Monitoraggio preciso della pressione pneumatica in applicazioni robotiche e industriali

Il monitoraggio preciso della pressione mediante sensori pneumatici è fondamentale in diverse applicazioni di robotica e controllo industriale. Per garantirne il funzionamento affidabile, i monitor di pressione devono avere un'eccellente resistenza alla sovrapressione e al vuoto e devono includere una cella di misura non sensibile a liquidi o depositi.

Oltre al funzionamento preciso e robusto, la flessibilità dell'applicazione è una caratteristica chiave che può accelerare l'installazione iniziale e supportare le modifiche alla configurazione finalizzate alla personalizzazione di massa nell'ambito dell'Impresa 4.0.

Il monitor deve essere dotato di un display di facile lettura per un rapido controllo dello stato, di uscite programmabili per gli allarmi e di capacità di impostazione e utilizzo tramite pulsanti integrati. Il protocollo IO-Link è necessario per il trasferimento digitale dei dati ai fini del monitoraggio e della configurazione remoti del processo. In alcune installazioni, la presenza di un'uscita analogica è vantaggiosa.

Il supporto di più configurazioni di montaggio può garantire la compatibilità con un'ampia gamma di sistemi.

Questo articolo presenta la serie PQ di monitor di pressione di precisione di ifm Efector (ifm) e spiega come possono soddisfare le diverse esigenze dei sistemi pneumatici e ad aria compressa in un'ampia gamma di applicazioni industriali e robotiche.

Interfaccia utente

L'interfaccia visiva è una caratteristica fondamentale della serie PQ, include un display TFT a colori da 1", LED dei punti di commutazione e interruttori per modificare i parametri del display e di impostazione. Il principale valore di processo misurato è la pressione, che può essere visualizzata in varie unità, tra cui bar, psi o kPa. Il livello di vuoto può anche essere rappresentato come percentuale del valore nominale.

Il display può visualizzare il setpoint di configurazione (SP) e il punto di reset (rP) delle uscite digitali. I punti di commutazione sono segnalati mediante LED. Per i modelli con uscita analogica, il display può essere utilizzato per impostare e visualizzare il punto di inizio analogico (ad esempio, 4 mA) e il punto finale (ad esempio, 20 mA) per scalare il segnale. L'interfaccia utente comprende diversi elementi (Figura 1):

1. Il LED di stato di commutazione si accende se l'uscita 1 è attiva
2. Il LED di stato di commutazione si accende se l'uscita 2 è attiva
3. Elementi del display TFT:
   1. Stato del dispositivo
   2. Valore di processo. Il display può passare da un colore standard (verde) a un colore alternativo (rosso), rendendo visivamente chiaro quando il valore di processo entra o esce da un intervallo accettabile.
   3. Informazioni diagnostiche e sulle prestazioni, come il numero di cicli di commutazione e la pressione più bassa o più alta registrata. Nella Figura 2, Hi.P indica il valore più alto misurato per la pressione.
4. Tasti per la configurazione del display e l'impostazione dei parametri

Figura 1: Layout dell'interfaccia utente serie PQ. (Immagine per gentile concessione di ifm)

La serie PQ è disponibile con e senza uscita analogica configurabile. I modelli PQS, come PQS812, offrono due uscite digitali, mentre i modelli PQC, come PQC812, oltre alle due uscite digitali presentano un'uscita analogica configurabile. L'uscita analogica dei modelli PQC può essere utilizzata per inviare un segnale proporzionale.

I progettisti di macchine e di sistemi di automazione possono scegliere dispositivi con intervalli di misurazione specifici. I modelli PQS812 e PQC812 hanno intervalli di misurazione da -1 bar a 10 bar (da -100 kPa a 1.000 kPa, da -14,5 psi a 145 psi). I modelli PQS816 e PQC816 sono progettati per applicazioni a bassa pressione e di vuoto, con intervalli di misurazione da -1 a 1 bar (da -100 a 100 kPa, da -14,5 a 14,5 psi). Le applicazioni che richiedono solo la misurazione del vuoto possono utilizzare i modelli PQS819 e PQC819, con intervalli di misurazione da -1 bar a 0 bar (da -100 kPa a 0 kPa, da -14,5 psi a 0 psi).

Il trattamento ad aria compressa è un processo comune nei sistemi pneumatici e implica la rimozione di contaminanti, come umidità, olio e sporcizia, mediante aria compressa per proteggere le apparecchiature pneumatiche, garantire l'affidabilità del sistema e mantenere la qualità del prodotto.

La serie PQ è particolarmente adatta ai sistemi di trattamento ad aria compressa, poiché la cella di misura al silicio rivestita e sigillata mantiene le sue prestazioni anche in presenza di aria contaminata da acqua, polvere o olio.

Le applicazioni di presa a vuoto sono un uso comune dei sensori di pressione della serie PQ. Queste applicazioni possono includere più effettori di prelievo. Il cambio di colore rosso/verde del display fornisce agli operatori una visualizzazione immediata dei valori di processo di ciascun prelievo (Figura 2).

Figura 2: Schema dei monitor di pressione serie PQ utilizzati in un'applicazione di presa a vuoto, che mostra una pinza con un vuoto troppo basso (display rosso). (Immagine per gentile concessione di ifm)

Versatilità di applicazione

I sensori di pressione PQ Cube sono adatti a svariate applicazioni pneumatiche, tra cui il confezionamento di alimenti e bevande, le macchine industriali per la pallettizzazione, la produzione di elettrodomestici e altro ancora.

Nel settore della trasformazione alimentare, i sigilli delle confezioni vengono posizionati con una pinza a vuoto. In queste confezionatrici, il grado di protezione IP65 è una caratteristica importante e indica che il sensore è protetto contro i getti d'acqua a bassa pressione provenienti da qualsiasi direzione.

