Szelepszigetek az automatizálás legjobb eszközei
Szelepsziget_LaX.indd 1
2009.08.04. 13:59:05
A szelepszigetek számos előnnyel rendelkeznek
1989-ben egy innovatív ötlet született a Festo-nál: a szelepsziget. Mérföldkő volt ez a pneumatikus rendszerek fejlesztése terén, ma már nehezen képzelhető el automatizálás ezek nélkül. A szelepszigetek alkalmazásával – csökkent a bonyolultság és egyszerűbbé vált a felhasználás, – bővült a modularitás és az alkalmazhatóság sokfélesége, – minimumra csökkent a hibák lehetősége, – csökkentek a költségek.
Példa: Egy 200 szelepet alkalmazó rendszerhez a következőkre van szükség: • 200 szelep, • 200 – 400 tekercs-csatlakozó és ugyanennyi kábel, • 200 csatlakozás a sűrített levegő tápellátáshoz, • 400 hangtompító, • 400 pneumatikus csatlakozó a munkavezetékekhez, vagy: 6 – 8 szelepsziget, mindegyik 25 – 30 beültetett szeleppel.
A költségek csökkenése a szelepsziget moduláris felépítésének köszönhető – nincs szükség egyedi alkotórészek megrendelésére és installálására.
2
Szelepsziget_LaX.indd 2
2009.08.04. 13:59:22
Gépek és rendszerek nyitott kommunikációja és hálózatba kapcsolása
Szabályozástechnikai piramis Az ipari kommunikációban általában négy szintet különböztetnek meg: Üzemvezetési szint Ezen a szinten történik a folyamatok megjelenítése és követése – beleértve a gyártó rendszerekhez kapcsolódó interfészt is. Általában komplex adatcsomagokat továbbítanak nagy távolságokra, azonban az idő nem kritikus tényező. Szabályozási szint A gyártási folyamatok vagy adatok szinkronizálása az egyedi folyamatok vagy alrendszerek között. Általában ez történik a különböző PLC-k között.
Az előnyök legjobb kihasználása – a diagnosztika A nyitott kommunikáció koncepciója nemcsak azoknak a berendezésgyártóknak fontos, akiknek megbízható állapotfelügyeletre és diagnosztikai információkra van szükségük a működési élettartam garantálásához, a teljeskörű szerviz megállapodásokhoz vagy az alaptalan reklamációk elhárításához. A végfelhasználóknak szintén fontos: ők a legmagasabb szintű technológiai megbízhatóságot igénylik.
Üzemvezetési szint Szabályozási szint Technológiai szint Érzékelő és végrehajtó szint
PC 1
PC 2
6
Technológiai szint Egy géprészen vagy egy gyártó részegységen belüli komplex berendezések és adatok hálózatba kapcsolása gyors és robusztus buszrendszeren keresztül.
PC
5 PLC-Ethernet
HMI-Ethernet/Web
távoli vezérlő ipari busz
4.1
4 PLC ipari busz
HMI
önálló
3.1
Érzékelő és végrehajtó szint Nagyon gyors kommunikáció, lehetőleg real-time képességgel, a gépen belül és a legalsó vezérlési szinten. Valamennyi végrehajtó szerv és érzékelő státuszjelének, diagnosztikai üzenetének, digitális vagy analóg jeleinek feldolgozása.
3.2 Notebook FED
CPX-FB
CPX-FEC
CPX-FEC
CPX-FEC CPX-FB
3
2
2
2
pozícionáló vezérlő
hengerek
1 tengelyek
kétállású szelepek
vezérlőszelepek
egyedi szelepek és érzékelők
3
Szelepsziget_LaX.indd 3
2009.08.04. 13:59:38
Megtakarítási lehetőségek ipari busz alkalmazásával
A csatlakoztatások akár 65%-kal történő csökkentése hatalmas időmegtakarítást jelent, ugyanakkor növeli a csatlakozások megbízhatóságát: ezek az ipari busz alkalmazásának fő előnyei. Példa Csomagológép, amelyik 6 munkaállomásból áll, mindegyik munkaállomáson 8 henger működik: • 6 hengert monostabil mágnesszelep vezérel, • 2 hengert bistabil mágnesszelep vezérel, • minden hengeren van 2 helyzetérzékelő. Eredmény • 96 bemenet • 60 kimenet szükséges a teljes gép vezérléséhez
Csatlakoztatási pontok munkaállomásonként: Elektromos A vezérlőszekrényben • 29 a PLC-hez, • 29 sorkapocs a PLC oldalon, • 29 sorkapocs kábel oldalon. A munkaállomásokon • 29 sorkapocs a kábel oldalon, • 78 tekercs és érzékelő, • 30 tekercs. Pneumatikus • 32 csatlakozó a szelep csatlakozásokhoz és a henger csatlakozásokhoz, • 16 hangtompító, szelepenként 2, • 8 szelep bemenet a sűrített levegő ellátáshoz, • 8 táplevegő csatlakozás a hálózatról.
