 
  電控氣動壓力調節器與集成了現場總線通訊功能的先進閥組相結合,可以動態調節壓力來優化擴散焊接工藝,該壓力可以根據應用進行精確調整。同時,集成在閥組中的智能功能可以監視和記錄閥門的所有功能,控制夾持器以提高質量控制和過程跟蹤水平。在此處使用數字E/P的另一個優勢是,可以通過僅“即時”提供執行特定任務所需的壓力而不是對所有任務使用最高壓力來優化能源效率。例如,一種應用可能需要一個氣缸以80psi的壓力推出,但返回壓力可以是30 psi以節省能量。使用數字E/P,機器制造商可以將這些參數編程到系統中。
 
  加強監測和控制
 
  制造業數字化轉型的主要目標之一是收集可操作的信息,以對生產過程中的每個步驟進行更復雜,更優化的控制。例如,制造汽車零部件的公司希望確切地了解驅動執行器的氣缸的力,壓力和位置,該執行器將軸承放置在設備中。他們還希望記錄下該序列,以便在50,000個零件以后,就知道它的制造精度與第一個零件完全相同。
 
  如果氣動設備在運行時生成的數據點存在偏差,則該數據可以指示問題。這些問題可能與實際設備有關,也可能包括諸如空氣供應系統中的壓力損失,所放置軸承的制造不當或執行器與向軸承供給設備失去同步性的問題。這些問題可能源于組件性能下降和維護需求。
 
  內置在氣動閥系統中的智能為監視和控制提供了新的機會。如果閥門的額定使用壽命為1.2億次,則當達到1億次時,精心設計的預測性維護系統可以生效。該系統可以捕獲并使用數據來執行檢查和維護操作,或者在設備實際發生故障之前實施對替換設備的自動購買請求。
 
  氣控閥:數字化轉型的新技術
 
  無線自動恢復模塊(ARM)可保護現場總線平臺的配置信息免遭嚴重故障的影響,并通過內部Wi-Fi接入點和移動網站輕松訪問診斷和調試數據。旨在輕松無縫地為不同的工位和順序提供不同的壓力。這可以包括即時的壓力變化和工具位置的支持,以快速進行產品變化以進行轉換,以增加靈活性。
 
  隨著氣動技術變得越來越智能,他們正在使用它們的整個生產系統中生成更多數據點-診斷,使用情況統計信息和壽命數據就是其中的幾個例子。當用于更有效地管理生產系統,控制能耗和最大化正常運行時間時,此數據具有最大價值。
 
  但是,來自智能設備和子系統的所有這些數據都有可能淹沒機器控制網絡并影響控制性能。一些氣動元件制造商正在提供智能的氣動監控“網關”或“集線器”,它們可以匯總和組織氣動性能數據,并通過單獨的并行路徑將其提供給工廠管理系統,因此控制網絡不會受到影響。這些中心可以獨立于使用OPC統一體系結構,MQ遙測傳輸,超文本傳輸協議或電子郵件路徑的過程控制體系結構,以在系統級和設備級性能上傳遞警報和數據。
 
  隨著無線通信技術的進步,制造商還可以提供設備級分析功能,并通過Wi-Fi連接傳輸警報。當氣動閥系統安裝在空中或機器深處時,很難實現關鍵診斷信息或關鍵調試功能的優勢。但是,制造商還可以通過移動網站輕松訪問某些現場總線平臺的強大診斷和調試功能,該網站可以在具有Wi-Fi功能的手機,平板電腦和筆記本電腦上使用,而無需安裝應用程序。
 
  設計用于數字轉換的氣動閥系統現在融合了功能和技術,為氣動執行器和應用提供了更高水平的精確控制。由于閥系統控制模塊中使用了更先進的電子設備,因此設計人員現在可以將比例積分微分(PID)控制器集成到氣動定位應用中,從而自動對控制功能進行準確而敏感的校正。
 
  借助這些高科技的氣動功能,不僅可以提供更精確的系統端點運動精度,而且與PLC結合使用,還可以從位置控制實時切換到力控制并微調運動高度自動化,產品吞吐量,可靠性和可重復性的序列。
 
  更智能的氣控閥
 
  氣控閥一直在穩步發展,以幫助OEM和最終用戶在其自動化系統中充分利用氣動技術。此外,許多氣動技術提供商已經對其在線配置和訂購工具進行了實質性升級,以使機器制造商即使在很短的周轉時間內也能高效而輕松地獲得零件。
 
  這些工具簡化了訂購曾經構成閥門系統的多個元件(底座,電子裝置以及閥門本身)的耗時過程,該過程非常耗時?,F在,這些在線配置器通過選擇現場總線接口,集成的I/O模塊和其他功能,以及作為包裝的一部分的CAD圖,而無需知道部件號或系統細微差別,就可以輕松訂購閥門組件。這些工具使OEM和最終用戶都可以在更緊湊,更可靠的購買過程中獲得完整的配置。
 
  充分利用電子技術和模塊化,尖端技術的力量,作為完整的智能氣動運動和控制平臺的一部分的氣控閥提供了一種經濟高效的多功能技術選擇。該選項可用于自動化和制造應用的各種數字轉換計劃。
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