Intelligentere pneumatische Ventile verbessern Automatisierungssysteme

Da die Automatisierungsbranche in Richtung digitaler Transformation voranschreitet, denken einige, dass bewährte Fertigungstechnologien wie Pneumatik „veraltet“ sein könnten. Pneumatische Technologien wie Steuerventile entwickeln sich jedoch weiter und integrieren Sensoren, industrielle Netzwerkschnittstellen, drahtlose Technologie und komplexe digitale Steuerungsfunktionen, die Automatisierungsanwendungen durch den Zugriff auf intelligentere, umsetzbare Informationen erheblich verbessern können.

Ventilsteuerungstechnologie entwickelt sich weiter

Die Steuerung von pneumatischen Ventilen und die Überwachung von Zylinderpositionssensoren wurden ursprünglich durch diskrete Verdrahtung erreicht:Jeder Ausgang einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) wurde einzeln mit einer Magnetventilspule verdrahtet und separat ausgelöst, und Positionssensoren an Zylindern wurden mit der Eingangskarte der SPS zurückverdrahtet .

Dies entwickelte sich mit der Entwicklung von Steckventilen und Verteilern zu einer praktischeren Lösung. Alle Magnetventilverbindungen zu den SPS-Eingangs-/Ausgangskarten (E/A) könnten mit einem einzigen Kabel erreicht werden.

Als die Automatisierungssysteme ausgefeilter wurden, wurde die Feldbus-Kommunikationskonnektivität (industrielles Netzwerk) immer häufiger. Das bedeutete, dass die SPS nicht nur Ventile steuern, sondern auch Sensoren und Geräte überwachen und E/A-Daten über ein Kommunikationskabel austauschen konnte, ohne lokale E/A-Karten zu benötigen. Pneumatische Ventilverteiler begannen natürlich damit, sowohl Feldbus-Schnittstellen als auch E/A-Fähigkeiten zu integrieren, um komplette pneumatische Ventilpakete bereitzustellen, die vielseitiger und für die einfache Integration in intelligentere, anspruchsvollere Automatisierungsplattformen ausgelegt waren.

Elektropneumatische Steuerung optimiert die Druckregelung

Fortschritte in der Ventiltechnologie, Leistung und Vielseitigkeit machten mit der Integration elektropneumatischer Steuerfunktionen in den Ventilblock einen großen Schritt nach vorne. Ähnlich wie bei den Ventilblöcken wurden auch bei den Proportionalreglern Fortschritte gemacht. Neue Technologien ermöglichten eine genauere Steuerung dieser Geräte mithilfe digitaler Signale und ermöglichten auch die Integration von Feldbus-Konnektivität, wodurch die Kraft- und Druckanforderungen für das Produktionssystem optimiert wurden.

Dieses fortschrittliche Niveau der Kombination von Richtungs- und Drucksteuerung erhöht den Wert und die Vielseitigkeit der Pneumatik für eine Vielzahl von Automatisierungsanwendungen und ermöglicht eine bessere, präzisere und optimierte Steuerung im Fertigungsprozess.

Beispielsweise wird die elektropneumatische Steuerung AVENTICS™ von Emerson in Schweißsystemen für die automatisierte Fertigung von Motorstartern eingesetzt. Hier wird ein vormontierter Anker auf Werkstückträgern transportiert, zur Positionserkennung ausgerichtet und von pneumatisch angetriebenen Greifern zum Schweißen in Position gebracht. Nach dem Schweißen setzen zusätzliche Greifer die Anker wieder auf Werkstückträger, die sie zum nächsten Fertigungsschritt transportieren.

Verbesserte Prozessüberwachung und -steuerung bieten neue MöglichkeitenElektropneumatische Druckregler, kombiniert mit einem fortschrittlichen Ventilblock mit integrierter Feldbuskommunikation, optimieren die Diffusionsschweißprozesse mit dynamisch geregeltem Druck, der genau auf die Anwendung abgestimmt werden kann. Gleichzeitig überwacht und dokumentiert die in die Verteiler eingebaute Intelligenz alle Ventilfunktionen und steuert die Greifer für ein verbessertes Maß an Qualitätskontrolle und Prozessverfolgung.

Eines der Hauptziele der digitalen Transformation in der Fertigung besteht darin, verwertbare Informationen zu sammeln, die eine ausgefeiltere und optimierte Steuerung jedes einzelnen Schritts in einem Produktionsprozess ermöglichen. Die in pneumatische Ventilsysteme eingebaute Intelligenz bietet neue Möglichkeiten für diese Art der Überwachung und Steuerung. Für ein Ventil, das für eine ordnungsgemäße Lebensdauer von 120 Millionen Zyklen ausgelegt ist, kann ein gut konzipiertes vorausschauendes Wartungssystem bei 100 Millionen Zyklen diese Daten erfassen und verwenden, um entweder eine Inspektions- und Wartungsaktion durchzuführen oder eine automatisierte Kaufanfrage für einen Ersatz zu implementieren bevor das Gerät tatsächlich ausfällt.