Szokásos szerelési és csatlakoztatási technika • Idő- és költség-igényes szerelés • Nagyobb anyagfelhasználás • Nagyobb hibalehetőség a telepítés során és valamennyi csatlakozást egyedileg ellenőrizni kell • A kábelkötegek nagyobb helyet igényelnek • A P alaplappal történő szerelésnél minden szelephez külön hangtompító kell • A PRS alaplappal történő szerelésnél a közösített kipufogó levegőhöz közös hangtompító kell
1728 csatlakozás
• 288 csatlakoztatás munkaállomásonként Összesen 1728 csatlakoztatás, ha egyedi huzalozást/ tradícionális szelep felszerelést alkalmaznak.
állomás1
állomás2
állomás3
állomás4
állomás5
állomás6
csatlakozó doboz
Kezdő pont: Hagyományos koncepció 4
Szelepsziget_LaX.indd 4
2009.08.04. 13:59:40
Szelepsziget többpólusú csatlakozással Többerű kábel köti össze a szelepszigetet és a vezérlőt. Ebben minden szeleptekercshez tartozik egy ér, valamint az összes szeleptekercs földeléséhez még egy.
• Az előre szerelt többpólusú csatlakozó és kábel segítségével gyors elektromos csatlakoztatás • Minden vezérlőhöz lehet csatlakoztatni • Valamennyi elektromos csatlakozás integrálva van
Szelepsziget ipari busz csatlakozással A kódolt kapcsolójelek alkalmazásával tovább csökken a csatlakozó huzalok száma. A jelek kódolását és átvitelét az úgynevezett protokollok írják le.
• Kompakt gépekhez ideális, rövid vezetékekkel
• Belső huzalozás a szelepszigetben • A jeltovábbítás az ipari buszon keresztül sorosan történik; nagyobb távolságok is áthidalhatók • A bemenetek és kimenetek a vezérlőszekrényből a szelepszigetre kerülnek • Ideális komplex rendszerekhez és sok állomással rendelkező gépekhez
• Költség, hely, felszerelési és ellenőrzési idő megtakarítása
• Költség, hely, üzembe helyezési és ellenőrzési idő megtakarítása • Integrált funkciók (tengelyvezérlő, pozícionáló rendszerek, biztonsági technológia, nyomásszabályozás, hőmérséklet regisztrálás, stb.) • Eszköz/periféria diagnosztika lehetősége
1038 csatlakozás
588 csatlakozás
állomás1
állomás2
állomás3
állomás4
állomás5
állomás6
állomás1
állomás2
állomás3
állomás4
állomás5
állomás6
03-as típus
35% megtakarítás: Többpólusú csatlakozó
65% megtakarítás: Ipari busz 5
Szelepsziget_LaX.indd 5
2009.08.04. 13:59:43
Buszrendszerek áttekintése
PROFIBUS A PROFIBUS megkülönböztet aktív állomásokat, mint pl. a PLC-k vagy PC-k (master eszközök) és passzív állomásokat, mint amilyenek az érzékelők vagy a beavatkozók (slave eszközök). Három különböző PROFIBUS változat van: PROFIBUS-DP: speciálisan az automatizálási rendszerek és a decentralizált periféria eszközök közötti kommunikációra tervezték, így univerzálisan alkalmas a gyártás automatizálására. PROFIBUS-PA: legjobban alkalmazható a technológiai folyamatok automatizálásához, támogatja a buszon keresztül történő adatkommunikációt és energia átvitelt. PROFIBUS FMS: a kommunikációs feladatok ellátására cella szinten, pl.: PC és a PLC közötti kommunikációhoz.
