Jaké místo má hydraulika a pneumatika v moderní automatizaci?

 

Nesouhlasím s tím, že by byly pneumatické mechanismy opomíjeny. Použití pneumatických mechanismů má své jasné opodstatnění a to se s vývojem elektrických systémů nemění. Spíše bych mluvil o vývoji elektropneumatických systémů, které vyzdvihují dobré vlastnosti obou typů mechanismů. Opodstatnění pneumatických mechanismů stále spočívá například v jednoduchosti jejich praktické aplikace a ovládání, nenáročnosti na údržbu. Nesmíme opomíjet i různá specifická prostředí a výhody využití pneumatických mechanismů např. v prostředí s nebezpečím výbuchu, kde by byla náhrada elektrickými systémy mnohem složitější a také nákladnější.

 

Já si také nemyslím, že jsou hydraulické a pneumatické prvky vytlačovány elektrickými, i když je samozřejmě zřejmý trend stále častějšího používání elektrických akčních prvků než v nedávné minulosti. To je způsobeno neustále se snižujícími cenami elektrických prvků a také zvyšující se úrovní vzdělání pracovníků v konstrukcích i ve výrobě. Hydraulické a pneumatické prvky jsou a i nadále budou využívány hlavně pro jejich jednoduchou konstrukci, nízké pořizovací náklady a jednoduchou údržbu. Hydraulické systémy budou stále nenahraditelné v aplikacích, kde je nutná velká pracovní síla, pneumatické prvky jsou cenově nenahraditelné v jednoduchých dvoustavových pohybech.

 

Menší hydraulické pohony jsou, zejména v obráběcích strojích, výhodně nahrazovány pohony elektrickými. Pro větší instalované příkony např. u tvářecích strojů vycházejí svými parametry lépe pohony hydraulické.

 

Pneumatické prvky se v porovnání s elektrickými vyznačují konstrukční jednoduchostí a vyšším výkonem vzhledem ke své hmotnosti či velikosti. Jejich nahrazování elektrickými pohony, lze-li o něm vůbec mluvit, má jasný původ v postupující globalizaci světového trhu. Ta totiž tlačí výrobce k větší přizpůsobivosti strojů, častějším změnám nastavení apod. Potřebné polohování pohonů je samozřejmě doménou (nikoliv však zcela) zejména pohonů elektrických.

 

Hydraulické a pneumatické pohony si v rostoucí konkurenci elektrických pohonů stále udržují své místo při uplatnění ve strojních zařízeních jednak díky svým dominantním charakteristickým vlastnostem a také díky stále intenzivnějšímu využívání řídicí techniky, která vede k návrhu tekutinových pohonů jako mechatronických systémů. Tekutinové mechanismy se především uplatňují při realizaci přímočarých pohybů a regulovaných pohonů – servomechanismů s možností regulovat polohu, rychlost, popř. sílu. Silnými stránkami jsou také zatížitelnost pohonů a rozmanitost konstrukčních provedení akčních členů – pneumatických a hydraulických válců, a možnost jejich zástavby do konstrukce výrobního zařízení. Do těchto pohonů lze také elegantně zabudovat potřebné snímače veličin a realizovat regulované pohony a dostatečně je chránit před mechanickým poškozením. Přesnosti měření lze dosáhnout nezávisle na náročnosti prostředí, ve kterém pohon pracuje. Přední výrobci hydraulických a pneumatických prvků dnes nabízejí průmyslové číslicové řídicí systémy integrovatelné do hierarchických řídicích systémů strojů. Jsou vybaveny aplikačním softwarem se snadno použitelnými algoritmy pro zpětnovazební řízení, řízení v otevřeném obvodu a také pro uvádění do provozu a parametrizaci regulátorů. Díky tomu se hydraulické a pneumatické osy „tváří“ jako pohony elektrické, řízené pomocí měničů frekvence. Jejich programování a vizualizace v řídicím systému jsou díky používaným průmyslovým sběrnicím podobné a pro projektanty nepředstavují zásadně odlišné řešení. Přesto je při uvádění do provozu výhodou určitá znalost vlastností těchto pohonů.

 

Je to jediná cesta udržitelnosti těchto pohonů v technických řešeních. Mechatronická řešení se uplatňují nejen při projektování originálních zařízení, vyráběných jednotlivě nebo v několika kusech, ale i při vývoji speciálních obvodů pro sériovou výrobu – např. řídicích ventilů, bloků pro mobilní techniku apod. Výsledná funkce hydraulického obvodu je zajišťována systémem, který tvoří hydraulický i mikroprocesorový řídicí systém, a stále častěji je požadováno, aby byly dodány od jednoho dodavatele. Ten garantuje funkci celého mechatronického systému, např. systému aktivního pérování, nikoliv pouze jednoho ventilu.

 

Mechatronické prvky jsou velmi zajímavé, neboť kloubí často nedostižné vlastnosti mechaniky se „zázračnými“ schopnostmi elektroniky. V pneumatice to konkrétně znamená nebývalé rozšíření oblastí pro použití výrobků; s trochou nadsázky lze říci, že pneumatika bez elektroniky už téměř neexistuje.

 

V současnosti na trhu velmi často uplatňujeme originální řešení podle potřeb zákazníka. A právě v této oblasti vidíme vyhlídky integrace elektroniky do oblasti tekutinových mechanismů jako perspektivní. Je to určitě směr nejbližšího vývoje v tomto oboru.

