Aktuální vydání

celé číslo

02

2021

Systémy pro řízení vodárenských sítí a ČOV

Hladinoměry

celé číslo

Pneumatické ventilové a instalační terminály

Na mnoha strojích a zařízeních – zejména těch, které obsahují pneumatickou techniku – se dnes nacházejí celky zahrnující mnoho prvků původně používaných samostatně. Vžil se pro ně název pneumatické ventilové terminály. Proč se používají? Kdosi řekl, že „lenost je hnacím motorem pokroku“. Hlavním přínosem terminálů jsou nesmírné úspory práce a času při výrobě, oživování, provozu a údržbě strojů. Tento článek se zabývá vývojem a současnou podobou těchto zařízení. Některé výrobky dostupné na našem trhu jsou uvedeny v přehledu trhu pneumatických ventilových terminálů otištěném na str. 22.

Jak pneumatické ventilové terminály vznikly

Ventilové terminály obsahují různé prvky. Smysl této integrace lze nalézt v historii jejich vzniku. Pneumatická technika ve značné míře pomáhá automatizovat. Tak, jak v jiných oborech, i v automatizaci strojů se vývoj zrychluje a stroje jsou stále složitější.

První milník: integrace mechanického upevnění

Původně samostatně používané ventily se nejprve začaly objevovat na nejrůznějších lištách nebo blocích, které zjednodušují jejich instalaci, protože ubývá upevňovacích prvků (obr. 1 nahoře). Stále je méně hadic a šroubení, přehlednější instalace znamená rychlé odhalení závad.

Druhý milník: integrace elektrického připojení cívek

Na přelomu 80. a 90. let minulého století se poprvé objevil pojem „ventilový terminál“. Význačným rysem terminálů byla vždy integrace pneumatické a elektrické části. V počátcích šlo o propojení ventilů elektrickou lištou, která obsahuje centrální konektor pro připojení vodičů pro jednotlivé cívky, tzv. vícepólové připojení (obr. 1 dole).

Třetí milník: komunikace po průmyslových sítích

Několik let po zavedení vícepólového připojení se začalo používat mnoho různých průmyslových sběrnic. Jejich výhodou je úspora vodičů, jasná a přehledná instalace, obvykle velmi pokroková diagnostika. Zpočátku se jejich použití omezovalo na velké stroje a linky, kde se zmenšení počtu vodičů promítá do ceny a vede ke zlevnění instalace. Postupně se s rostoucí složitostí strojů použití průmyslových sítí rozšířilo i na malá zařízení, neboť úspory vzniklé díky rychlosti a přehlednosti instalace vítězí nad pořizovacími náklady.

Trendy vývoje ventilových terminálů

V nedávné době se objevila nová generace sítí, obvykle nazývaná průmyslový Ethernet. Výrobcům se splnil jejich dávný sen – propojit běžnou komunikační techniku, používanou v širokém měřítku v oblasti běžných PC (přenos velkého objemu informací bez časové determinace) s přenosem technologických informací v reálném čase. Otevírají se nové možnosti pro přenos diagnostických informací, sběr dat apod. V posledních několika letech již převažuje používání terminálů s komunikací nad diskrétním ovládáním jednotlivých cívek.

Vývoj ale pokračuje – do terminálů se přesouvá stále více funkcí. Zcela zásadní je pronikání dalších elektrických funkcí.

Pneumatická část zpravidla přenáší pouze diskrétní elektrické signály pro jednotlivé ventily. Modularita, tedy možnost změnit počet ventilů, je téměř samozřejmostí. Méně častá je možnost kombinovat několik velikostí ventilů v jedné sestavě, a to i bez přechodových dílů – uživatel může optimalizovat seskupení jednotlivých ventilů v souladu s velikostí použitých pneumatických pohonů (obr. 2). Výjimečná je komunikace v pneumatické části, která nejen dovolí propojit velké množství ventilů (protože počet není omezen počtem elektrických vedení), ale přináší i další, mnohdy zcela nečekané možnosti:

–   rozdělení pneumatické části na několik elektrických zón s odděleným napájením, které lze tudíž samostatně odpojovat, např. při nouzovém zastavení stroje odpojit jen část ventilů, protože stačí přerušit silové napájení a ponechat komunikaci,

–   zařazení čidel tlaku na místo, kde uživatele informace o tlaku nejvíce zajímají – přímo mezi ventily (obr. 3); naměřené hodnoty jsou přitom přenášeny v digitální formě, tedy bez analogových karet, a včetně detailních diagnostických dat,

–   integrace proporcionálních redukčních ventilů – opět bez zbytečných mechanických dílů, kabelů a analogových signálů; tlak lze nastavit podle potřeby směrem ven z terminálu nebo i přímo jako napájecí tlak pro následnou zónu s ventily (obr. 4).

