Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Jak omezit složitost v průmyslové automatizaci

V průmyslové automatizaci se používá stále větší množství snímačů a jednotlivé prvky se stále více propojují, aby bylo možné výrobní procesy sledovat v co největších podrobnostech. Obvykle se má za to, že tento trend nutně vede ke složitějšímu získávání signálů, složitější propojovací technice i kabeláži. Ovšem podle firmy Heilind, s odkazem na množství nových řešení od předních výrobců, které firma zastupuje, je možné nárůstu složitosti systémů zabránit. 

Chytrá výroba je společné označení pro metody k dosahování různých cílů: větší flexibility výrobních procesů, automatického řízení doplňování materiálu nebo lepšího odhadu pravděpodobnosti selhání stroje. K tomu, aby bylo možné výrobní procesy a stav zařízení sledovat v co největších podrobnostech, je třeba do výrobních provozů instalovat množství vzájemně propojených snímačů. Obvykle se má za to, že tento trend nutně vede ke složitějšímu systému získávání signálů, složitější propojovací technice i kabeláži. Tento článek ukazuje, že tomu tak být nemusí. Složitost systémů průmyslové automatizace pomáhají omezovat kompletní balíčky snímačů, konektorů, kabelů, slučovačů signálů a softwarových modulů. 

Stále se měnící výroba potřebuje podrobnější monitorování procesů

Jako příklad poslouží hladinoměr používaný ke sledování zaplnění zásobního tanku. V minulosti, jestliže hladina v tanku klesla pod nastavenou mez, rozsvítila se kontrolka upozorňující obsluhu na to, že materiál v tanku je třeba doplnit dočerpáním ze skladu nebo je nutné zadat objednávku na jeho nákup od externího dodavatele. Tak to bylo dříve.

V současné době je hladinoměr obvykle zapojen do řídicího systému. Když hladina klesne pod nastavenou úroveň, řídicí systém automaticky zadá požadavek na doplnění tanku ze skladu nebo na vystavení objednávky pro externího dodavatele. Do řídicího systému nejsou přenášeny jen údaje o poloze hladiny v tanku, ale také o teplotě média, tlaku nad hladinou a průtocích na vtoku a výtoku. Například u jediného vtokového potrubí s plnicím čerpadlem je v současné době instalováno až 30 snímačů monitorujících celý proces.

Snímače na zásobním tanku využívají konektory M5, M8 nebo M12 určené do náročných pracovních podmínek venkovního prostředí, zatímco motory čerpadel mají odolné konektory M23.

Vést od každého snímače a akčního členu do řídicího systému samostatný kabel je velmi drahé řešení.

Proto jsou snímače a motory po skupinách připojeny ke slučovačům signálů. Ty jsou umístěny přímo v provozu. Zde jsou signály sdružovány a společně vedeny k řídicímu signálovému modulu, odkud už do řídicího systému vede jediný kabel. Pro sdružování signálů lze s výhodou použít rozhraní IO-Link. Příklad architektury je na obr. 1. Použity jsou odolné slučovače signálů Brad HarshIO IP67 I/O od firmy Molex (obr. 2), které kombinují až osm signálů ze snímačů do jednoho kabelu a tím zjednodušují kabeláž a instalaci. 

Typické komponenty pro monitorování procesů

Pro připojení snímačů a akčních členů dodávají firmy jako Molex nebo Amphenol kompletní balíčky obsahující konektory, kabely, slučovače signálů a řídicí signálové moduly v různých provedeních. Někteří výrobci rovněž nabízejí softwarové moduly a vývojové služby.

Například hladinový spínač LS02 (obr. 3) od Standex-Meder Electronics je k dispozici s reléovým výstupem v klidu otevřeným, v klidu sepnutým nebo přepínacím s maximální spínanou zátěží 100 W (400 V DC/1 A). K dispozici je však také varianta s digitálním výstupem. Signál hladinového spínače potom může spustit automatické vystavení objednávky na doplnění tanku.

Dalším příkladem inovací jsou konektory M12 od firmy Molex a M5 do firmy Norcomp (obr. 4) určené pro práci v náročném prostředí, které jsou odolné proti vodě a mají rozšířený rozsah provozních teplot. 

Snímače monitorují roboty a výrobní procesy

Druhým příkladem kompletního balíčku jsou snímače k využití ve výrobních zařízeních, kde je obvykle omezené místo pro instalaci dodatečných komponent a instalace kabelů je obtížná nebo často i nemožná. Jestliže je třeba dohlížet např. na robotickou buňku, používají se co možná nejmenší snímače a signály se přenášejí rádiovou sítí.

Snímače monitorují výrobní proces a registrují stav používaných strojů a systémů. Když např. poklesne tlak v hydraulickém obvodu, může to být známka úniku kapaliny. Snímač, který detekuje změnu, spustí alarm a automaticky vyrozumí pracovníka údržby. Tímto způsobem může být hydraulický obvod prohlédnut a opraven ještě před tím, než systém selže.

V nabídce společnosti Heilind je pro robotické buňky např. snímač momentu CD9515 s rychlou odezvou od TE Connectivity, který umožňuje měření v rozsahu od 5 do 1 000 Nm. Od stejného výrobce je dostupný také sklonoměr DOG2 MEMS s výstupem CAN J1939 (obr. 5). Tento dvouosý snímač náklonu má rozsah měření ±90°. A do třetice je v nabídce distributora Heilind snímač tlaku U5600 od TE Connectivity pro hydraulické rozvody. 

Výběr vhodných komponent

Komponenty pro průmyslovou automatizaci musí splňovat požadavky uživatelů vyplývající z oblasti, kde budou používány. Pro výběr vhodných průmyslových produktů zřídila společnost Heilind marketingový tým s vysokou úrovní technických znalostí. Tým má zkušenosti s komponentami, které mají být mechanicky odolné, s velkou odolností proti vlivům prostředí, s možností sanitace v potravinářském průmyslu či odolávající vodě, prachu, chemikáliím nebo extrémním teplotám.

(Heilind)

Obr. 1. Příklad architektury využívající distribuované moduly I/O (zdroj: Molex)

Obr. 2. Slučovače signálů Brad HarshIO Profinet I/O pro montáž do provozního prostředí mají krytí IP67 (Molex)

Obr. 3. Plovákový hladinový spínač LS02 (Standex-Meder Electronics)

Obr. 4. Odolný konektor M5 od firmy Norcomp

Obr. 5. Sklonoměr DOG2 MEMS (TE Connectivity)