PROFINET A PROFINET protokoll nagy adatátviteli sebességgel történő adatcserét garantál, például az érzékelők, beavatkozók, robot vezérlők, PLC-k vagy technológiai berendezések kritikus be- és kimeneti adatainak real-time átvitelét. Hasonlóképpen átvihetők az időben nem kritikus – diagnosztikai vagy konfigurációs – adatok. Az Ethernet sávszélesség és kommunikációs modell elegendő mindkét adattípus párhuzamos átvitelére.
INTERBUS Az INTERBUS a master/slave hozzáférési módszer alapján működik, ahol a busz master egyidejűleg megvalósítja a csatlakozást a fölérendelt vezérlőhöz vagy a buszrendszerhez. Az INTERBUS gyűrű elrendezésű, olyan be- és kimenet orientált rendszer, amely összegző keretprotokollal (summation frame protocol) rendelkezik.
A következő fizikai változatai vannak: • távoli busz a nagyobb távolságokhoz, • helyi busz a kommunikációhoz pl. a vezérlőszekrényben, • az INTERBUS hurok kevés számú be- és kimenettel rendelkező alkatrészek összekötésére.
EtherCAT Az EtherCAT-et rövid ciklusidő és gyakorlatilag zavarmentes, nagypontosságú szinkronizálás jellemzi. A master által küldött standard Ethernet frame-ből az EtherCAT slave eszközök csak a nekik szánt adatokat veszik és az üzenet áthaladása során beillesztik a bemenő adatokat. Az eszközprofilok definícióját mint pl. CoE, CANopen over EtherCAT a létező ipari buszrendszerekből vették és integrálták az EtherCAT-be.
CANopen Az autóipar számára kifejlesztett CANopen kommunikációs protokollt maximális megbízhatóság és interferencia-érzéketlenség jellemzi. A CAN ma már az autókban, buszokban, teherautókban, vonatokban és mezőgazdasági gépekben a szabvány hálózat. A különböző típusú adatok átvitelét PDO-kon (process data objects) és SDO-kon (service data objects) keresztül lehet megvalósítani. A PDO-k gyors, real-time adatokat, az SDO-k paraméter adatokat továbbítanak, pl.: a time-out idők, maszkolási vagy mappelési paraméterek.
MODBUS A MODBUS a master/slave (azaz PC) vagy bonyolultabb feladatokhoz a kliens/szerver rendszeren alapul, és például mérő és vezérlő rendszerekhez használatos. Az adatokat bináris formában, TCP/IP csomagokban továbbítja, a nagy adatviteli kapacitás érdekében. A MODBUS masterhez az egy vagy több slave kétféleképpen kapcsolható: soros interfészen vagy Etherneten keresztül.
6
Szelepsziget_LaX.indd 6
2009.08.04. 13:59:44
DeviceNet Olyan ipari technológiai szintű eszközök számára fejlesztett busz, mint a végálláskapcsolók, optikai érzékelők, szelepszigetek, frekvencia-átalakítók és kezelő panelek. Ezzel csökken a szükséges, költséges huzalozási mennyiség és javulnak az eszköz-specifikus diagnosztikai funkciók. A CAN (Controller Area Network) telegramokra épített DeviceNet kommunikáció kielégíti a járműipari tervezők egyre növekvő igényeit (átvitel megbízhatósága és zavarérzéketlenség) és nagyon széles hőmérséklettartományban képes működni.
CC-Link A Mitsubishi nagysebességű kommunikációhoz kifejlesztett buszrendszere, például az elektromos CPX terminál és a fölérendelt Control & CommunicationLink (CC-Link) master között. AS-interface Optimalizált működtetés elosztott megoldásokban kis költséggel: ez az AS-interface a beavatkozók/érzékelők szintjén. Ideális kiegészítő az ipari buszrendszerekhez vagy az ipari Ethernethez. Az adatok és az energia átvitele egyetlen kábelen történik.
Ethernet/IP Ez a nyílt buszrendszer az Ethernet szabványon és a TCP/ IP technikán alapul; egyike a leggyakrabban használt Ethernet alapú ipari buszoknak. Ez kommunikál például az elektromos CPX terminál és az Ethernet/IP hálózat között.
