Системы управления, устанавливаемые на механизмах
Способность работать в жестких условиях расширяет сферу применения систем управления, монтируемых на механизмах.
Идея установки систем управления непосредственно на механизмах не нова. Механические системы управления, конечно, необходимо было устанавливать непосредственно на управляемом оборудовании из-за того, что воздействие осуществлялось через механические соединения. Устройства ручного управления для механизмов с электрическим приводом продолжали устанавливать на промышленном оборудовании для предоставления операторам быстрого доступа, и очень редко появлялись причины делать все по-другому. Автоматизированное промышленное оборудование, главным образом станки с ЧПУ для металлообработки, появилось в 60-х годах прошлого века, и разумным решением считалось удаление устройств управления от режущих головок и других быстродвижущихся элементов. Позднее, с усложнением электронных устройств управления, разработчики станков продолжали выносить их в отдельные шкафы для защиты от высоких/низких температур, пыли, влаги и других воздействий.
Компактный корпус со степенью защиты IP67 позволяет устанавливать электронику систем управления непосредственно на механизмах.
«Устройства управления, устанавливаемые на оборудовании — уникальный сегмент рынка, — говорит Грэм Харрис, президент Beckhoff Automation. — Идея расположить устройства управления непосредственно на станке, уменьшая или совсем избавляясь от необходимости использования шкафов управления и связанных с ними кабелей, рассматривалась на протяжении ряда лет. Однако технические ограничения, связанные с требованием обеспечить степень защиты IP65/67 для всех элементов, уменьшили количество реализованных систем. Такие устройства, как блоки питания, модемы и реле безопасности, как правило, не доступны в таком исполнении». Код IP регламентируется стандартом IEC 60529 и обозначает степень защиты от проникновения твердых объектов, пыли, воды и случайного контакта. IP65 определяется как «пылезащищенный», т.е. пыль не может проникнуть внутрь корпуса, имеется полная защита от контакта и струй воды. Характеристики IP67 аналогичны, дополнительно допускается погружение в воду на глубину до 1 метра.
Тщательное соблюдение теплового режима позволяет устанавливать приводы непосредственно на корпус серводвигателя, значительно упрощая систему кабельных соединений. Шлейфовая разводка питания и сигналов управления уменьшает возможные помехи. Источник: Bosch Rextroth
Сегодня Beckhoff и другие поставщики систем автоматики снова вернулись к идее установки систем управления на оборудовании, представив электронные компоненты, размещенные в корпусах, допускающих использование в экстремальных условиях. Системные интеграторы используют эти преимущества, уменьшая длину необходимых кабелей и избавляясь от похожих на спагетти проводных межсоединений.
Например, ET 200pro CPU, поставляемый Siemens Energy & Automation, представляет монтируемый на механизме контроллер, имеющий степень защиты IP65/67, что позволяет устанавливать его в жесткой влажной среде без отдельного шкафа управления. Он работает в расширенном температурном диапазоне от -25OC до 55OC. Еще одна новинка, представленная Danfoss Drives — привод FCD QDrive, полностью защищенный и удовлетворяющий стандартам IP66/NEMA 4X, монтируемый на стене или на рейке в любом положении или непосредственно на двигателе.
Монтаж привода на двигателе представляет решение, широко продвигаемое Bosch Rexroth в линейке интегрированных серводвигателей-приводов IndraDrive Mi. Тщательно продуманная система теплообмена позволяет установить полностью закрытую электронику привода на корпус двигателя. Тепло, выделяемое приводом, передается двигателю, а также рассеивается через радиатор в верхней части привода.
Монтаж привода на двигатель, являющийся частью машины, сокращает кабельные соединения. Кроме того, IndraDrive Mi позволяет организовать шлейфовую схему подачи питания и сигналов управления от двигателя к двигателю, используя водонепроницаемые соединители, экономя на медном проводе, упрощая систему и делая ее пыле- и влагостойкой.
За и против
«Главное отличие контроллера, устанавливаемого на механизм от монтируемого в шкафу, заключается в разной степени защиты, — говорит Джим Вайлмот, управляющий отделом маркетинга ПЛК в Siemens Energy & Automation. — [Устанавливаемое на машину оборудование] нуждается в дополнительной защите от водных брызг и должно работать в расширенном диапазоне температур. Кроме того, если эти контроллеры являются частью большой распределенной системы управления, то для простой и быстрой связи им необходимы расширенные сетевые возможности».
При монтаже электроники системы управления непосредственно на корпус станка возможно воздействие ударов и вибрации. Использование резиновой втулки снижает вероятность повреждения оборудования
Майк Масси, директор по маркетингу приводной продукции компании Yaskawa Electric America, перечисляет основные преимущества таких систем: меньше проводов, ниже стоимость, меньше проблем с электромагнитными и радиочастотными помехами из-за меньшей длины кабелей и упрощение технического обслуживания оборудования.
