MX-System: Sistem plug-in pentru automatizarea fără dulapuri de comandă-control
Cu MX-System ca set de instrumente de automatizare modulară, Beckhoff a împachetat portofoliul său cuprinzător de produse într-un nou sistem de carcasă robust pentru montarea directă pe mașină. Soluția rezultată poate înlocui complet sistemele de automatizare tradiționale instalate în dulapuri de comandă-control, reduce amprenta mașinii și reduce consumul de energie de la ventilatoare și alte dispozitive de răcire. Astfel, Beckhoff – în rolul său de lider tehnologic – inițiază încă o dată o revoluție în tehnologia de automatizare și stabilește noi standarde în ceea ce privește proiectarea mașinilor fără dulapuri.
În timp ce primele controlere logice programabile au preluat doar legătura dintre semnalele de intrare și ieșire ale mașinilor și sistemelor, tehnologia de control bazată pe PC de astăzi poate prelua toate funcțiile automatizate întâlnite în procesele de producție moderne. I/O-uri, tehnologie de acționare, tehnologie de siguranță, intrări de date, conexiuni cu sisteme de nivel superior și chiar sarcini de procesare a imaginilor – totul este gestionat de controlerul central. Această creștere a diferitelor sarcini explică de ce adesea dulapurile de comandă-control nu au devenit mai compacte, în ciuda faptului că electronicele devin în mod constant mai mici și mai puternice – chiar și cu funcții de siguranță integrate în interiorul lor. Adesea, se poate observa chiar contrariul – funcționalitățile suplimentare ale mașinilor automatizate au crescut continuu numărul de componente specifice funcțiilor din dulapurile de comandă-control.
Un dulap de control convențional poate fi împărțit, de obicei, în diferite zone funcționale:
- alimentarea cu energie, protecția cu siguranțe fuzibile și distribuția
- generarea și protecția cu siguranțe fuzibile a tensiunilor auxiliare
- controlul secvențial cu intrările și ieșirile
- controlul motorului
- nivelul de conectare pentru dispozitivele din câmp
Dacă comparăm tehnologia dulapurilor de comandă – control din ultimele decenii, devine clar că structura de bază, inclusiv domeniile menționate, a rămas aproape neschimbată – indiferent de numărul și dimensiunea componentelor. Astăzi, procesele manuale sunt încă utilizate pentru a plasa componentele și a stabili conexiunea electrică în interiorul și între zonele individuale ale dulapului de comandă-control. Pentru a renunța la efortul mare de cablare implicat, Beckhoff a recunoscut că reducerea efortului este posibilă pe termen lung numai pe baza unor interfețe uniforme ale tuturor dispozitivelor sau unităților funcționale. Scopul nu este doar de a eficientiza planificarea și producția de dulapuri de comandă-control prin digitalizare și automatizare, ci și de a înlocui complet dulapurile de control în forma lor actuală. În acest scop, a fost dezvoltat un set de instrumente modulare, MX-System, în care modulele conectabile cu interfețe electrice și mecanice standardizate sunt interconectate prin intermediul unei unități de bază.
EtherCAT ca interfață standard la nivel de sistem
EtherCAT constituie baza tehnologică pentru interfețele standard ale sistemului MX. Datorită principiului său funcțional special – procesarea datelor din mers – acest standard de comunicare stabilit la nivel mondial este ideal pentru această sarcină. EtherCAT este capabil să conecteze un număr mare de module I/O, unități și alte componente la un controler în aproape orice topologie și succesiune. Siguranța funcțională este, de asemenea, integrată. Sincronizarea extrem de precisă a tuturor componentelor din sistem este posibilă datorită ceasurilor distribuite ale tehnologiei EtherCAT, cu care se obțin abateri mai mici de 100 ns. Caracteristicile extinse de diagnosticare ale EtherCAT asigură o comunicare stabilă a sistemului, deoarece orice defecțiune poate fi detectată, localizată și eliminată într-un stadiu incipient.
