Fortschrittliche pneumatische Ventile treiben intelligentere Automatisierung voran

Während die Automatisierungsindustrie in Richtung digitaler Transformation voranschreitet, glauben einige, dass bewährte Fertigungstechnologien wie Pneumatik „veraltet“ werden könnten. Doch pneumatische Technologien wie Steuerungsventile entwickeln sich weiter, indem sie Sensoren, industrielle Netzwerkschnittstellen, Funktechnologie und komplexe digitale Steuerfunktionen integrieren, die Automatisierungsanwendungen durch Zugang zu intelligenteren, umsetzbaren Informationen signifikant verbessern können.

Entwicklung der Ventilsteuerungstechnologie

Die Steuerung pneumatischer Ventile und die Überwachung von Zylinderpositionsensoren wurden ursprünglich durch diskrete Verdrahtung erreicht: Jeder programmierbare Logikcontroller (PLC)-Ausgang war individuell mit einer Magnetventilspule verdrahtet und separat getriggert, und Positionssensoren an Zylindern waren zurück zur PLC-Eingangskarte verdrahtet.

Dies entwickelte sich zu einer praktischeren Lösung mit der Schaffung von Steckventilen und Verteilerleisten. Alle Magnetventilverbindungen zu den PLC-Ein-/Ausgangskarten (I/O) konnten mit einem einzigen Kabel erreicht werden.

Als Automatisierungssysteme raffinierter wurden, wurde Feldbus-Kommunikation (industrielles Netzwerk) häufiger. Das bedeutete, dass der PLC nicht nur Ventile steuern, sondern auch Sensoren und Geräte überwachen konnte, indem er I/O-Daten über ein Kommunikationskabel austauschte, ohne lokale I/O-Karten zu benötigen. Pneumatische Ventilverteiler begannen natürlich, sowohl Feldbus-Schnittstellen als auch I/O-Fähigkeiten zu integrieren, um vollständige pneumatische Ventilpakete bereitzustellen, die vielseitiger und für eine einfache Integration mit intelligenteren, raffinierteren Automatisierungsplattformen konzipiert waren.

Elektropneumatische Steuerung optimiert Druckregelung

Fortschritte in Ventiltechnologie, Leistung und Vielseitigkeit machten einen großen Schritt nach vorne mit der Integration elektropneumatischer Steuerungsfähigkeiten in den Ventilverteiler. Wie bei Ventilverteilern wurden auch bei Proportionalreglern Fortschritte erzielt. Neue Technologien ermöglichten eine präzisere Steuerung dieser Geräte mittels digitaler Signale und erlaubten auch die Integration von Feldbus-Konnektivität, was Kraft- und Druckanforderungen für das Produktionssystem optimiert.

Dieses fortgeschrittene Niveau der Kombination sowohl von Richtungs- als auch Druckkontrolle erhöht den Wert und die Vielseitigkeit der Pneumatik für eine breite Palette von Automatisierungsanwendungen und ermöglicht eine größere, präzisere und optimierte Steuerung im Fertigungsprozess.

Beispielsweise wird Emersons AVENTICS™ elektropneumatische Steuerung in Schweißsystemen für die automatisierte Fertigung von Anlassern eingesetzt. Hier wird ein vormontierter Anker auf Werkstückpaletten transportiert, für Positionsdetektion ausgerichtet und durch pneumatisch angetriebene Greifer in Position für das Schweißen gebracht. Nach dem Schweißen bringen zusätzliche Greifer die Anker zurück auf Werkstückpaletten, die sie zum nächsten Produktionsschritt transportieren.

Erweiterte Prozessüberwachung und -steuerung bieten neue Chancen

Elektropneumatische Druckregler, kombiniert mit einem fortgeschrittenen Ventilverteiler mit integrierter Feldbuskommunikation, optimieren Diffusionsschweißprozesse mit dynamisch gesteuertem Druck, der präzise auf die Anwendung abgestimmt werden kann. Gleichzeitig überwacht und dokumentiert die in den Verteiler eingebaute Intelligenz alle Ventilfunktionen und steuert die Greifer für ein erhöhtes Maß an Qualitätskontrolle und Prozessverfolgung.

Eines der Hauptziele der digitalen Transformation in der Fertigung ist es, umsetzbare Informationen zu sammeln, die eine raffiniertere und optimierte Steuerung jedes einzelnen Schritts in einem Produktionsprozess ermöglichen. Die in pneumatische Ventilsysteme eingebaute Intelligenz bietet neue Chancen für diese Art von Überwachung und Steuerung. Für ein Ventil, das für eine ordnungsgemäße Betriebslebensdauer von 120 Millionen Zyklen ausgelegt ist, kann bei 100 Millionen Zyklen ein gut konzipiertes vorausschauendes Wartungssystem diese Daten erfassen und nutzen, um entweder eine Inspektion und Wartungsmaßnahme durchzuführen oder eine automatisierte Bestellanforderung für ein Ersatzgerät zu implementieren, bevor das Gerät tatsächlich ausfällt.

