氣控閥：數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新技術(shù)

圍繞工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）建立的原則指導(dǎo)著自動(dòng)化行業(yè)迅速采用和主流化了許多生產(chǎn)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)符合數(shù)字化轉(zhuǎn)換的概念，包括智能，聯(lián)網(wǎng)的生產(chǎn)系統(tǒng)和利用更智能信息和通信技術(shù)的組件。

    隨著這一演進(jìn)過程的發(fā)展，某些人可能會(huì)認(rèn)為成熟的制造技術(shù)，例如氣動(dòng)技術(shù)，可能被認(rèn)為是“過時(shí)的”甚至是“落后的”。但是，氣動(dòng)技術(shù)（包括驅(qū)動(dòng)控制閥的技術(shù)）繼續(xù)發(fā)展，并結(jié)合了傳感器，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接口，無線技術(shù)和復(fù)雜的數(shù)字控制功能，使其非常適合在新興的IIoT驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)系統(tǒng)中使用。

    技術(shù)發(fā)展

    最初通過離散接線實(shí)現(xiàn)對(duì)氣控閥的控制和氣缸位置傳感器的監(jiān)視：每個(gè)可編程邏輯控制器（PLC）的輸出分別接線至電磁閥線圈并單獨(dú)觸發(fā)。氣缸上的位置傳感器重新連接到PLC的輸入卡。這樣的系統(tǒng)昂貴且安裝耗時(shí)。

    隨著插入式閥和閥組的創(chuàng)建，這些系統(tǒng)發(fā)展成為一種更實(shí)用的解決方案，其中可以通過單根電纜實(shí)現(xiàn)與PLC輸入/輸出（I / O）卡的所有電磁閥連接，并通過多根電纜端接針連接器。這意味著，只需一根電纜，即可輕松更換數(shù)十根單獨(dú)的電線，從而大大降低了用于氣動(dòng)閥控制目的的接線成本。

    盡管這些插入式閥減少了為每個(gè)電磁線圈分別接線的零件和人工成本，但它們并未包含診斷反饋和其他有用的操作信息。要獲取其他信息，將需要將單獨(dú)的傳感器連接回PLC I / O卡，以測(cè)量和驗(yàn)證正確的功能。該功能數(shù)據(jù)可以包括氣缸位置，閥芯位置，壓力，流量和其他有用信息。

    與IIoT集成的閥門（左）連接到智能氣動(dòng)監(jiān)控“集線器”（右），匯總并組織氣動(dòng)性能數(shù)據(jù)，并通過單獨(dú)的并行路徑將其傳遞至工廠管理系統(tǒng)。

    隨著自動(dòng)化系統(tǒng)的成熟，現(xiàn)場(chǎng)總線（工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）的通信連接變得越來越普遍。使用各種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（例如Profibus，Sercos和基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)）來實(shí)現(xiàn)這種連接。該解決方案節(jié)省了額外的成本，并為PLC提供了通過一條低成本通信電纜（無需本地I / O卡）交換控制閥和監(jiān)控傳感器及設(shè)備交換I / O數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。氣動(dòng)閥歧管開始結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線接口和I / O功能，以提供功能更全面的完整氣動(dòng)閥套件，并設(shè)計(jì)為可輕松與更智能，更復(fù)雜的自動(dòng)化平臺(tái)集成。

    將這些通訊組件集成在閥組上，再加上用于構(gòu)造和防止水和灰塵進(jìn)入的新型輕質(zhì)聚合物材料，也使閥管匯的位置更靠近系統(tǒng)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而無需安裝外殼?，F(xiàn)在，機(jī)械制造商可以更輕松地將閥門安裝在末端執(zhí)行器，機(jī)器人手臂和其他工作部件上，從而將閥門定位在更靠近氣動(dòng)裝置的位置。這種配置具有以下優(yōu)點(diǎn)：除了減少連接驅(qū)動(dòng)設(shè)備的閥門和氣缸所需的管路數(shù)量之外，還可以優(yōu)化氣動(dòng)系統(tǒng)，從而縮短響應(yīng)時(shí)間并提高運(yùn)動(dòng)序列的通量。

    集成壓力調(diào)節(jié)

    當(dāng)將電動(dòng)氣動(dòng)控制功能集成到閥門閥組中時(shí)，閥門技術(shù)，性能和多功能性方面的進(jìn)步向前邁出了重要的一步?；镜臍鈩?dòng)閥只是一個(gè)簡單的方向控制閥：發(fā)送電信號(hào)以切換閥芯，將空氣從一個(gè)端口或另一個(gè)端口引出。相反，電氣（E / P）調(diào)壓閥，也稱為E / P轉(zhuǎn)換器，不能簡單地提供方向控制。它們還可以提供與設(shè)備從PLC模擬輸出卡接收到的信號(hào)的模擬電壓或電流成比例的壓力范圍。