«Одно из самых больших преимуществ — экономия средств, — говорит Вайлмот. — Теперь можно обойтись без шкафов управления».
При монтаже электроники системы управления непосредственно на корпус станка возможно воздействие ударов и вибрации. Использование резиновой втулки снижает вероятность повреждения оборудования распределенного ввода/вывода», — замечает сотрудник Beckhoff Харрис. На больших машинах сэкономить на кабельной продукции можно, разместив модули ввода/вывода рядом с датчиками и исполнительными механизмами, и далее подключив через сетевые кабели к центральному контроллеру.
«На традиционном рынке ПЛК, — продолжает он, — первыми продуктами, появившимися на арене систем управления, устанавливаемых на оборудовании, стали небольшие контроллеры с фиксированным количеством входов/выходов или ограниченными возможностями расширения и низким энергопотреблением. Однако машины, которым необходимы небольшие системы управления, меньше всего нуждаются в уменьшении кабельной разводки».
Вайлмот говорит: «Устройства управления, имеющие степень защиты IP65/67, могут работать в тяжелых условиях без шкафа управления. Многие также работают и в расширенном температурном диапазоне. Эти контроллеры легко подключаются через Ethernet, поэтому необходимость размещать все контроллеры в одном месте отпадает».
Возможность отказаться от отдельного шкафа для размещения электроники системы управления уменьшает общую площадь, занимаемую машиной. Установка устройства управления на машине также упрощает обслуживание. Источник: Siemens Energy&Automation
Отказ от монтажа электроники системы управления в отдельном шкафу также упрощает разработку, поскольку делает более гибкой возможную схему размещения компонентов. Для больших систем управления, когда есть несколько производственных участков, возможность использовать распределенные, монтируемые на оборудовании контроллеры, позволяет конфигурировать, диагностировать и эксплуатировать отдельные зоны предприятия независимо. Это ускоряет проектирование, сборку и запуск систем управления.
Масси из Yaskawa указывает, что более высокая вибрация, ударная нагрузка и температура могут снизить надежность работы оборудования. Одной только степени защиты IP65/67 может быть недостаточно. Может возникнуть необходимость смонтировать корпус с дополнительной защитой от удара и вибрации.
«Один из недостатков монтажа электроники устройств управления на машинах заключается в том, что хотя вы можете установить оборудование без шкафа, вам все еще нужно быть очень осторожным, и не монтировать систему там, где она может быть повреждена, — замечает Вильмот. — Неаккуратное управление вилочным погрузчиком или работники, использующее контроллеры как ступеньку, могут легко повредить их».
«Вы всегда можете защитить установленные на станке устройства, — продолжает он, — но это значительно снизит экономию».
Другой минус заключается в том, что если контроллер является лишь маленькой частью большой системы управления, включающей устанавливаемые в шкафу контроллеры, разные конструктивы оборудования потребуют дополнительных запасных частей. Что, в конечном итоге, увеличивает стоимость системы и снижает преимущества обслуживания и ремонта.
Вопросы обслуживания
«В случае ET 200pro CPU, — говорит Вайлмот из Siemens, — обслуживание на месте стало гораздо проще, благодаря наличию разъема RJ45 Ethernet, позволяющего подключить программатор».
Для корректировки программного обеспечения теперь необходимо только снять водонепроницаемый колпачок разъема и подключить программатор. Если полевой контроллер подключается к компьютеру, установленному вне цеха, через локальную сеть (LAN), необходимость работать непосредственно на объекте отпадает.
«Из-за повышенной вибрации и температуры электроника устройств управления на механизме может быть менее надежной, отмечает Масси, но обычно ее легче обслуживать».
Другой причиной, облегчающей обслуживание таких устройств, являются более износоустойчивые компоненты пользовательского интерфейса. Улучшенные технологии изготовления переключателей, дисплеев и корпусов позволили размещать легкие, полностью функциональные дисплеи, компактные панели или подвесные пульты управления непосредственно на механизме для обслуживания или управления. На переносном терминале IndraControl VCH от Bosch Rexroth, например, имеется трехступенчатая кнопка запуска и трехконтурная кнопки останова, а также графический дисплей размером 3.8 дюйма.
Эти технологические нововведения ускорили развитие систем управления, устанавливаемых на механизмах. Значит ли это, что шкафы управления, заполненные ПЛК и приводами, вымрут как динозавры? Может быть, но предсказывать гибель любого конструктива достаточно опасно. Скажем иначе, теперь у нас есть выбор, которого не было раньше.