Proste okablowanie z siecią AS-i

Fot. 1. Wszystkie czujniki podłączone są do modułów AS-i

Mycie ultradźwiękowe wykorzystywane jest w niezliczonych procesach produkcyjnych. Najczęściej po obróbce mechanicznej, przechodząc do dalszego przetwarzania, detal musi być absolutnie pozbawiony opiłków lub kurzu. Przykładem może być usuwanie drobnego pyłu powstającego w trakcie obróbki szkła np. przy produkcji soczewek optycznych. Mycie ultradźwiękowe wykorzystywane jest również w przygotowaniu materiału do dalszego przetwarzania. Przedstawione poniżej urządzenie służy do mycia mikroskopijnych dyszy stosowanych w produkcji włókien z tworzyw sztucznych.

Tak jak szeroki jest obszar zastosowań, tak szerokie jest też spektrum urządzeń: od małych standardowych urządzeń aż po duże, wielkości garażu jednostki produkowane na specjalne zamówienia. Często myjki są stałym elementem procesu produkcyjnego a ich awaria mogłaby doprowadzić do zatrzymania produkcji. Dlatego wymagana jest maksymalna niezawodność tych urządzeń. W razie awarii uszkodzenie musi być możliwie szybko zlokalizowane. Oprócz niezawodnych czujników oraz aktuatorów także okablowanie jest niezwykle istotne ze względu na niezawodność oraz diagnostykę.

Fot. 2. Dopiero po zakończeniu procesu mycia można wyjąć detale z myjki

W tym miejscu sieć AS-i (Actuator-Sensor-Interface) pokazuje wszystkie swoje zalety. Zamiast skomplikowanego i nieprzejrzystego okablowania równoległego komunikacja na poziomie czujników przebiega po jednym dwużyłowym kablu.

Dieter Bickelhaupt, kierownik działu urządzeń myjących w firmie KLN, powiedział: "Prostota, elastyczność oraz szybkość montażu, dostępność w każdym miejscu urządzenia są dla nas miarodajnymi zaletami sieci AS-i". Firma KLN stosuje zarówno czujniki, jak i urządzenia AS-i produkcji ifm electronic. W ofercie ifm znajdują się wszystkie komponenty sieci AS-i, począwszy od odczepów na płaski kabel poprzez moduły wejść-wyjść aż po stacje master z różnymi interfejsami. "Byliśmy wtedy jednym z pierwszych klientów ifm, który z dużym powodzeniem zastosował sieć AS-i i który do dzisiaj pozostał wierny tej firmie. ifm oferuje urządzenia, które po prostu optymalnie pasują do naszych aplikacji" - dodał Dieter Bickelhaupt.

STANDARD NIEZALEŻNY OD PRODUCENTA

Fot. 3. Wyłączniki drzwi z ryglem gwarantują, że podczas mycia nie można przypadkowo otworzyć myjki

AS-i jest magistralą komunikacyjną najniższego poziomu w systemach automatyki służącą do podłączenia czujników oraz aktuatorów. Sieć AS-i zdefiniowana jest w międzynarodowej normie IEC 62026-2. Ponad 15 milionów zainstalowanych stacji ukazuje dobitnie znaczenie sieci AS-i jako taniego i sprawdzonego rozwiązania w systemach automatyki.

Dzięki standaryzacji systemu, niskim kosztom okablowania oraz łatwej technice łączeniowej sieć umożliwia instalację i uruchomienie metodą plug & play. Dalszą, często niedocenianą korzyścią jest zmniejszenie liczby zacisków a przez to zmniejszenie nakładu na dokumentację.

Dieter Bickelhaupt: "Dawniej wykonywaliśmy konwencjonalne okablowanie równoległe, tj. poprzez zaciski bezpośrednio do kart wejść i wyjść w sterowniku PLC. Okablowanie było przez to skomplikowane i zajmowało dużo miejsca w urządzeniu oraz w szafie sterowniczej".

W sieci AS-i zarówno komunikacja, jak i zasilanie realizowane są poprzez dwużyłowy, płaski kabel. Płaski kabel ma asymetryczny kształt zabezpieczający go podczas przekłuwania przed odwrotną polaryzacją. Modułowa budowa i swobodna topologia pozwalają na konsekwentne dopasowanie sieci do struktury maszyny.

ZASILANIE I KOMUNIKACJA PO ŻÓŁTYM KABLU

Fot. 4. Safety at Work: Indukcyjny czujnik bezpieczeństwa do kontroli położenia jest połączony ze sterownikiem poprzez sieć AS-i

Do sterowania procesem w urządzeniu myjącym zainstalowano różne czujniki i aktuatory. Czujniki indukcyjne i optyczne służą do monitorowania położenia wózków ze zbiornikami, w które elementy przeznaczone do mycia są wkładane i wyciągane ręcznie. Czujniki procesowe mierzą temperaturę i poziom cieczy w zbiornikach procesowych. Zarówno sygnały binarne, jak i analogowe wielkości procesowe np. temperatura są przesyłane poprzez sieć AS-i do sterownika PLC.

Jako przykład czujnika z wbudowanym aktuatorem może służyć wyłącznik drzwi z ryglem. Jeśli otrzyma ze sterownika przez sieć AS-i sygnał zezwolenia, rygiel zostaje zwolniony a drzwi można otworzyć. Tym sposobem uniemożliwia się operatorowi włożenie lub wyjęcie detalu z myjki podczas procesu mycia.