Da pneumatische Komponenten intelligenter werden, generieren sie zusätzliche Datenpunkte einschließlich Diagnose, Nutzungsstatistiken und Lebensdauerdaten über die Produktionssysteme, in denen sie eingesetzt werden. Diese Daten sind am wertvollsten, wenn sie genutzt werden, um Produktionssysteme effizienter zu managen, Energieverbrauch zu kontrollieren und Betriebszeit zu maximieren.

All diese Daten von intelligenten Geräten und Subsystemen haben jedoch das Potenzial, das Maschinennetzwerk zu überlasten und die Steuerleistung zu beeinträchtigen. Einige Pneumatikkomponentenhersteller wie Emerson bieten intelligente pneumatische Monitoring-„Gateways“ oder „Hubs“ an, die pneumatische Leistungsdaten aggregieren und organisieren und sie über separate parallele Pfade an Werksmanagementsysteme liefern. Diese Hubs können unabhängig von der Prozesssteuerarchitektur sein und OPC UA, MQTT, HTTP oder E-Mail-Pfade nutzen, um Alarme und sowohl system- als auch geräteebene Leistungsdaten zu liefern.

Die Vorteile kritischer Diagnoseinformationen oder wichtiger Inbetriebnahmefähigkeiten 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 AVENTICS Series G3 Feldbusplattform über eine mobile Website, die auf Geräten mit WLAN-Fähigkeit ohne App genutzt werden kann.

Pneumatische Ventilsysteme, die für die digitale Transformation konzipiert sind, integrieren nun Funktionen und Technologien, die ein neues Maß an Präzisionssteuerung für pneumatisch angetriebene Aktoren und Anwendungen bieten.

Dank fortschrittlicherer Elektronik in Ventilsystem-Steuermodulen können Entwickler nun Proportional-Integral-Derivative (PID)-Regler für pneumatische Positionieranwendungen integrieren, die automatisch präzise und reaktionsschnelle Korrekturen auf eine Steuerfunktion anwenden.

Mit diesen High-Tech-Pneumatikfähigkeiten ist es nicht nur möglich, präzisere System-Endpunkt-Bewegungsgenauigkeit bereitzustellen, sondern in Verbindung mit der PLC auch in Echtzeit von Positionssteuerung auf Kraftsteuerung umzuschalten und Bewegungssequenzen für sehr hohe Automatisierungsgrade, Produktdurchsatz, Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit feinabzustimmen.

Intelligentere pneumatische Ventile für das Zeitalter der digitalen Transformation

Pneumatische Ventile haben sich stetig weiterentwickelt, um OEMs und Endanwendern zu helfen, pneumatische Technologie in ihren Automatisierungssystemen voll auszuschöpfen. Zudem haben viele Pneumatiktechnologieanbieter ihre Online-Konfigurations- und Bestelltools substantially aufgewertet, um es sowohl effizient als auch einfach zu machen, die Komponenten zu erhalten, die Maschinenbauer kurzfristig benötigen.

Diese Tools vereinfachen den einst zeitaufwendigen Prozess der Bestellung mehrerer Elemente, die das Ventilsystem ausmachen – Unterbau, Montagen, Elektronik sowie die Ventile selbst – zu einem kompletten Baugruppenkauf. Jetzt machen diese Online-Konfiguratoren es einfach, eine Ventilbaugruppe durch Auswahl der Feldbus-Schnittstellen, integrierten I/O-Module und anderer Funktionen zu bestellen, komplett mit CAD-Zeichnungen als Teil des Pakets, ohne Teilenummern oder Systemnuancen kennen zu müssen. Diese Tools ermöglichen sowohl OEMs als auch Endanwendern, eine komplette Konfiguration in einem kondensierten und zuverlässigeren Beschaffungsprozess zu erhalten.

Durch Nutzung der Kraft sowohl von Elektronik als auch modularer, modernster Technologie bieten pneumatische Ventile als Teil einer kompletten intelligenten Pneumatik-Bewegungs- und Steuerungsplattform eine bewährte, kosteneffektive und vielseitige Technologieoption für eine breite Palette von digitalen Transformationsinitiativen für Automatisierungs- und Fertigungsanwendungen.

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