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气控阀:数字化转型的新技术
http://www.cnjutiao.com 2020-08-14 14:20:14 全球阀门网
  围绕工业物联网(IIoT)建立的原则指导着自动化行业迅速采用和主流化了许多生产系统。这些系统符合数字化转换的概念,包括智能,联网的生产系统和利用更智能信息和通信技术的组件。
 
  随着这一演进过程的发展,某些人可能会认为成熟的制造技术,例如气动技术,可能被认为是“过时的”甚至是“落后的”。但是,气动技术(包括驱动控制阀的技术)继续发展,并结合了传感器,工业网络接口,无线技术和复杂的数字控制功能,使其非常适合在新兴的IIoT驱动的生产系统中使用。
 
  气控阀:数字化转型的新技术
 
  技术发展
 
  最初通过离散接线实现对气控阀的控制和气缸位置传感器的监视:每个可编程逻辑控制器(PLC)的输出分别接线至电磁阀线圈并单独触发。气缸上的位置传感器重新连接到PLC的输入卡。这样的系统昂贵且安装耗时。
 
  随着插入式阀和阀组的创建,这些系统发展成为一种更实用的解决方案,其中可以通过单根电缆实现与PLC输入/输出(I/O)卡的所有电磁阀连接,并通过多根电缆端接针连接器。这意味着,只需一根电缆,即可轻松更换数十根单独的电线,从而大大降低了用于气动阀控制目的的接线成本。
 
  尽管这些插入式阀减少了为每个电磁线圈分别接线的零件和人工成本,但它们并未包含诊断反馈和其他有用的操作信息。要获取其他信息,将需要将单独的传感器连接回PLC I/O卡,以测量和验证正确的功能。该功能数据可以包括气缸位置,阀芯位置,压力,流量和其他有用信息。
 
  气控阀:数字化转型的新技术
 
  与IIoT集成的阀门(左)连接到智能气动监控“集线器”(右),汇总并组织气动性能数据,并通过单独的并行路径将其传递至工厂管理系统。
 
  随着自动化系统的成熟,现场总线(工业网络)的通信连接变得越来越普遍。使用各种工业网络协议(例如Profibus,Sercos和基于以太网的现场总线技术)来实现这种连接。该解决方案节省了额外的成本,并为PLC提供了通过一条低成本通信电缆(无需本地I/O卡)交换控制阀和监控传感器及设备交换I/O数据的机会。气动阀歧管开始结合现场总线接口和I/O功能,以提供功能更全面的完整气动阀套件,并设计为可轻松与更智能,更复杂的自动化平台集成。
 
  将这些通讯组件集成在阀组上,再加上用于构造和防止水和灰尘进入的新型轻质聚合物材料,也使阀管汇的位置更靠近系统或执行机构,而无需安装外壳。现在,机械制造商可以更轻松地将阀门安装在末端执行器,机器人手臂和其他工作部件上,从而将阀门定位在更靠近气动装置的位置。这种配置具有以下优点:除了减少连接驱动设备的阀门和气缸所需的管路数量之外,还可以优化气动系统,从而缩短响应时间并提高运动序列的通量。
 
  集成压力调节
 
  当将电动气动控制功能集成到阀门阀组中时,阀门技术,性能和多功能性方面的进步向前迈出了重要的一步。基本的气动阀只是一个简单的方向控制阀:发送电信号以切换阀芯,将空气从一个端口或另一个端口引出。相反,电气(E/P)调压阀,也称为E/P转换器,不能简单地提供方向控制。它们还可以提供与设备从PLC模拟输出卡接收到的信号的模拟电压或电流成比例的压力范围。
 
  从阀组可以看出,使用比例调节器也取得了很大进步。新技术允许使用数字信号更精确地控制这些设备,并允许集成现场总线连接。这意味着机器的PLC可以轻松,准确地发送参数来动态控制阀和气缸的压力,从而优化生产系统的力和压力要求。
 
  气控阀:数字化转型的新技术
 
  包装机上这种简单的集成式IIoT解决方案具有气门阀组,气瓶和传感器,可用于监视旧机器和新机器上的机器运行状况。
 
  先进的气动控制技术(将方向控制和压力控制巧妙地结合在一起)提高了气动技术的价值和多功能性,适用于各种自动化应用。通过确保良好的终点精度和可重复性,它可以在制造过程中进行更精确,更优化的控制。
 
  这种工作方式的一个示例是在焊接系统中使用的电动气动控制,以自动制造发动机启动器。在此应用中,预装的电枢在工件托盘上运输,对齐以进行位置检测,并通过气动夹具将其放置到焊接位置。焊接后,附加的夹具将电枢返回到工件托盘,然后将其运输到生产的下一步。
 