7
Szelepsziget_LaX.indd 7
2009.08.04. 13:59:45
Hatékonyabb gyártás ipari busz használatával
Az ipari busz használatának alapvető érvei: • automatikus hibakeresés az üzembe helyezés és a működtetés során: hibák számának csökkenése, • javuló termelékenység és csökkenő kieső idők, mert technológiai eszközök diagnosztikai információkat szolgáltatnak, • több mint 60%-kal csökkenő installációs ráfordítás,
• csökkenő szerelési kiadások és tesztelési költségek, • a rendszer kiválasztott elemei közötti működtetés és adatátvitel, • a definiálható elektronikus vezérlő rendszerek lehetővé teszik a rendszerek kombinálását, • installáció és használat különböző gépekben és rendszerekben,
1. Ipari busz protokollok
2. Alapvető pneumatikus koncepció
3. Integrált szerviz és támogatás
• szükségtelenné teszi a vezérlőszekrényt, mivel közvetlenül a gépre lehet felszerelni, • a költség/haszon arány javul, • rövidül az új termékek piaci bevezetésének ideje.
A tervezőknek nyújtott előnyök
A beszerzőknek nyújtott előnyök
Előnyök az üzembe helyezésnél és a karbantartásnál
• Könnyű beépíteni meglévő vezérlő rendszerekbe • A pneumatikus hajtóművek közvetlenül csatlakoznak az ipari buszra • Minimalizált helyszükséglet • Rugalmas adaptálás a feladathoz • Felszerelés közvetlenül a gépre • Időmegtakarítás az üzembehelyezésnél
• Csökkentett költségek • Egyetlen beszerzési hely a termékkiválasztás és a raktározás optimalizálásához
• Egyszerűen bővíthető • A modulok gyorsan kapcsolhatók • Korszerű diagnosztikai és állapot felügyeleti lehetőségek
• Megbízható rendelés • Kisebb karbantartási költségek • Teljesen előszerelt és ellenőrzött egységek • Alacsony üzemeltetési költségek
• Egyszerű, lépésrőllépésre történő felszerelés és üzembe helyezés
• Korszerű műszaki dokumentáció • Gyorsabb a konstrukció
• Egyszerű és megbízható logisztika • A gép kieső ideje minimalizálható
• Korszerű gyártmány dokumentáció • Egyszerű üzembe helyezés • Kevesebb rendszer leállás
8
Szelepsziget_LaX.indd 8
2009.08.04. 13:59:46
A trend: funkcióintegrálása
Két szelepsziget és egy elektromos terminál nem csak hibátlan együttműködésre képes, hanem a funkciók integrálását is felkínálják. A Festo szabályozástechnikájában a beavatkozó, érzékelő- és vezérlőszervek önálló rendszerekké állnak össze.
Példák: CPX moduláris elektromos terminál integrált funkciókkal: • korszerű diagnosztika és állapotfelügyelet, • beépített IT szolgáltatások: online webmonitor a CPX szelepszigetekhez, • integrált mozgatási funkciók, • interfész többtengelyes elektromos és szervopneumatikus hajtóművekhez.
MPA modulárius szelepsziget integrált funkciókkal: • korszerű diagnosztika és állapotfelügyelet, • beépített nyomásérzékelők, • proporcionális nyomásszabályozók, • elektromos feszültségzónák az új biztonsági elveknek megfelelően, • lezáró lemez (hot-swap): a szelepek nyomás alatti cseréjéhez, • beépített visszacsapó-szelepekkel ellátott alaplap.
VTSA standard szelepsziget integrált funkciókkal: • integrált diagnosztikai lehetőségek, • standardizált "plusz": pl. függőleges egymásra építés, • Safety@Festo: elektromosan működtetett be-/kikapcsoló szelep a lágy nyomásfelfuttatáshoz, • szelepek kapcsolási helyzetérzékelése a maximális megbízhatóság érdekében.
9
Szelepsziget_LaX.indd 9
2009.08.04. 13:59:49
Szelepsziget fajták áttekintése
Átáramlás (liter/perc, szelepenként)
Szelepszigetek elektromos periféria
Elektromos bemenetek (szelepszigetenként, max.)
