Więcej niż eżektor

Stacje eżektorowe serii X-Pump to prawdziwy przełom w automatyzacji bliskiego transportu przedmiotów chwytanych próżniowo.

Przemysł motoryzacyjny, sprzętu AGD, przetwórstwa tworzyw sztucznych, szklarski, spożywczy, farmaceutyczny, kosmetyczny, płyt CD/DVD i wiele innych, w których istnieje potrzeba szybkiego przemieszczania przedmiotów, które trudno chwycić chwytakami mechanicznymi (rys. 1), coraz chętniej stosują technikę próżniową.

Rys. 1. Robot transportujący arkusze blach.

Podstawowe cechy, jakie musi spełniać końcówka chwytna manipulatora lub robota transportowego, to:

• niezawodność chwytu i duża dynamika procesu,
• krótkie czasy chwytania i zwalniania eliminujące czasy bezproduktywne maszyny,
• małe zużycie energii gwarantujące ekonomiczność procesu,
• duża niezawodność ograniczająca nieplanowane przestoje w produkcji,
• prosta obsługa, konserwacja i konfigurowalność skracająca do minimum czasy
serwisowe i przezbrojeń maszyny.

Jednym z ważniejszych komponentów próżniowej końcówki chwytnej jest wytwornica próżni. Od niej w dużym stopniu zależy, w jakim stopniu zostaną spełnione powyższe wymagania.

Rys. 2. Stacja eżektorowa X-Pump firmy Schmalz.

Stacja eżektorowa X-Pump (rys. 2) jest inteligentną wytwornicą próżni spełniającą wszystkie powyższe wymagania.

Niezawodność chwytu, duża dynamika procesu oraz krótkie czasy chwytania i zwalniania produktu

Stacja eżektorowa X-Pump wyposażona jest w dwukanałowy czujnik próżniowy. Dzięki temu możliwe jest ustawienie wartości progowych informujących zewnętrzny układ sterowania o faktycznej wartości próżni w układzie chwytnym końcówki manipulatora. Sygnał z pierwszego kanału (nastawiony na mniejszą wartość) może być wykorzystany jako sygnał startu pracy manipulatora, czyli może informować, że ssawki osiągnęły już minimalną, bezpieczną siłę mocującą i proces transportu może zostać uruchomiony, w możliwie najkrótszym czasie. Czas ten za każdym razem może być inny; w zależności od stanu technicznego układu próżniowego oraz jakości powierzchni transportowanego przedmiotu. Jest to niewątpliwie duża oszczędność czasu w stosunku do najczęściej stosowanych metod rozpoczęcia ruchu manipulatora po zadanym czasie od uruchomienia zasilania układu próżniowego.

Dodatkową zaletą tego rozwiązania jest bezpieczeństwo procesu produkcyjnego i otoczenia manipulatora. W przypadku, gdy z różnych powodów, nie będzie mogła być osiągnięta minimalna siła mocująca w ssawkach, nadrzędny układ sterujący nie otrzyma zezwolenia na ruch, co zapobiegnie niebezpieczeństwu „zgubienia” przedmiotu w trakcie transportu – zagrożenie wypadkiem lub niebezpieczeństwo uszkodzenia mienia. Jednocześnie manipulator wykonałby operację bezproduktywną rozregulowującą proces produkcyjny.

Sygnał z drugiego kanału próżniowego (nastawiony na większa wartość) może dać informację do sterownika manipulatora o osiągnięciu przez układ chwytny maksymalnej siły mocującej. Informacja ta może zostać wykorzystana do zezwolenia na wykonywanie ruchów z większymi przyspieszeniami, redukując tym samym czas wykonania operacji transportowej do minimum. Sygnał ten wykorzystywany jest również do, wbudowanego w sterownik stacji eżektorowej, systemu oszczędzania energii. Po osiągnięciu tej wartości następuje wyłączenie zasilania eżektora w sprężone powietrze. Dzięki temu można stosować stacje eżektorowe na pozór „przewymiarowane”, które ze względu na duże wydajności ssania bardzo szybko osiągają wymaganą wartość próżni w układzie chwytnym manipulatora. Istotnie skraca to czas mocowania przedmiotu.