Deoarece EtherCAT acoperă întreaga gamă de cerințe de transmitere a datelor, un singur sistem de magistrale este suficient pentru comunicarea internă a sistemului, precum și pentru extinderile externe, care pot fi conectate și prin EtherCAT P. Aceasta este extensia One Cable Automation a tehnologiei EtherCAT și implică transmiterea datelor și a energiei pe o singură linie. În cadrul sistemului MX-System, pe lângă EtherCAT, trebuie transmisă doar puterea, ceea ce înseamnă că este posibilă reducerea numărului de interfețe interne la doar două. Prima interfață include tensiunile de siguranță foarte joase de 24 și 48 Vcc, precum și protocolul EtherCAT. Acest amestec de tensiuni și semnale este reunit pe un singur conector de date. Ca o a doua interfață, tensiunea de rețea de până la maximum 530 Vca (trifazată, plus conductorul neutru și PE), precum și magistrala de legătură DC a sistemului de acționare cu o tensiune de până la 848 Vcc sunt emise pe un alt conector.
Concept de placă de montaj durabilă ca înlocuitor al dulapului de comandă-control
Conectorii sistemului MX-System, împreună cu placa de cablaj imprimat, sunt bine protejați într-un profil de extrudare robust din aluminiu, pe care modulele funcționale sunt conectate și înșurubate la locul lor. Această unitate, care constă din carcasă și parte electronică, se numește placa de montaj și, pe lângă carcasa mecanică, include și plăci de cablaj, pe de o parte pentru tensiunile de control și comunicare, iar pe de altă parte pentru tensiunile de alimentare. Combinația dintre placa de montaj și modulele funcționale îndeplinește cerințele gradului de protecție IP67 și este răcită pasiv într-un interval de temperatură cuprins între 0 și +50 °C. Acest lucru elimină necesitatea unor carcase de protecție suplimentare și permite ca unitatea să fie montată direct pe mașină sau sistem. Prin urmare, nu mai este necesar un dulap de comandă-control central, instalat manual. Pentru a crea un ansamblu MX-System complet, este nevoie de o singură unealtă pentru a înșuruba modulele pe placa de bază.
Capacitatea de rezistență la curent a plăcii de montaj, de 63 A pentru putere și de 30 A pentru tensiuni foarte joase pentru siguranța mașinilor este capabilă să acopere majoritatea cerințelor din domeniul automatizării. Lungimea plăcii de bază este limitată inițial la 1 m și la 24 de puncte de conectare pentru modulele de sistem. Sistemul de menținere integrat înregistrează parametrii de mediu, cum ar fi temperatura și umiditatea, precum și vibrațiile și șocurile din interiorul plăcii de bază.
Placa de montaj este disponibilă în diferite versiuni. O comandă compactă pentru conectarea directă la rețea poate fi configurată chiar și cu placa de bază cu 1 rând cu conectori de date pentru modulele funcționale care măsoară 110 mm în înălțime. Sursele de alimentare de 24 V și IPC-urile necesare pentru aceasta sunt incluse în portofoliul de module funcționale. Plăcile de bază cu 2 rânduri includ atât conectori de date, cât și conectori de alimentare de bază. Variantele ulterioare de plăci vor oferi, printre altele, un mix hibrid de conectori în cadrul rândurilor, precum și un etaj de extindere cu trei rânduri, lucru necesar pentru module de acționare mai puternice.
Module pentru toate funcțiile de comandă-control
Placa de montaj MX-System înlocuiește cablajul dintre componentele unui dulap de comandă-control și, în această formă, reprezintă o adevărată inovație în tehnologia de automatizare. Modulele funcționale preiau proprietățile esențiale ale componentelor instalate în mod obișnuit într-un dulap de comandă-control convențional. Cu toate acestea, ele nu reprezintă o înlocuire 1:1, deoarece mai multe funcții ale dulapului de control sunt întotdeauna combinate într-un singur modul de funcții. Fiecare modul vine cu diverse funcții deja integrate. Printre acestea se numără siguranțele pentru liniile de ieșire și nivelul de conectare, care este asigurat prin intermediul conectorilor de semnal M8 și M12 sau al conectorilor din seria ECP/ENP de la Beckhoff, dacă sunt implicate niveluri de putere mai mari. În plus, multe module de putere oferă intrări integrate pentru senzorii asociați cu un actuator. Acestea și multe alte soluții au fost dezvoltate în strânsă colaborare cu clienți importanți din diverse industrii.
