工业4.0下的智能化元器件

作者:Nikolaus Fecht和Stefanie Michel 文章来源:MM《现代制造》 点击数:389 发布时间:2019-09-04
智能化元器件早已取代以往模拟信号的液压元器件。集成的传感器技术和评估软件已经实现了预防性维护保养。智能化的流体技术装备是如何集成在整个系统中?并在那里进行通信联系呢?
工业4.0下的智能化元器件

黑暗的地下室中存在着一些笨重且布满灰尘的东西,Bosch Rexroth公司的工程副总裁Mark Krieg博士是这样来描述液压系统。同时他指出,很长时间以来液压技术一直没有什么进步。企业中安装使用的还仍是老一代模拟信号的液压元器件,但如果仔细的观察一下近几年来液压技术领域的发展情况就会发现,在液压技术领域中的传感器和电气控制技术也有了新发展。例如在电液联动中使用了有着与电力驱动装置相同控制原理的电气控制组件,从而简化了液压系统的联网。流体技术与数字化技术和智能化的控制调节技术相结合早已不是新鲜事了,因为工业4.0要求元器件和设备应能联网、相互通信,因此就必须要有开放式的通信接口。

图1 Cytrobox液压动力单元中集成了所有在网络环境中使用时所需的元器件,使它能够加入到物联网中工作使用
图1 Cytrobox液压动力单元中集成了所有在网络环境中使用时所需的元器件,使它能够加入到物联网中工作使用

开放式设计的通信

例如,Bosch Rexroth公司设计的Cytrobox液压动力单元就是适合于液压技术领域使用的开放式通信设备。Cytrobox液压动力单元的外观就像一个细高的电气控制柜,设计的功率范围为7.5 kW~30 kW。它满足了各种应用的要求,一方面是因为它能与变频驱动系统、同步驱动系统和小型油箱配套使用,另一方面是因为它带有在网络环境中使用所需的一切装备。另外,动力单元内置的传感器还能提供当前的液压油过滤器工况、液压油液位和驱动系统工作状况的信息。所有的数据都由驱动调节器进行处理,并经Open Core通信技术协议的接口进一步处理、集成到现代化的机床设备控制方案中去。负责基础研究和创新开发的Andreas Günder先生说:“联网使得液压设备成为工业物联网中的一个成员,也使得液压设备的工作状况和所有的工作参数和数据都更加透明和数字化了。”

来自Krefeld市的Fluitronics公司展示的是另一种联网方式:智能化是液压集成块承担着与公司的移动驱动技术和物联网相互连接的联络员。Fluitronics公司的技术总经理Thomas Meindorf博士解释说道:“我们开发了一种移动式液压系统适用的智能化控制模块。利用这一模块可以通过互联网轻松的获取移动式液压系统的数据。这一设计理念源于一份订单合同的要求:收集垃圾箱的重量数据、并将采集到的数据与垃圾车的控制系统进行比较。” Canbus车载总线系统采集垃圾箱重量数据,并将采集到数据保存在数据记录器中,然后发送到IoT物联网的云中。

数据分析

Kraichtal市Argo-Hytos公司的方案实现了数据流的可视化:用切开的油箱展示了怎样用LED技术表示生产过程中油箱里液压油油位的高低。将Argo-Hytos公司合适的产品组合在一起使用就可以满足用户从产品生产过程开始实施监控、进行预防性维护保养的要求。除此之外,Argo-Hytos公司还有“Quick-Connect”的连接系统,该系统可以让用户体会到智能化液压连接系统的优点。

Klettgau市的Bucher液压技术公司的电力驱动技术与液压技术相结合的故障诊断和分析解决方案:Alpha-X显示器,可以借助于强大的弹簧组件(20 kN)和较大的负载质量(350 kg),反映出许多机床设备典型的负载曲线,而且可以在监视器上显示数据记录仪记录下来的数据。Bucher公司负责产品投资组合的经理Dierk Peitsmeyer先生解释说道:“从源头上利用专业知识的数据分析为最终用户带来了更多的附加值,即可以给用户提供有关设备运行状况和下一步需要采取的措施等信息。”数据信息的评估分析由Bucher公司的服务器中的诊断测试程序来完成,之后会有专家根据得到的数据分析结果向用户说明故障分析的结果,给出下一步需要采取的措施。