  电控气动压力调节器与集成了现场总线通讯功能的先进阀组相结合,可以动态调节压力来优化扩散焊接工艺,该压力可以根据应用进行精确调整。同时,集成在阀组中的智能功能可以监视和记录阀门的所有功能,控制夹持器以提高质量控制和过程跟踪水平。在此处使用数字E/P的另一个优势是,可以通过仅“即时”提供执行特定任务所需的压力而不是对所有任务使用最高压力来优化能源效率。例如,一种应用可能需要一个气缸以80psi的压力推出,但返回压力可以是30 psi以节省能量。使用数字E/P,机器制造商可以将这些参数编程到系统中。
 
  加强监测和控制
 
  制造业数字化转型的主要目标之一是收集可操作的信息,以对生产过程中的每个步骤进行更复杂,更优化的控制。例如,制造汽车零部件的公司希望确切地了解驱动执行器的气缸的力,压力和位置,该执行器将轴承放置在设备中。他们还希望记录下该序列,以便在50,000个零件以后,就知道它的制造精度与第一个零件完全相同。
 
  如果气动设备在运行时生成的数据点存在偏差,则该数据可以指示问题。这些问题可能与实际设备有关,也可能包括诸如空气供应系统中的压力损失,所放置轴承的制造不当或执行器与向轴承供给设备失去同步性的问题。这些问题可能源于组件性能下降和维护需求。
 
  内置在气动阀系统中的智能为监视和控制提供了新的机会。如果阀门的额定使用寿命为1.2亿次,则当达到1亿次时,精心设计的预测性维护系统可以生效。该系统可以捕获并使用数据来执行检查和维护操作,或者在设备实际发生故障之前实施对替换设备的自动购买请求。
 
  气控阀:数字化转型的新技术
 
  无线自动恢复模块(ARM)可保护现场总线平台的配置信息免遭严重故障的影响,并通过内部Wi-Fi接入点和移动网站轻松访问诊断和调试数据。旨在轻松无缝地为不同的工位和顺序提供不同的压力。这可以包括即时的压力变化和工具位置的支持,以快速进行产品变化以进行转换,以增加灵活性。
 
  随着气动技术变得越来越智能,他们正在使用它们的整个生产系统中生成更多数据点-诊断,使用情况统计信息和寿命数据就是其中的几个例子。当用于更有效地管理生产系统,控制能耗和最大化正常运行时间时,此数据具有最大价值。
 
  但是,来自智能设备和子系统的所有这些数据都有可能淹没机器控制网络并影响控制性能。一些气动元件制造商正在提供智能的气动监控“网关”或“集线器”,它们可以汇总和组织气动性能数据,并通过单独的并行路径将其提供给工厂管理系统,因此控制网络不会受到影响。这些中心可以独立于使用OPC统一体系结构,MQ遥测传输,超文本传输协议或电子邮件路径的过程控制体系结构,以在系统级和设备级性能上传递警报和数据。
 
  随着无线通信技术的进步,制造商还可以提供设备级分析功能,并通过Wi-Fi连接传输警报。当气动阀系统安装在空中或机器深处时,很难实现关键诊断信息或关键调试功能的优势。但是,制造商还可以通过移动网站轻松访问某些现场总线平台的强大诊断和调试功能,该网站可以在具有Wi-Fi功能的手机,平板电脑和笔记本电脑上使用,而无需安装应用程序。
 
  设计用于数字转换的气动阀系统现在融合了功能和技术,为气动执行器和应用提供了更高水平的精确控制。由于阀系统控制模块中使用了更先进的电子设备,因此设计人员现在可以将比例积分微分(PID)控制器集成到气动定位应用中,从而自动对控制功能进行准确而敏感的校正。
 
  借助这些高科技的气动功能,不仅可以提供更精确的系统端点运动精度,而且与PLC结合使用,还可以从位置控制实时切换到力控制并微调运动高度自动化,产品吞吐量,可靠性和可重复性的序列。
 
  更智能的气控阀
 
  气控阀一直在稳步发展,以帮助OEM和最终用户在其自动化系统中充分利用气动技术。此外,许多气动技术提供商已经对其在线配置和订购工具进行了实质性升级,以使机器制造商即使在很短的周转时间内也能高效而轻松地获得零件。
 
  这些工具简化了订购曾经构成阀门系统的多个元件(底座,电子装置以及阀门本身)的耗时过程,该过程非常耗时。现在,这些在线配置器通过选择现场总线接口,集成的I/O模块和其他功能,以及作为包装的一部分的CAD图,而无需知道部件号或系统细微差别,就可以轻松订购阀门组件。这些工具使OEM和最终用户都可以在更紧凑,更可靠的购买过程中获得完整的配置。
 
  充分利用电子技术和模块化,尖端技术的力量,作为完整的智能气动运动和控制平台的一部分的气控阀提供了一种经济高效的多功能技术选择。该选项可用于自动化和制造应用的各种数字转换计划。
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