Modulele funcționale înlocuibile la cald acoperă toate funcțiile necesare pe o mașină și sunt împărțite în domeniile de produse IPC, Bus Coupler, I/O, mișcare, releu și sistem. Acestea se bazează pe gama dovedită de tehnologie de control și acționare bazată pe PC și EtherCAT de la Beckhoff. Acest portofoliu a fost extins pentru a include funcții pentru comutarea directă a actuatorilor de curent alternativ monofazat sau trifazat, cum ar fi motoarele asincrone sau încălzitoarele electrice. Zona de produse de mișcare a fost extinsă pentru a include convertoare de frecvență. De asemenea, o noutate pentru Beckhoff sunt modulele de sistem care asigură infrastructura necesară pentru funcțiile de control. Printre exemple se numără sursele de alimentare cu comutație pentru 24 și 48 Vcc, modulele UPS și switch-urile Ethernet.
În plus, au fost dezvoltate module cu un design hibrid. Acestea includ surse de alimentare care oferă, printre altele, punctul de conectare la rețea, întrerupătorul principal, filtrul de rețea, tehnologia de măsurare a energiei, măsurarea curentului rezidual și sursa de alimentare de 24 Vcc ca pachet funcțional într-o singură carcasă. Un alt exemplu sunt ieșirile EtherCAT P cu siguranțe pentru protecția liniei atât pentru tensiunile foarte joase de protecție, cât și pentru tensiunile joase.
În cazul în care o funcție trebuie mapată de un dispozitiv instalat într-un dulap de comandă-control tradițional, este disponibil modulul de funcție de extensie a plăcii de montaj. Acesta extinde placa de bază dincolo de partea dreaptă și oferă un spațiu de instalare protejat pentru dispozitivele IP20. Aici, sunt furnizate atât tensiunile conectorului de date și ale conectorului de alimentare, cât și o conexiune EtherCAT. La fel ca toate celelalte module funcționale, modulele de sistem se caracterizează prin faptul că sunt dispozitive EtherCAT. Acest lucru permite o reglabilitate ridicată, evaluarea valorilor reale și o diagnoză detaliată direct de la controlul mașinii.
Avantaje pentru utilizatorul final al mașinii
Un avantaj major de diagnosticare în comparație cu dulapul de control clasic este faptul că MX-System utilizează numai componente conectate în rețea. Acest lucru înseamnă că starea fiecărei siguranțe individuale, a sursei de alimentare sau a modulului de comutare principală, de exemplu, poate fi interogată în orice moment – așa cum ar fi în mod normal în cazul unui dispozitiv dintr-o rețea EtherCAT. Ca parte a noului Beckhoff Device Diagnostics, opțiunile de diagnosticare extinse cunoscute ale EtherCAT sunt completate de un număr de serie unic pentru fiecare modul. Acesta este plasat sub forma unui cod data matrix pe partea frontală a modulului și poate fi scanat cu ajutorul unei aplicații pentru smartphone. Smartphone-ul se conectează la controler prin tehnologie wireless și afișează datele de diagnosticare respective, cum ar fi starea modulului sau memoria de erori. În acest fel, smartphone-ul devine un “voltmetru și osciloscop digital”, care depășește simpla înlocuire a dispozitivelor de măsurare tradiționale. Tehnicienii de întreținere și de service beneficiază de informații precise despre starea unei funcții sau a unui ansamblu fără a fi nevoiți să măsoare hardware-ul. Acest lucru are un efect pozitiv general asupra funcționării instalației.
Avantajele corespunzătoare pentru operatorii de mașini și sisteme rezultă în primul rând din faptul că întreținerea și service-ul sunt semnificativ mai ușoare datorită schimbului simplu de module și a noului sistem de diagnosticare a dispozitivelor Beckhoff. Prin încapsularea funcțiilor individuale de automatizare într-un singur modul, se pot efectua diagnostice simple pentru defecțiuni electrice la nivel de modul. Acest lucru înseamnă că inginerul de întreținere trebuie doar să determine starea modulului – cu ajutorul LED-urilor de stare, al unui smartphone sau al Beckhoff Device Diagnostics. La rândul său, acest lucru facilitează determinarea dacă modulul, cablul către dispozitivul din teren sau dispozitivul în sine trebuie înlocuit.
KREATRON AUTOMATION SRL