Per ottenere prestazioni ottimali, i sensori nelle macchine per il confezionamento di alimenti e bevande devono essere posizionati il più vicino possibile alla pinza a vuoto, utilizzando tubi di lunghezza ridotta. In questo modo il sensore si trova all'interno dell'area di pulizia della macchina e viene sottoposto a spruzzi d'acqua e prodotti chimici per la pulizia che il sensore PQ Cube gestisce facilmente senza inficiare le prestazioni o l'affidabilità.

Anche la tecnologia delle pinze a vuoto è un elemento chiave delle macchine di pallettizzazione robotizzate. I sensori pneumatici PQ Cube determinano con precisione e rapidità se il vuoto è sufficiente per afferrare una scatola. Solo quando la scatola è afferrata correttamente, la macchina la sposta in posizione sul pallettizzatore (Figura 3).

Figura 3: Macchina di pallettizzazione che mostra la posizione dei sensori PQ Cube (fotogramma centrale). Il sensore a sinistra ha un display rosso che indica una condizione fuori specifica. (Immagine per gentile concessione di ifm)

Gli elettrodomestici, come le lavastoviglie, possono avere decine o addirittura migliaia di varianti per dimensioni, forma, colore e caratteristiche tecnologiche. Con una tale varietà di componenti, l'uso di pinze a vuoto è necessario per garantire una produzione efficiente e regolare.

La pinza deve essere azionata con una pressione di processo specifica per fissare i componenti delicati senza danneggiarli, per poi posizionarli e rilasciarli rapidamente durante l'assemblaggio. Il tempo di risposta di 6 ms e l'elevata precisione dei sensori PQ Cube sono caratteristiche importanti per queste applicazioni robotiche.

Queste macchine utilizzano spesso due sensori PQ Cube: uno per il posizionamento dei componenti e l'altro per un'unità di manutenzione che controlla la pressione complessiva del sistema pneumatico e alimenta due stazioni di assemblaggio robotizzate.

Realizzare una macchina su misura

La flessibilità applicativa dei sensori PQ si estende alla costruzione delle macchine. Il dispositivo può essere installato nei pannelli utilizzando il kit di montaggio E30574. L'adattatore per il montaggio a parete E30576 è un'altra opzione, così come il kit di montaggio su guida DIN E30575.

Il sensore può anche essere montato a pannello senza kit, mediante due viti cilindriche. A tal fine, le viti cilindriche vengono prima avvitate nel pannello, quindi il dispositivo viene posizionato sopra di esse e bloccato spingendolo verso il basso, ma

non è finita qui. Il collegamento di entrambe le connessioni di processo ai tubi consente di utilizzare i sensori PQ come distributore pneumatico senza la necessità di adattatori aggiuntivi. In altre applicazioni, l'utilizzo di una delle due connessioni del sensore consente un'installazione flessibile su un tubo, per il monitoraggio preciso della pressione con la connessione non utilizzata, chiusa da un tappo ermetico.

Durante l'installazione delle macchine con sensori PQ, i tecnici possono accelerare il processo utilizzando la procedura guidata, che può essere implementata sul dispositivo utilizzando i pulsanti integrati. È disponibile in nove lingue e conduce attraverso la configurazione e l'installazione ponendo una serie di domande. L'installazione può essere effettuata anche tramite IO-Link.

IO-Link aumenta la produttività

IO-Link offre la connettività digitale al di là della macchina verso fieldbus di livello superiore, velocizza l'installazione e la messa in funzione di nuove macchine o di sensori PQ sostitutivi e supporta le modifiche della configurazione di macchine esistenti, nonché il monitoraggio delle prestazioni e la diagnostica centralizzati.

Per le connessioni IO-Link si utilizza un cavo standard trifilare per sensori/attuatori. Il sensore PQ Cube si collega a un master IO-Link, che fornisce una connettività di livello superiore, in genere tramite il protocollo Industrial Ethernet, a dispositivi come i controller a logica programmabile (PLC) e interfacce uomo-macchina (HMI), compresi i monitor a schermo piatto.

IO-Link migliora le prestazioni dei dispositivi serie PQ offrendo una comunicazione digitale robusta, che fornisce dati ad alta risoluzione e supporta la diagnostica avanzata. Anziché affidarsi ai segnali analogici tradizionali o all'interfaccia I/O standard (SIO), IO-Link offre maggiore precisione e affidabilità (Figura 4). SIO è la capacità di base di funzionare come un sensore a commutazione binaria.

Figura 4: Esempio di comunicazione SIO e IO-Link sul pin 4. (Immagine per gentile concessione di ifm)

La memoria su scheda di questi sensori può registrare le ore di funzionamento e un massimo di 20 eventi, come i picchi di pressione che superano una soglia definita dall'utente. Inoltre, la temperatura del sistema può essere trasmessa insieme ai valori di pressione e di processo ai fini della manutenzione predittiva.

L'utilizzo del software moneo di ifm supporta la configurazione e la regolazione a distanza delle impostazioni del sensore. Nel raro caso di un guasto del dispositivo, il software moneo può trasferire automaticamente la configurazione necessaria al sensore sostitutivo, riducendo al minimo i tempi di fermo.

Conclusione

I sensori PQ Cube di ifm sono caratterizzati da una struttura robusta, un funzionamento semplice, opzioni di comunicazione versatili e un'installazione flessibile, che li rendono ideali per una serie di applicazioni pneumatiche. Hanno tempi di risposta brevi, elevata precisione e caratteristiche avanzate necessarie per i sistemi di automazione e robotica dell'Impresa 4.0.

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