    從閥組可以看出，使用比例調(diào)節(jié)器也取得了很大進(jìn)步。新技術(shù)允許使用數(shù)字信號(hào)更精確地控制這些設(shè)備，并允許集成現(xiàn)場(chǎng)總線連接。這意味著機(jī)器的PLC可以輕松，準(zhǔn)確地發(fā)送參數(shù)來動(dòng)態(tài)控制閥和氣缸的壓力，從而優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)的力和壓力要求。

    包裝機(jī)上這種簡單的集成式IIoT解決方案具有氣門閥組，氣瓶和傳感器，可用于監(jiān)視舊機(jī)器和新機(jī)器上的機(jī)器運(yùn)行狀況。

    先進(jìn)的氣動(dòng)控制技術(shù)（將方向控制和壓力控制巧妙地結(jié)合在一起）提高了氣動(dòng)技術(shù)的價(jià)值和多功能性，適用于各種自動(dòng)化應(yīng)用。通過確保良好的終點(diǎn)精度和可重復(fù)性，它可以在制造過程中進(jìn)行更精確，更優(yōu)化的控制。

    這種工作方式的一個(gè)示例是在焊接系統(tǒng)中使用的電動(dòng)氣動(dòng)控制，以自動(dòng)制造發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器。在此應(yīng)用中，預(yù)裝的電樞在工件托盤上運(yùn)輸，對(duì)齊以進(jìn)行位置檢測(cè)，并通過氣動(dòng)夾具將其放置到焊接位置。焊接后，附加的夾具將電樞返回到工件托盤，然后將其運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)的下一步。

    電控氣動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器與集成了現(xiàn)場(chǎng)總線通訊功能的先進(jìn)閥組相結(jié)合，可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)壓力來優(yōu)化擴(kuò)散焊接工藝，該壓力可以根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行精確調(diào)整。同時(shí)，集成在閥組中的智能功能可以監(jiān)視和記錄閥門的所有功能，控制夾持器以提高質(zhì)量控制和過程跟蹤水平。在此處使用數(shù)字E / P的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，可以通過僅“即時(shí)”提供執(zhí)行特定任務(wù)所需的壓力而不是對(duì)所有任務(wù)使用最高壓力來優(yōu)化能源效率。例如，一種應(yīng)用可能需要一個(gè)氣缸以80psi的壓力推出，但返回壓力可以是30 psi以節(jié)省能量。使用數(shù)字E / P，機(jī)器制造商可以將這些參數(shù)編程到系統(tǒng)中。

    加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和控制

    制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要目標(biāo)之一是收集可操作的信息，以對(duì)生產(chǎn)過程中的每個(gè)步驟進(jìn)行更復(fù)雜，更優(yōu)化的控制。例如，制造汽車零部件的公司希望確切地了解驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的氣缸的力，壓力和位置，該執(zhí)行器將軸承放置在設(shè)備中。他們還希望記錄下該序列，以便在50,000個(gè)零件以后，就知道它的制造精度與第一個(gè)零件完全相同。

    如果氣動(dòng)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)生成的數(shù)據(jù)點(diǎn)存在偏差，則該數(shù)據(jù)可以指示問題。這些問題可能與實(shí)際設(shè)備有關(guān)，也可能包括諸如空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的壓力損失，所放置軸承的制造不當(dāng)或執(zhí)行器與向軸承供給設(shè)備失去同步性的問題。這些問題可能源于組件性能下降和維護(hù)需求。

    內(nèi)置在氣動(dòng)閥系統(tǒng)中的智能為監(jiān)視和控制提供了新的機(jī)會(huì)。如果閥門的額定使用壽命為1.2億次，則當(dāng)達(dá)到1億次時(shí)，精心設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)可以生效。該系統(tǒng)可以捕獲并使用數(shù)據(jù)來執(zhí)行檢查和維護(hù)操作，或者在設(shè)備實(shí)際發(fā)生故障之前實(shí)施對(duì)替換設(shè)備的自動(dòng)購買請(qǐng)求。

    無線自動(dòng)恢復(fù)模塊（ARM）可保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)總線平臺(tái)的配置信息免遭嚴(yán)重故障的影響，并通過內(nèi)部Wi-Fi接入點(diǎn)和移動(dòng)網(wǎng)站輕松訪問診斷和調(diào)試數(shù)據(jù)。旨在輕松無縫地為不同的工位和順序提供不同的壓力。這可以包括即時(shí)的壓力變化和工具位置的支持，以快速進(jìn)行產(chǎn)品變化以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以增加靈活性。