V některých případech použití je zapotřebí, aby měly jednotlivé ventily zvláštní funkce. Jde o individuální nastavení tlaku, samostatný přívod tlaku do jediného ventilu, automatické uzavření tlaku při vyjmutí ventilu (tzv. hot-swap – výměna ventilu za chodu stroje), škrcení odvětrávaného vzduchu apod. Tyto funkce řeší tzv. vertikální výstavba (obr. 5).

Uspořádání elektrické části vychází z před­pokladu tradičního použití pneumatických válců se dvěma čidly koncových poloh. Proto se na terminálu objevují elektrické binární vstupy pro čidla – běžně v počtu dvojnásobném v porovnání s počtem ventilů. Velmi často je však možné připojit nejen větší počet vstupů, ale i výstupů, případně i analogové signály se standardními rozsahy a další přístroje, jako jsou termočlánky či odporová čidla teploty.

Mnohdy terminál dokonce neobsahuje žádné pneumatické ventily – jde o tzv. instalační elektrické terminály. V poslední době se objevují také terminály, které disponují čistě elektrickými funkcemi, např. ovládáním většího počtu elektrických pohonů (stejnosměrné motory, krokové motory, střídavá serva, lineární elektromotory), ale také pneumatických serv, tedy polohování pneumatických válců. Zajímavá je i možnost odměřování polohy různými čidly. Při snímání většího počtu tlaků je užitečná integrace pneumatických čidel tlaku.

Centrálně, nebo necentrálně?

Jednou ze stěžejních otázek při použití terminálů je topologie stroje. Integrace funkcí do jediného terminálu je výhodná z pohledu pracnosti, ale může vést k potížím z hlediska rozmístění technologie po stroji. Délku hadic k pneumatickým pohonům nebo kabelů od čidel lze zmenšit necentrální instalací, tedy rozmístěním několika terminálů do různých míst. Komunikace mezi nimi může být zprostředkována použitou průmyslovou sítí, výhodnější však bývá vybavit terminál jeho vlastní interní komunikací – pro uživatele jde stále o jeden terminál na síti, ačkoliv je fyzicky rozdělen do několika částí (obr. 6).

Poměrně vzácně je v terminálu integrován PLC, který do něj vnáší vlastní inteligenci. Takový terminál může být součástí nadřazeného systému, ale dokáže celé zařízení i sám řídit. Miniaturizace elektroniky v tomto případě dovoluje, aby se terminál s PLC vypořádal např. i s interpolací dvou elektrických pohonů a dokázal třeba nanášet tmely nebo lepidla.

Jak v pneumatické, tak i v elektrické části lze uplatnit několik elektrických napájení – zón – a tak řešit širokou paletu bezpečnostních funkcí.

Shrnutí

Ze všech zde naznačených možností je patrné, že současné pneumatické ventilové terminály dokážou na stroji řídit stále více prvků a mohou být velmi komplexní (obr. 7). Při navrhování nového zařízení se jistě vyplatí jejich „schopnosti“ podrobně prozkoumat. Tento článek je jen neúplným shrnutím toho, co dnešní technika dovoluje, i tak je z něj zřejmé, že použitím pneumatických ventilových terminálů lze dosáhnout značných úspor práce a času.

 Zdeněk Haumer, Festo

Obr. 1. Ventily byly nejprve upevňovány na lišty a sestavovány do bloků (nahoře), později byly ventily propojeny elektrickou lištou

Obr. 2. Kombinace ventilů několika velikostí v jedné sestavě

Obr. 3. Zařazení čidla tlaku mezi ventily

Obr. 4. Integrace proporcionálních redukčních ventilů

Obr. 5. Pneumatický ventilový terminál ve vertikální výstavbě

Obr. 6. Pneumatický ventilový terminál s vlastní interní komunikací

Obr. 7. Komplexní pneumatický ventilový terminál