A szelepsziget mátrix …
decentralizált
… segít a megfelelő szelepsziget kiválasztásában és megadja a helyes megoldást
CPX/VTSA/VTSA-F - ISO 15407-2 és 5599-2 Moduláris, sokféle pneumatikus funkció, elektromos be- és kimenetekkel
92 144 512
1000 550/700 1100/1400 1500/1800
1200
CPX/MPA/MPA-F Univerzális, moduláris, rugalmasan kiépíthető, soros szelepműködtetés, elektromos be- és kimenetekkel
360
CPV Univerzális, kompakt, nagy teljesítményű
400
2300 4500
700 900
800 1600 VB12
400 200
VB20
500
800
VB20 VB20
1000
CPV-SC Kompact, Smart Cubic
170
CPA-SC Kompakt, Smart Cubic
180
MH1 Miniatűr szelep
10
VTOC Kompakt, sokféleképpen alkalmazható 2 x 3/2-utú vezérlőszelep
10
MHJ, MH2/3/4 Gyorskapcsolású szelep, egyedi csatlakoztatás
50 100 150
CDVI Clean Design IP65/67
72
500
VIFB – ISO 5599-2 Megfelel a szabványoknak, moduláris, elektromos ki- és bemenetekkel
VUVB/VTUB Univerzális, nagyon gazdaságos
16
8
VSVA – ISO 15407-1 Moduláris, M8/M12 egyedi csatlakoztatás, C kivitel
14
100 200
MHJ 400
MH2/3/4
650
CPX terminál: sokféle funkciójú, moduláris és sokféleképpen alkalmazható periféria, független platform, korszerű diagnosztikai lehetőségeket és sokféle funkciót tartalmaz. Opcionálisan: távoli be-/kimenetek, távvezérlés és mozgás vezérlés. CPI rendszer Decentralizált installációs rendszer. Akár 16 be-/kimeneti modul és szelepszigetek. 3 platform minden be-/kimeneti modulhoz, szelepszigethez és master modulhoz.
10
Szelepsziget_LaX.indd 10
2009.08.04. 13:59:53
8
8 16 24 32 40 48 56
1) CPI rendszeren keresztül
Szelepsziget_LaX.indd 11 64 128 512
decentralizált
1) 1)
12
1)
1) 1) 1) 1) 1)
1) 1) 1) 1) 1)
Kommunikációs protokoll
Web-alapú, Web monitor
Megelőző karbantartás
Modul-/csatornaorientált
Védettségi osztály
Státuszjel
Robbanásbiztos
IP67
IP65
Szelep tulajdonságok
IP40
Többszörös nyomászóna
Vákuum
Piloted
Elektromos csatlakoztatás
Közvetlen működtetésu
Integrált szabályozó
2)
Profinet/IO RT
2)
Modbus/TCP
26
Ethernet/IP
2)
EtherCat
CC-Link
CANopen
Interbus
Profibus
DeviceNet
AS-Interface
Funkció integrálás
Multipin
Függőleges egymásraépítés
Elektromos zóna
Lágyindító/kipufogó szelep
Biztonsági szelepek
Többtengelyes interfész elektr. tengelyhez
Szervopneumatikus poz. rendszer
Véghelyzet szabályozó Soft Stop
Proporcionális nyomásszabályozó
Nyomás szenzor
decentralizált
Mágnestekercsek száma (szelepszigetenként, max.) Diagnosztika
10
2) mint például: kézi nyomásszabályozás, nyomásmérők, áramlásszabályozó lapok, lezáró lapok (hot-swap), sűrített levegő ellátás, beépített visszacsapó funkciók, ellennyomás csappantyúk
11
2009.08.04. 13:59:54
Információkérő lap Telefax: 06 1 436-5101 Festo Kft. Lukács Andrea Küldő neve: Cég: Postacím: Telefon:
Fax:
E-mail:
További információt kérek a Festo cég alábbi termékéről, illetve szolgáltatásáról: Hengerek Szelepek Vezérlők Kiegészítő elemek 2009/01/szelepsziget
Élelmiszeriparban alkalmazható elemek Handling- és pozícionálás CD-katalógus Oktatás/tanfolyamok Személyes kapcsolatfelvételt kérek Kérem küldjenek meghívót az e témában tartandó szakmai rendezvényekre Kérem küldjenek a negyedévente megjelenő Festo hírlevélből html formában, e-mailen nyomtatott formában, postán
Szelepsziget_LaX.indd 12
Festo Automatika Kft. 1037 Budapest, Csillaghegyi út 32–34. Hotline: 06 1 436-5100 Telefax: 06 1 436-5101 e-mail:
[email protected] www.festo.hu
2009.08.04. 13:59:54