    隨著氣動(dòng)技術(shù)變得越來越智能，他們正在使用它們的整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中生成更多數(shù)據(jù)點(diǎn)-診斷，使用情況統(tǒng)計(jì)信息和壽命數(shù)據(jù)就是其中的幾個(gè)例子。當(dāng)用于更有效地管理生產(chǎn)系統(tǒng)，控制能耗和最大化正常運(yùn)行時(shí)間時(shí)，此數(shù)據(jù)具有最大價(jià)值。

    但是，來自智能設(shè)備和子系統(tǒng)的所有這些數(shù)據(jù)都有可能淹沒機(jī)器控制網(wǎng)絡(luò)并影響控制性能。一些氣動(dòng)元件制造商正在提供智能的氣動(dòng)監(jiān)控“網(wǎng)關(guān)”或“集線器”，它們可以匯總和組織氣動(dòng)性能數(shù)據(jù)，并通過單獨(dú)的并行路徑將其提供給工廠管理系統(tǒng)，因此控制網(wǎng)絡(luò)不會(huì)受到影響。這些中心可以獨(dú)立于使用OPC統(tǒng)一體系結(jié)構(gòu)，MQ遙測(cè)傳輸，超文本傳輸協(xié)議或電子郵件路徑的過程控制體系結(jié)構(gòu)，以在系統(tǒng)級(jí)和設(shè)備級(jí)性能上傳遞警報(bào)和數(shù)據(jù)。

    隨著無線通信技術(shù)的進(jìn)步，制造商還可以提供設(shè)備級(jí)分析功能，并通過Wi-Fi連接傳輸警報(bào)。當(dāng)氣動(dòng)閥系統(tǒng)安裝在空中或機(jī)器深處時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵診斷信息或關(guān)鍵調(diào)試功能的優(yōu)勢(shì)。但是，制造商還可以通過移動(dòng)網(wǎng)站輕松訪問某些現(xiàn)場(chǎng)總線平臺(tái)的強(qiáng)大診斷和調(diào)試功能，該網(wǎng)站可以在具有Wi-Fi功能的手機(jī)，平板電腦和筆記本電腦上使用，而無需安裝應(yīng)用程序。

    設(shè)計(jì)用于數(shù)字轉(zhuǎn)換的氣動(dòng)閥系統(tǒng)現(xiàn)在融合了功能和技術(shù)，為氣動(dòng)執(zhí)行器和應(yīng)用提供了更高水平的精確控制。由于閥系統(tǒng)控制模塊中使用了更先進(jìn)的電子設(shè)備，因此設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以將比例積分微分（PID）控制器集成到氣動(dòng)定位應(yīng)用中，從而自動(dòng)對(duì)控制功能進(jìn)行準(zhǔn)確而敏感的校正。

    借助這些高科技的氣動(dòng)功能，不僅可以提供更精確的系統(tǒng)端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)精度，而且與PLC結(jié)合使用，還可以從位置控制實(shí)時(shí)切換到力控制并微調(diào)運(yùn)動(dòng)高度自動(dòng)化，產(chǎn)品吞吐量，可靠性和可重復(fù)性的序列。

    更智能的氣控閥

    氣控閥一直在穩(wěn)步發(fā)展，以幫助OEM和最終用戶在其自動(dòng)化系統(tǒng)中充分利用氣動(dòng)技術(shù)。此外，許多氣動(dòng)技術(shù)提供商已經(jīng)對(duì)其在線配置和訂購工具進(jìn)行了實(shí)質(zhì)性升級(jí)，以使機(jī)器制造商即使在很短的周轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)也能高效而輕松地獲得零件。

    這些工具簡化了訂購曾經(jīng)構(gòu)成閥門系統(tǒng)的多個(gè)元件（底座，電子裝置以及閥門本身）的耗時(shí)過程，該過程非常耗時(shí)?，F(xiàn)在，這些在線配置器通過選擇現(xiàn)場(chǎng)總線接口，集成的I / O模塊和其他功能，以及作為包裝的一部分的CAD圖，而無需知道部件號(hào)或系統(tǒng)細(xì)微差別，就可以輕松訂購閥門組件。這些工具使OEM和最終用戶都可以在更緊湊，更可靠的購買過程中獲得完整的配置。

    充分利用電子技術(shù)和模塊化，尖端技術(shù)的力量，作為完整的智能氣動(dòng)運(yùn)動(dòng)和控制平臺(tái)的一部分的氣控閥提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的多功能技術(shù)選擇。該選項(xiàng)可用于自動(dòng)化和制造應(yīng)用的各種數(shù)字轉(zhuǎn)換計(jì)劃。