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. A költségek csökkenése a szelepsziget moduláris felépítésének köszönhető nincs szükség egyedi alkotórészek megrendelésére és installálására. 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. 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. 6 PC 1 PC 2 Üzemvezetési szint Szabályozási szint Technológiai szint Érzékelő és végrehajtó szint Technológiai szint Egy géprészen vagy egy gyártó részegységen belüli komplex berendezések és adatok hálózatba kapcsolása gyors és robusztus buszrendszeren keresztül. 4.1 HMI 5 távoli vezérlő ipari busz PLC-Ethernet 4 PLC ipari busz HMI-Ethernet/Web PC önálló 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. 3.1 CPX-FB 3 1 3.2 Notebook FED CPX-FEC CPX-FEC CPX-FEC CPX-FB 2 2 2 pozícionáló vezérlő hengerek 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. 288 csatlakoztatás munkaállomásonként 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 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 Kompakt gépekhez ideális, rövid vezetékekkel Költség, hely, felszerelési és ellenőrzési idő megtakarítása Szelepsziget ipari busz csatlakozással A kódolt kapcsolójelek alkalmazásával tovább csökken a csatlakozó huzalok száma. A jelek kódolását és átvitelét az úgynevezett protokollok írják le. 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, 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: 65% megtakarítás: Többpólusú csatlakozó 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 & Communication- Link (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, 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 Egyszerűen bővíthető A modulok gyorsan kapcsolhatók Korszerű diagnosztikai és állapot felügyeleti lehetőségek 1. Ipari busz protokollok 2. Alapvető pneumatikus koncepció 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 Megbízható rendelés Kisebb karbantartási költségek Teljesen előszerelt és ellenőrzött egységek Alacsony üzemeltetési költségek Egyszerű, lépésrőllépésre történő felszerelés és üzembe helyezés 3. Integrált szerviz és támogatás 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 Szelepszigetek elektromos periféria Átáramlás (liter/perc, szelepenként) Elektromos bemenetek (szelepszigetenként, max.) A szelepsziget mátrix segít a megfelelő szelepsziget kiválasztásában és megadja a helyes megoldást decentralizált 8 16 72 92 144 512 8 VSVA ISO 15407-1 Moduláris, M8/M12 egyedi csatlakoztatás, C kivitel CPX/VTSA/VTSA-F - ISO 15407-2 és 5599-2 Moduláris, sokféle pneumatikus funkció, elektromos be- és kimenetekkel VIFB ISO 5599-2 Megfelel a szabványoknak, moduláris, elektromos ki- és bemenetekkel CPX/MPA/MPA-F Univerzális, moduláris, rugalmasan kiépíthető, soros szelepműködtetés, elektromos be- és kimenetekkel CPV Univerzális, kompakt, nagy teljesítményű VUVB/VTUB Univerzális, nagyon gazdaságos CPV-SC Kompact, Smart Cubic 500 1000 550/700 1100/1400 1500/1800 1200 2300 4500 360 700 900 400 800 1600 400 VB12 200 800 1000 170 500 VB20 VB20 VB20 CPA-SC Kompakt, Smart Cubic 180 MH1 Miniatűr szelep 10 14 VTOC Kompakt, sokféleképpen alkalmazható 2 x 3/2-utú vezérlőszelep MHJ, MH2/3/4 Gyorskapcsolású szelep, egyedi csatlakoztatás CDVI Clean Design IP65/67 10 50 100 150 MHJ 100 200 400 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
Mágnestekercsek száma (szelepszigetenként, max.) Funkció integrálás Elektromos csatlakoztatás Szeleptulajdonságok Védettségi osztály Diagnosztika decentralizált decentralizált 8 16 24 32 40 48 56 64 128 512 Nyomás szenzor Proporcionális nyomásszabályozó Véghelyzet szabályozó Soft Stop Szervopneumatikus poz. rendszer Többtengelyes interfész elektr. tengelyhez Biztonsági szelepek Lágyindító/kipufogó szelep Elektromos zóna Függőleges egymásraépítés Multipin Kommunikációs protokoll AS-Interface DeviceNet Profibus Interbus CANopen CC-Link EtherCat Ethernet/IP Modbus/TCP Profinet/IO RT Integrált szabályozó Közvetlen működtetésu Piloted Vákuum Többszörös nyomászóna IP40 IP65 IP67 Robbanásbiztos Státuszjel Modul-/csatornaorientált Megelőző karbantartás Web-alapú, Web monitor 2) 26 2) 2) 1) 1) 1) 1) 1) 12 1) 1) 1) 1) 1) 1) 1) 1) 10 1) CPI rendszeren keresztül 2) mint például: kézi nyomásszabályozás, nyomásmérők, áramlásszabályozó lapok, lezáró lapok (hot-swap), sűrített levegő ellátás, beépített visszacsapó funkciók, ellennyomás csappantyúk 11 Szelepsziget_LaX.indd 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 Élelmiszeriparban alkalmazható elemek Handling- és pozícionálás CD-katalógus Oktatás/tanfolyamok Személyes kapcsolatfelvételt kérek Kérem küldjenek meghívót az e témában tartandó szakmai rendezvényekre 2009/01/szelepsziget Kérem küldjenek a negyedévente megjelenő Festo hírlevélből html formában, e-mailen nyomtatott formában, postán Festo Automatika Kft. 1037 Budapest, Csillaghegyi út 32 34. Hotline: 06 1 436-5100 Telefax: 06 1 436-5101 e-mail: info_hu@festo.com www.festo.hu Szelepsziget_LaX.indd 12 2009.08.04. 13:59:54