 

Tato komplexní řešení mají stále větší uplatnění ve všech průmyslových oblastech, mimo jiné také při vybavování a rekonstrukcích divadel.

Energetických úspor lze dosáhnout mnoha způsoby. V pneumatice se jako první nabízí sledování spotřeby a následné odstraňování příčin úniků. Další rezervy lze nalézt ve správném návrhu pneumatických obvodů, zejména velikostí pohonů, neboť například dnešní softwarové pomůcky mohou velmi přispět k výběru správných výrobků správné velikosti. V neposlední řadě se lze také zabývat uspořádáním konkrétních obvodů; příkladem může být využití miniaturních redukčních ventilů, které sníží tlak v pohonu při jeho návratu, různé metody pro spolehlivé vypínání tlaku či jeho uzamykání v pohonech apod.

 

Snaha o energetické úspory v našem průmyslu v současnosti nevede k vývoji nových konstrukcí pneumatických prvků nebo zefektivnění výroby stlačeného vzduchu, které je už z fyzikálního hlediska hodně omezené. Podniky se spíše zaměřují na zlepšení stavu stávajících technologií zkvalitněním jejich údržby a inovací, a tím snižují spotřebu vzduchu a zvyšují efektivitu mechanismů.

 

Energetických úspor můžeme dosáhnout snižováním energetické náročnosti nového zařízení. Při řešení hydraulických pohonů se s výhodou používají regulační čerpadla s regulací na konstantní výkon.

 

Při využívání stlačeného vzduchu lze dosáhnout úspor užitím speciálních ofukovacích trysek, škrticích a regulačních ventilů apod. K úsporám energie může přispět také provedení energetického auditu pneumatických a elektropneumatických systémů.

 

Energetická úspornost je tématem v oblasti tekutinových a zejména hydraulických pohonů již několik desítek let. Jejich energetická náročnost je dána také přeměnami energie – nejdříve se energie zpravidla elektrická, u mobilních strojů energie dodaná nejčastěji vznětovým motorem přemění na tlakovou potenciální energii kapaliny, která je přes vedení a řídicí obvody přiváděna kapalinou ke spotřebiči, kde se přemění zpět na mechanickou energii a vykoná požadovanou práci. První ztráty vznikají v hydraulických agregátech při dodávání tlakové energie do hydraulického obvodu, další přenosem energie a při řízení samotného akčního členu řídicími ventily. Proto se energetická náročnost hydraulických pohonů řeší již při jejich projektování, výzkumu a vývoji. Pro řízení hydraulických agregátů jsou používány různé energeticky úsporné koncepce řízení (viz vložený rámeček).

 

Standardizace v tekutinových systémech má velkou tradici. Všichni znají symboly CETOP, ISO pro označení připojovacích rozměrů řídicích ventilů a dalších prvků. Pro řízení jsou zase používána standardní průmyslová rozhraní – Profibus, CAN. Dalším příkladem je používání programovaní v G-jazyce apod.

 

V oboru pneumatických prvků tento trend nijak zvlášť nepozorujeme, neboť jistý stupeň standardizace je v tomto oboru běžný již řadu let. V současném trendu užívání „stavebnicových“ dílů se uplatňují normy ISO, např. při výrobě pracovních prvků, stejně jako u ventilové techniky. Dnes se však na trhu prosazujeme originálními řešeními, vycházejícími z konkrétních jednoúčelových potřeb zákazníka, kde standardizace nepřichází v úvahu.

 

Standardizace stále více proniká do nových projektů, týká se to samozřejmě i oblasti tekutinových mechanismů, zejména z důvodu snadné vyměnitelnosti nebo náhrady. Firma Bosch Rexroth již před lety přikročila k důsledné standardizaci v této oblasti.

 

Ano, stále větší počet skupin výrobků má svoji normu. Opět je zde patrná souvislost s potřebnou produktivitou nebo disponibilitou strojů, neboť výrobky jsou snáze zaměnitelné.

 

 

Základní sortiment pneumatických prvků je standardizován řadu let a vývoj se v současné době určitě soustřeďuje na zlepšování kvality materiálů a jejich technologického zpracování. Tím se zvyšuje užitná hodnota a prodlužuje se životnost prvků. Druhým směrem vývoje pneumatických mechanismů je integrace elektroniky.

 

Hlavní směry vývoje už byly zmíněny, souvisejí s použitím elektroniky a řídicí techniky v tekutinových systémech a vývojem nových komplexních systémů zajišťujících požadovanou funkci.

 

Budoucnost pneumatických systémů vidím ve spojení jednoduchých mechanických prvků s relativně složitými a technologicky náročnými řídicími procesy.

 

Obor hydrauliky a pneumatiky se bude zaměřovat na zlepšování kvality a úrovně řízení s vyšším uplatněním elektroniky s ohledem na snižování zátěže životního prostředí.

 

Pneumatika je v dohledné době na své existenci ohrožena přibližně stejně jako celá naše civilizace. Snad malá paralela: nikdo nepochybuje o tom, že se musí zvýšit účinnost motorů v automobilech nebo přejít na jiné palivo – umíte si ale představit svět bez nich?

 

 

 

 

Jan Hrdina, Bosch Rexroth, spol. s r. o.