Stacja eżektorowa X-Pump wyposażona jest również w zawór odrzutu, który po zakończeniu cyklu transportowego, „wstrzykuje” sprężone powietrze w obwód próżniowy powodując szybkie odmocowanie transportowanego przedmiotu. Dodatkowy moduł wspomagania odrzutu dla stacji SXMP wyposażony jest w zawór odcinający tłumik hałasu eżektora, dzięki czemu cały strumień sprężonego powietrza kierowany jest w obwód próżniowy skracając do minimum czas odmocowania przedmiotu. Niebezpieczeństwo zbyt gwałtownego odrzucenia transportowanego przedmiotu eliminuje się za pomocą, wbudowanego standardowo, zaworu dławiącego strumień odrzutu (rys. 3). Dla bezpieczeństwa zawór ten w stacjach X-Pump nie może być zdławiony do zera.

Rys. 3. Śruba regulacyjna strumienia odrzutu.

Dodatkową zaletą stacji eżektorowych X-Pump jest możliwość automatycznego generowania sygnału odrzutu po zakończeniu cyklu ssania. Czas odrzutu (od 0 do 2,5 s) wprowadza się za pomocą klawiatury do sterownika stacji. Dzięki temu można uprościć program sterujący manipulatorem i instalację sterującą.

Niezawodność chwytu transportowanego przedmiotu jest również istotna w stanach awaryjnych, czyli po wyłączeniu układu sterowania. Stacje te, jak wiele innych, dostarczane są w wersji NO i NC, czyli po zaniku sygnału sterującego eżektorem przechodzi on w stan aktywny (NO) lub nieaktywny (NC). W przypadku manipulacji przedmiotami o dużej masie lub w przypadku zagrożenia zdrowia lub mienia projektanci często decydują się na wersję NO, która gwarantuje utrzymanie chwytu przedmiotu w przypadku zaniku sygnałów sterujących. Jest to rozwiązanie kłopotliwe ze względu na koszty traconej energii w momencie włączenia zasilania sprężonego powietrza bez załączonego układu sterowania. W takiej sytuacji stacja eżektorowa zużywa maksymalną ilość sprężonego powietrza bez względu na to, w jakiej fazie cyklu roboczego się znajduje, czyli również wtedy, gdy nie ma chwyconego przedmiotu. Stacja X-Pump ma możliwość zainstalowania elektrozaworów impulsowych wspomaganych układem sterującym z podtrzymaniem zasilania na kondensatorze. Dzięki temu po wyłączeniu sterowania stacja eżektorowa przechodzi automatycznie w stan pełnego ssania, gdy przed wyłączeniem sterowania układ próżniowy był załączony (przedmiot jest uchwycony) lub w stan wyłączenia ssania, gdy układ próżniowy w tym momencie był wyłączony. Umożliwia to osiągnięcie dodatkowego efektu oszczędności energii przy zachowaniu bezpieczeństwa w strefie roboczej manipulatora.

Małe zużycie energii

Standardowe wykonanie stacji eżektorowych X-Pump umożliwia wywołanie funkcji oszczędzania energii sprężonego powietrza podczas transportu przedmiotów nieprzepuszczających powietrze. Ponieważ do wytworzenia próżni w ssawkach, przy tego rodzaju przedmiotach, wystarczy tylko krótki impuls sprężonego powietrza zasilającego eżektor, Można w takim przypadku zaoszczędzić nawet do 90% kosztów energii zasilającej tego rodzaju wytwornice próżni. Ze względu na konstrukcję eżektorów, wymagany jest przy tym dodatkowy zawór zwrotny w układzie próżniowym, który zapobiega spadkowi wartości próżni w ssawkach mocujących, gdy wyłączone jest zasilanie eżektora.

Funkcja oszczędzania energii, w stacjach X-Pump, kontroluje wartość próżni w ssawkach i w przypadku osiągnięcia, nastawionej wcześniej wartości progowej, odłącza zasilanie eżektora. Gdy wartość próżni podczas transportowania przedmiotu spadnie poniżej zadanej wartości histerezy, układ sterowania automatycznie włączy ponownie zasilanie eżektora, aż do momentu ponownego uzyskania wartości progowej próżni. Wartość progowa i histereza są nastawialne w szerokim zakresie.