Da pneumatische Komponenten immer intelligenter werden, generieren sie zusätzliche Datenpunkte, einschließlich Diagnosen, Nutzungsstatistiken und Lebensdauerdaten in den Produktionssystemen, in denen sie verwendet werden. Diese Daten sind am wertvollsten, wenn sie verwendet werden, um Produktionssysteme effizienter zu verwalten, den Energieverbrauch zu kontrollieren und die Betriebszeit zu maximieren.

All diese Daten von intelligenten Geräten und Subsystemen haben jedoch das Potenzial, das Maschinensteuerungsnetzwerk zu überfordern und die Steuerungsleistung zu beeinträchtigen. Einige Hersteller von Pneumatikkomponenten wie Emerson bieten intelligente „Gateways“ oder „Hubs“ für die pneumatische Überwachung an, die pneumatische Leistungsdaten sammeln und organisieren und sie über separate parallele Pfade an Anlagenmanagementsysteme liefern. Diese Hubs können unabhängig von der Prozesssteuerungsarchitektur sein und OPC UA-, MQTT-, HTTP- oder E-Mail-Pfade verwenden, um Warnungen und Leistungsdaten auf System- und Geräteebene bereitzustellen.

Die Vorteile kritischer Diagnoseinformationen oder wichtiger Inbetriebnahmefunktionen können schwer zu realisieren sein, wenn ein pneumatisches Ventilsystem hoch in der Luft oder tief in einer Maschine montiert ist. Beispielsweise bietet Emersons AVENTICS Wireless Auto Recovery Module (ARM) Clip einfachen Zugriff auf die robusten Diagnose- und Inbetriebnahmefunktionen der G3-Feldbusplattform der AVENTICS-Serie über eine mobile Website, die auf Geräten mit Wi-Fi-Fähigkeit ohne App verwendet werden kann.

Pneumatische Ventilsysteme, die für die digitale Transformation entwickelt wurden, beinhalten jetzt Funktionen und Technologien, die ein neues Maß an Präzisionssteuerung für pneumatisch angetriebene Aktuatoren und Anwendungen bieten.

Aufgrund der fortschrittlicheren Elektronik in Ventilsystem-Steuermodulen können Konstrukteure jetzt Proportional-Integral-Differential- (PID) Regler für pneumatische Positionierungsanwendungen integrieren, die automatisch eine genaue und reaktionsschnelle Korrektur auf eine Steuerfunktion anwenden.

Mit diesen pneumatischen High-Tech-Fähigkeiten ist es nicht nur möglich, eine präzisere Endpunktbewegung des Systems bereitzustellen, sondern in Verbindung mit der SPS auch in Echtzeit von Positionsregelung auf Kraftregelung umzuschalten und Bewegungsabläufe fein abzustimmen für ein sehr hohes Maß an Automatisierung, Produktdurchsatz, Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit.

Intelligentere Pneumatikventile für das Zeitalter der digitalen Transformation

Pneumatikventile wurden ständig weiterentwickelt, um OEMs und Endbenutzern dabei zu helfen, die pneumatische Technologie in ihren Automatisierungssystemen voll auszuschöpfen. Darüber hinaus haben viele Anbieter von Pneumatiktechnologie ihre Online-Konfigurations- und -Bestelltools erheblich verbessert, um es sowohl effizient als auch einfach zu machen, die Komponenten zu erhalten, die Maschinenbauer in kurzen Lieferzeiten benötigen.

Diese Tools vereinfachen den einst zeitaufwändigen Prozess der Bestellung mehrerer Elemente, aus denen das Ventilsystem besteht – Grundplatten, Halterungen und Elektronik sowie die Ventile selbst –, um eine komplette Baugruppe zu kaufen. Diese Online-Konfiguratoren machen es jetzt einfach, eine Ventilbaugruppe zu bestellen, indem Sie die Feldbusschnittstellen, integrierten E/A-Module und andere Merkmale auswählen, komplett mit CAD-Zeichnungen als Teil des Pakets, ohne dass Teilenummern oder Systemnuancen bekannt sein müssen. Diese Tools ermöglichen sowohl OEMs als auch Endbenutzern, eine vollständige Konfiguration in einem komprimierten und zuverlässigeren Kaufprozess zu erhalten.

Durch die Nutzung der Leistungsfähigkeit von Elektronik und modularer Spitzentechnologie bieten pneumatische Ventile als Teil einer vollständigen intelligenten pneumatischen Bewegungs- und Steuerungsplattform eine bewährte, kostengünstige und vielseitige Technologieoption für eine Vielzahl von Initiativen zur digitalen Transformation für Automatisierung und Fertigungsanwendungen.

Dieser Artikel wurde von Marchelle Forish, Product Marketing Manager, Valves and Valve Systems for Fluid and Motion Control bei Emerson, Florham Park, NJ, verfasst. Weitere Informationen finden Sie hier .