Digitální modernizace pomocí systému IO-Link
Při přechodu na Průmysl 4.0 vzniká digitální model výrobního provozu, který umožňuje optimalizovat procesy. Důležité informace jsou získávány pomocí mnoha senzorů, které se již k řízení strojů stejně používají. Díky technologii IO-Link poskytují senzory mnohem víc dat než jen spínací signály nebo analogové hodnoty. Starrag Technology GmbH z německého Bielefeldu je výrobce obráběcích strojů využívající senzory s IO-Link od ifm v rozsáhlém měřítku.
Ke strojům se zmíněným vybavením patří řada portálových obráběcích center FOGS od Starrag Technology GmbH. Používají se ve strojírenství, leteckém a automobilovém průmyslu, například k výrobě skeletů karoserií. Stroj na snímku slouží k obrábění součástí podvozku (přistávacích) v leteckém průmyslu.
Tyto složité obráběcí stroje potřebují senzory k monitorování všech médií (např. chladiva, maziva, hydraulická zařízení a teplotní regulace stroje). Teploty médií, hodnoty tlaku a objemová průtoková množství mají malé tolerance, aby bylo zajištěno optimální využití nástrojů v plně automatizovaných výrobních procesech.
Senzory s digitálním rozhraním
IO-Link je odolné digitální rozhraní využívající 24voltové signály, které kromě přenosu samotných spínacích signálů umožňuje obousměrnou komunikaci s řadičem přes běžný kabel senzoru. Senzory digitálně odesílají naměřené hodnoty a diagnostické informace přes rozhraní IO-Link do IO-Link masteru, např. vstupního/výstupního modulu, brány nebo jednotky PLC vybavené porty IO-Link. Senzory jsou připojené standardními konektory M12. Stíněné kabely a uzemnění již nejsou nezbytné.
Společnost Starrag Technology GmbH využívá tekutinové senzory od ifm electronic. Protože ifm jako specialista na senzory nabízí nejširší nabídku procesních senzorů s technologií IO-Link.
Vzdálené nastavení parametrů senzorů
Jednou z největších výhod technologie IO-Link je možnost přenášet do senzorů všechna potřebná parametrizační data přes propojovací kabel IO-Link. Data pro parametry senzorů (např. spínací body, spínací hystereze, barva displeje) lze z řadiče přenést do senzorů kompatibilních s technologií IO-Link buď při jejich nastavování, nebo později při úpravě podle konkrétních podmínek. Výhoda pro zákazníka: Při přípravě stroje se naprojektované parametry senzorů odešlou do senzoru rychle, snadno a spolehlivě. V případě potřeby, např. při výrobě malých dávek, umožňuje technologie IO-Link ukládat do senzorů různé sady parametrů pro různé výrobky. Díky nastavení parametrů v řadiči navíc technologie IO-Link usnadňuje následnou optimalizaci procesu pomocí vzdálené údržby. Můžeme tedy shrnout, že IO-Link je jednou ze zásadních technologií pro aplikace v Průmyslu 4.0.
Dvojité zálohování dat
Kromě nastavení parametrů senzorů v řadiči zajišťuje technologie IO-Link od verze 1.1 jejich duplicitní ukládání v zařízení a IO-Link masteru. Dietmar Wallenstein, vedoucí oddělení elektronické konstrukce a zavádění do provozů společnosti Starrag Technologies, říká: "Jednou z velkých přesností technologie IO-Link je automatické zálohování dat senzorů, které probíhá na pozadí. Každý senzor automaticky odesílá sady parametrů do IO-Link masteru. Tam se vytváří a ukládá jejich záložní kopie. Při výměně senzoru se data automaticky přenesou do nového zařízení. Poté se parametrizační data automaticky přenesou z IO-Link masteru do zařízení IO-Link. Výměna senzoru je mnohem snazší a při poruchách se výrazně zkracují prostoje. Méně práce mají také pracovníci servisu a údržby."
Chyby v nastavení parametrů senzorů jsou minulostí. Výměnu senzoru představuje již pouze mechanická montáž. Zákazník ho může vyměnit bez jakékoli podpory. Údržbáři nemusí mít školení k nastavení parametrů senzorů, protože se nastavují automaticky na pozadí. Technické problémy lze díky tomu řešit mnohem rychleji a efektivněji. A to šetří náklady.
Bezchybný digitální přenos naměřených hodnot
Dosud se signály z analogových senzorů digitalizovaly pomocí A/D převodníků a kalibrovaly v jednotce PLC. To vede k nepřesnostem skutečné hodnoty měření.
Ale technologie IO-Link poskytuje řadiči naměřené hodnoty ze senzorů digitálně. Eliminuje tím chyby při přenosu a převodu analogových signálů. Digitálně přenesené naměřené hodnoty lze přímo zobrazit na řídicím pracovišti. Přenesené hodnoty jsou vždy shodné s naměřenými. Již nedochází k odchylkám mezi lokálním zobrazením a hodnotou, kterou jednotka PLC odvodí z analogového signálu. Díky IO-Link je konec také s rušením analogových signálů např. vinou elektromagnetických polí.
Dvě měřené hodnoty – jeden senzor
Moderní procesní senzory ifm často pracují s více měřenými hodnotami. Dietmar Wallenstein vysvětluje: "Jeden senzor často zpracovává více fyzických hodnot. Např. kromě objemového průtokového množství nebo tlaku je možné přes rozhraní IO-Link měřit také teplotu média. Dříve jsme na to potřebovali senzory dva." Nahrazení dvou senzorů jedním šetří peníze za hardware, kabeláž i montáž.
Diagnostická data
Kromě procesních dat poskytují senzory IO-Link také diagnostické údaje o stavu zařízení. Příklad: Hladinový senzor zjišťuje kritické množství usazenin a hlásí ho do řadiče. Fotoelektrický senzor zjišťuje, zda není čočka znečištěná, a znečištění automaticky signalizuje. Tlakové senzory ukládají během procesu minimální ztráty tlaku a maximální tlakové špičky a sčítají, kolikrát došlo k překročení nebo nedosažení mezí. Tato doplňující funkce poskytuje uživateli podklady při rozhodování v rámci údržby podle stavu. Díky těmto rozšířeným informacím o stavu se minimalizují nákladné prostoje a zvyšuje se spolehlivost procesu.
Shrnutí
Senzory s technologií IO-Link přinášejí výraznou přidanou hodnotu. Dietmar Wallenstein hodnotí přínosy pro Starrag Technology takto:
"Všichni mluví o Průmyslu 4.0 a tento zásadní posun neminul ani Starrag. Ve strojírenství se zaměřujeme hlavně na modernizaci strojů formou digitalizace. Proto jsme se rozhodli pro IO-Link. Díky cenově dostupným odolným rozhraním nám senzory poskytnou o procesu více informací, které pak můžeme efektivněji vyhodnotit a využít k optimalizaci. To je jedna z největších předností technologie IO-Link a vlastnost senzorů, která přispívá k rozvoji Průmyslu 4.0."