SIEĆ AS-I MOŻE BYĆ RÓWNIEŻ BEZPIECZNA

Fot. 5. Do przetwarzania sygnałów z urządzeń bez pieczeństwa potrzebny jest tzw. monitor bezpieczeństwa; doprowadza on maszynę do stanu bezpiecznego w przypadku wykrycia błędu - status urządzenia wyświetlany jest na frontowych diodach LED

Urządzenie myjące zawiera także elementy istotne ze względu na bezpieczeństwo pracy. Dlatego oprócz wyłącznika drzwi z ryglem myjka ma przyciski zatrzymania awaryjnego oraz indukcyjne czujniki bezpieczeństwa do kontroli położenia.

Tutaj sieć AS-i pokazuje swoją kolejną zaletę, mianowicie także sygnały bezpieczne można przesyłać dzięki standardowi AS-i "Safety at work" po tym samym żółtym kablu. Niepotrzebny jest zatem dla nich osobny kabel! Specjalne moduły bezpieczeństwa monitorują komunikację na magistrali. Do sieci AS-i można podłączyć urządzenia bezpieczeństwa o maksymalnym PL e zgodnie z normą ISO 13849-1 oraz SIL 3 zgodnie z IEC 61508.

OD CZUJNIKA DO STEROWANIA URZĄDZENIEM

Podłączenie czujnika czy aktuatora realizowane jest poprzez moduły wejść i wyjść, które nazywane są w przypadku sieci AS-i stacjami slave. Z reguły moduły te znajdują się blisko czujników. Stanowią one poprzez standardowe gniazda M12 połączenie urządzeń polowych z siecią AS-i. Natomiast podłączenie modułu z siecią AS-i realizowane jest za pomocą żółtego kabla, który jest włożony do jego dolnej części.

Fot. 6. Konwencjonalne oraz bezpieczne moduły AS-i

Technika przekłuwania płaskiego kabla gwarantuje niezawodne połączenie a zarazem jest wielkim ułatwieniem montażu. Moduły można łatwo zamontować w dowolnym miejscu płaskiego kabla, także rozbudowując istniejącą sieć o kolejne czujniki i aktuatory.

ifm electronic oferuje moduły do montażu w szafach sterowniczych, moduły polowe lub w postaci płytek drukowanych. Dostępne są one w różnorodnych konfiguracjach, z wyjściami i wejściami binarnymi, analogowymi oraz w wykonaniu specjalnym np. do podłączenia czujników rezystancyjnych Pt-100.

Ponadto firma ifm oferuje tzw. inteligentne czujniki i aktuatory ze zintegrowanym chipem AS-i, np. moduły pneumatyczne, czujniki indukcyjne lub przyciski zatrzymania awaryjnego. Te stacje slave można podłączyć bezpośrednio do żółtego kabla AS-i.

MASTERY

Fot. 7. Odczepy AS-i służące do podłączenia inteligentnych czujników i aktuatorów AS-i do żółtego i czarnego kabla

Sercem każdej sieci AS-i jest stacja master stanowiąca niezależne urządzenie zarządzające komunikacją w sieci. Ponadto może ona mieć również funkcjonalność sterownika PLC pozwalającego na autonomiczne wykonywanie programu użytkowania z wykorzystaniem sygnałów wyjściowych i wyjściowych.

Oprócz tego stacje te posiadają funkcjonalność bramki umożliwiającej komunikację z sieciami wyższego poziomu jak Profinet IO czy Profibus DP. Zależnie od wykonania można podłączyć do stacji master jeden lub dwa kable AS-i, z których do każdego można podłączyć maksymalnie 248 binarnych czujników i aktuatorów.

WNIOSEK

Ale koniec końców liczy się wynik: nakład na okablowanie, dokumentację oraz uruchomienie są znacząco zredukowane dzięki zastosowaniu sieci AS-i. Decentralizacja modułów prowadzi do obniżenia kosztów i ograniczenia wielkości szaf sterowniczych. Unika się przy tym czasochłonnej budowy tras kablowych. Łatwa diagnostyka i przejrzysta struktura sieci prowadzą do większej niezawodności maszyn, zmniejszając koszty montażu i usuwania awarii.

Fot. 8. Serce układu: podwójny master z interfejsem Profi bus DP dla dwóch linii AS-i; ifm electronic oferuje również odpowiednie zasilacze AS-i

Na zakończenie jeszcze raz Dieter Bickelhaupt: "Ponieważ wykorzystujemy gotowe kable łączeniowe do szaf oraz zaworów, oszczędzamy ogromne ilości czasu zmniejszając zarazem liczbę błędnych połączeń. Oszczędności dzięki zastosowaniu sieci AS-i nie można dokładnie policzyć. Myślę, że uwzględniając wszystkie czynniki a więc także wielkość szaf sterowniczych, ograniczenie wielkości urządzenia, zdecentralizowaną strukturę i elastyczność również dzięki uzupełnieniu systemu o AS-i Safety at Work firmy ifm, można pewnie założyć, że jest to 10 do 15%. Ponadto mamy oszczędności podczas montażu, sporządzaniu dokumentacji oraz usuwania usterek".

Ilustracja tytułowa: Wielostopniowa myjka ultradźwiękowa firmy KLN

ifm electronic