Stacje eżektorowe X-Pump mają w standardzie odpowiednią konstrukcję i adaptowany do tego celu układ sterowania. Ich przewagą w stosunku do istniejących już na rynku tego rodzaju rozwiązań jest wbudowana logika zabezpieczająca, z jednej strony stację eżektorową przed uszkodzeniem zaworów sterujących, a z drugiej strony układ chwytny przed utratą bezpiecznej siły mocującej, w przypadku wystąpienia dużych nieszczelności w układzie próżniowym. Funkcja oszczędzania energii zostanie automatycznie wyłączona (eżektor będzie zasilany bez przerwy), na czas trwania jednego cyklu pracy stacji eżektorowej, w przypadku, gdy w czasie jednej sekundy dwukrotnie zostanie wyłączone i załączone zasilanie eżektora. Dzięki temu zapobiega się pracy elektrozaworu pneumatycznego ze zbyt dużą częstotliwością oraz chroni się układ chwytny przed zbyt dużymi zmianami wartości próżni, czyli przed zbyt dużymi wahaniami siły mocującej. Dodatkowo sterowanie tej stacji eżektorowej umożliwia automatyczne wyłączenie funkcji oszczędzania energii w przypadku wykrycia zbyt dużej prędkości spadku wartości próżni w obwodzie ssawek. Wartość tę wprowadza się wcześniej do układu sterownia za pomocą klawiatury.

Funkcję oszczędzania energii można wyłączyć w przypadku transportowania przedmiotów, które nie zapewniają szczelnego chwytu.

Duża niezawodność systemu

Duża niezawodność układu chwytnego gwarantuje rozbudowany system monitorowania, diagnostyki i statystyki, w jaki wyposażona jest stacja eżektorowa X-Pump.

Wewnętrzny układ monitorujący na bieżąco mierzy wartość próżni w obwodzie ssawek, (podczas cyklu ssania) kontrolując osiągnięcie zadanych, bezpiecznych wartości, obliczając czas „budowania się” próżni oraz obliczając prędkość opadania wartości próżni (w przypadku uaktywnienia funkcji oszczędzania energii). Wyniki tych pomiarów przekazywane są obsłudze (za pomocą dwóch wyświetlaczy diodowych) i nadrzędnemu układowi sterującemu (za pomocą sygnału na jednym z wyjść sterownika stacji).

Rys. 4. Wizualizacja stanu układu próżniowego.

Wizualizacja polega na zapaleniu zielonej lub czerwonej diody LED (rys. 4). I tak odpowiednio:

• dioda zielona świeci sygnałem ciągłym, co oznacza, że obwód próżniowy jest szczelny i utrzymywana jest odpowiednia siła mocująca,
• dioda zielona miga, gdy nieszczelności w obwodzie próżniowym przekraczają założoną wartości lub, gdy z powodu zbyt dużych nieszczelności, sterowanie samoczynnie wyłączyło funkcję oszczędzania energii (przy czym zadana siła mocująca jest osiągnięta),
• dioda czerwona miga, gdy przekroczony został zadany czas osiągania wymaganej wartości próżni w obwodzie ssawek lub gdy nie może być osiągnięta zadana siła mocująca (przy czym siła ta jest wystarczająca do przeprowadzenia operacji transportowej),
• dioda czerwona świeci sygnałem ciągłym, gdy nie może zostać osiągnięta minimalna wymagana wartość próżni w obwodzie mocującym.

Jednocześnie układ wystawia sygnały na wyjściach sterujących informując nadrzędny układ sterowania o osiągnięciu minimalnej i zadanej wartości próżni oraz o ewentualnym wystąpieniu jednej z trzech sytuacji:

• przekroczony został czas osiągnięcia wymaganej wartości próżni,
• wykryto zbyt duże nieszczelności w obwodzie próżniowym,
• zawór zasilania eżektora w sprężone powietrze został uruchomiony dwukrotnie w ciągu 1s.

Sygnały z układu monitorującego, z ostatniego cyklu pracy stacji eżektorowej, są podtrzymywane aż do momentu wywołania kolejnego cyklu roboczego, stąd mogą zostać odczytane i przeanalizowane nawet długo po zatrzymaniu urządzenia transportowego.