不同公司研发的液压系统

Moog有限责任公司推出了自主研发生产的EAS电控静压液力驱动系统。该系统使用的液压泵是直接安装在液压控制块或者液压缸上的变速液压泵。系统中的EPU电控静压泵有着极为重要的作用:OEM生产厂家、系统集成商或者最终用户可以利用它实现分布式驱动方案,Moog公司在一台1.5t重的大型设备中安装使用了EAS电控静压驱动系统作为展品。“展品原则上是一种自主工作的液压动力轴;它不需要辅助的液压装置、冷却装置或者过滤装置。”Moog公司负责泵工程和实验室设备的Dirk Becher博士工程师说道。“这是一种即插即用的解决方案,用户只需接上电源就可以直接使用这一系统了。”

Balluff公司最新开发的BMP系列气动系统清楚地向用户展示了集成有IO-Link接口的智能化定位系统是如何与气动系统协调工作的。Balluff公司负责工业驱动技术的经理Bernhard Hahn先生说:“我们开发了一种新型位置检测传感器。这种位置传感器可以通过IO-Link提供传感器的工作状态信息和当前的环境条件信息。”也就是说,简简单单的定位系统也进入到工业4.0的时代了,省去了许多辅助的传感技术。这种电磁式的和非接触式的、无磨损的传感器连续不断的探测着活塞的位置,几乎兼容各种油缸类型,而且安装也非常方便、快捷。

早在几年前Aventics公司就展示过其用于气动系统‘健康状况’监控的SMP智能气动监控器。这一监控系统利用了气动设备中已经安装使用的传感器、对它们提供的信息进行评估分析并对气动系统的承载情况进行监控、确定气动缓冲器的当前状况、提前发现气动元器件的磨损,然后将评估分析的结果通过像OPC UA这类标准通信接口提供给气动系统用户。

之后,该公司被Emerson集团公司收购并作为该集团公司旗下的液压气动监控技术公司推出了IIoT工业物联网和气动调节技术产品。公司的销售战略副总裁Peter Saffe博士解释说:“智能化解决方案不仅仅意味着只是高端技术领域中的东西。”

实现预防性维护

有更多适合于在气动液压领域中使用的智能化解决方案和元器件被研发出来。但,该智能化元器件和解决方案可以应用在哪里呢?预防性维护保养就是第一个、也是非常重要的一个应用领域,因为它可以减少生产设备的停机检修时间、降低设备维护保养的成本和费用、根据用户智能化解决方案的具体投资情况,用户可以很快的收回投资费用。VDMA机床设备制造协会的流体技术专业委员会已经早早的着手从事这方面的工作了,并从2016年起在汉诺威国际会展中以‘预防性维护保养4.0’为题解释了不同企业智能化维护保养的理念和具体方案。VDMA流体技术委员会的代理主席Peter-Michael Synek先生强调说:预防性维护保养是工业4.0环境中一个非常重要的组成部分。

另外,数字化项目也能为企业开辟新的经营模式,例如Kaeser压缩机厂提供的压缩空气供应服务。而实现压缩空气供应技术服务的前提条件就是:智能化的压缩空气控制元器件、压缩空气设备的实时监控和监控数据的实时分析评估以及切实有效的预防性维护保养方案综合作用。

在引进、使用各个单独的智能化元器件、解决方案之前,用户必须考虑这些智能化元器件、解决方案单独使用的实际意义有多大。各种智能化解决方案、元器件的集成和使用需要很大的软件工作量,而且价格也较高。Argo-Hytos公司的首席执行官和VDMA协会流体技术委员会的主席Christian H.Kienzle先生也有类似的见解。他提醒用户企业要小心谨慎:不要让自动化技术所需软件的使用授权费用‘吃掉了’自动化技术带来的效益。但他也认为更高的自动化程度是有意义的:“对于工业4.0应用和过程控制来讲,流体技术领域中的智能化元器件和系统是智能化生产和高效生产、网络化技术服务、开辟全新的经营模式以及预防性维护保养最重要的‘启动器’。