Stacja eżektorowa X-Pump dodatkowo daje do dyspozycji funkcję diagnostyczną, którą można wywołać zdalnie z nadrzędnego sterownika i zdalnie odczytać jej wynik działania. Funkcja ta analizuje 16 ostatnich cykli roboczych stacji eżektorowej i wyznacza z nich średnią wartość nieszczelności. Wynik analizy przekazywany jest do nadrzędnego układu sterującego jako wskazanie jednego z czterech standardowych przedziałów nieszczelności, poprzez wystawienie sygnałów dwustanowych na dwóch wyjściach sterownika. Dodatkowo wynik analizy wyświetlany jest za pomocą diod sygnalizacyjnych (zielonej i czerwonej – patrz tab. 1).

Tab. 1. Wynik działania funkcji diagnostycznej stacji eżektorowej X-Pump

Czerwony ciągły	Czerwony ciągły	Czerwony ciągły	Czerwony ciągły	Czerwony ciągły
1	1	L < 67mbar/s	SZCZELNY	Zielony ciągły
1	1	67mbar/s < L < 133mbar/s	LEKKO NIESZCZELNY	Zielony migający
1	1	133mbar/s < L < 200mbar/s	ŚREDNIO NIESZCZELNY	Czerwony migający
1	1	L > 200mbar/s	NIESZCZELNY	Czerwony ciągły

Prosta obsługa, konserwacja i konfigurowalność

Stacja eżektorowa X-Pump wyposażona jest w alfanumeryczny wyświetlacz trzypozycyjny oraz klawiaturę do komunikacji z użytkownikiem (rys. 5). Prosty układ menu pozwala na szybkie zapoznanie i posługiwanie się nim w codziennej praktyce. Dodatkowy podział menu na podstawowe i konfiguracyjne daje szybki dostęp użytkownikowi tylko do najczęściej używanych parametrów bez konieczności przeglądania całej ich listy. Wprowadzenie możliwości blokowania dostępu do każdego menu osobom nieuprawnionym gwarantuje bezpieczeństwo danych i ustawień konfiguracyjnych stacji.

Rys. 5. Interfejs użytkownika

Rozbudowane menu konfiguracyjne umożliwia precyzyjne skonfigurowanie stacji do aktualnych potrzeb klienta bez konieczności wcześniejszego planowania konfiguracji stacji do przyszłych, często nie dość dokładnie, sprecyzowanych wymagań.

Stacja eżektorowa X-Pump ma konstrukcję modułową, dzięki czemu można szybko wymienić uszkodzony podzespół i uruchomić produkcję. Dodatkowa możliwość zasilania ich w sprężone powietrze z płyty, wyposażonej w szybkozłącza umożliwia awaryjną wymianę stacji w ciągu kilkunastu sekund (rys. 6). Stacja eżektorowa X-Pump jest przystosowana do pracy z suchym lub zaolejonym powietrzem, zarówno od strony zasilania, jak i od strony układu próżniowego. Dzięki temu idealnie nadaje się do przemysłu metalowego, w którym często transportowane są naolejone blachy. W konstrukcji tej stacji zastąpiono filtry próżniowe z wkładem papierowym lub z tworzywa sztucznego na rzecz filtrów siatkowych, które są wyjątkowo łatwe w utrzymaniu.

Rys. 6. Wymiana eżektora zasilanego z płyty przyłączeniowej

Stacja ta posiada jeszcze szereg innych możliwości, które szczegółowo opisane są w instrukcji obsługi dostarczanej z produktem.

Podsumowując można powiedzieć, że największymi zaletami nowej stacji eżektorowej X-Pump firmy Schmalz są:

• wbudowany układ oszczędzania energii,
• rozbudowany układ monitorowania i diagnostyki,
• wizualizacja poprawności przebiegu procesu mocowania,
• możliwość komunikacji ze sterownikiem nadrzędnym w różnych standardach sieciowych,
• wbudowany układ statystyki pracy stacji eżektorowej,
• możliwość wyposażenia stacji w elektrozawory sterujące typ NO, NC i impulsowe,
• możliwość automatycznego wyzwalania funkcji odrzutu,
• bardzo krótkie czasy mocowania i zwalniania przedmiotów,
• zabezpieczenie przed ingerencją osób nieuprawnionych,
• swobodne programowanie bistabilnych kanałów pomiarowych czujnika próżniowego (trybu pracy, wartości progowych, typu kanałów wyjściowych),
• tryb pracy energooszczędnej,
• modułowa konstrukcja i zwarta budowa.

Przygotował
Andrzej Kocełuch