In de inleiding van het ISO/TR 22165 technisch rapport over verbeteringen van energie-efficiëntie in pneumatische systemen vinden we deze zin: ‘Alleen als de machine optimaal is aangepast aan de behoefte (bijvoorbeeld werkingscyclus, nauwkeurigheid, mate van automatisering) kan het energieconcept dat ervoor is ontwikkeld, functioneren’.
Door Danilo Giordana, Energy Efficiency Project Manager, SMC Italy
JUNI 2023
Wat betekent ‘optimaal aangepast’? Naast een ontwerp dat gericht is op consistentie tussen productiviteit en verbruik, wat op zichzelf geen gegeven is, zijn er drie richtingen om deze vraag te beantwoorden.
Allereerst het concept van digitalisering: het verzamelen van gegevens gedurende een periode om het gedrag van de machine te analyseren en te vergelijken met soortgelijke machines. Tegenwoordig wordt hier veel over gesproken, maar de huidige staat van het machinepark is nog ver verwijderd van volledige digitalisering. Ten tweede is er de optie Condition Based Maintenance (CBM) die de functionele efficiëntie helpt verbeteren. Alleen door de optimale bedrijfsomstandigheden van een machine te bereiken, ook vanuit pneumatisch oogpunt, maken we een soort ‘vingerafdruk’ van de machine en kunnen we iedere afwijking snel opsporen. Ten derde moeten machines hun functie op een duurzame en energiezuinige manier uitvoeren en alleen het absolute minimum verbruiken wanneer dat nodig is.
SMC Air Management System - AMS20/30/40/60 serie (foto 1 en 2). Op het display van de hub kun je de parameters in real-time zien: druk, onmiddellijke luchtflow, waarde luchtverbruik, vloeistoftemperatuur.
Digitalisering en CBM
Laten we analyseren hoe het SMC Air Management System (AMS) op deze vereisten reageert (foto 1). Van de eerste twee aspecten, digitalisering en CBM, verzamelt de AMS gegevens over druk, temperatuur, flow, verbruik, machinestops en afwijkingen door luchtlekkages. Vervolgens stuurt het systeem alles naar de fabrieksserver die is ingesteld om gegevens te verzamelen en te analyseren. De data worden verzonden via een protocol: Ethernet-IP/OPC UA, Profinet/OPC-UA of EtherCAT of via Open Platform Communications United Architecture (OPC UA). De kern van het systeem, de hub, wordt aangesloten via een Ethernet-kabel en kan fungeren als verzamelpunt voor nog eens tien hubs. Het display van het apparaat maakt het al mogelijk om enkele belangrijke parameters in realtime te bekijken (foto 2). Elke hub heeft een extra IO-link poort waarop een extra apparaat met hetzelfde communicatieprotocol kan worden aangesloten voor specifieke behoeften van de gebruiker.
Gaat het om energiebesparing en vervolgens vermindering van CO2-emissies, dan kan het systeem op basis van door de gebruiker ingestelde parameters herkennen wanneer de machine stopt als gevolg van een onvoorziene gebeurtenis. Afhankelijk van de door de klant ingestelde tijd zet de AMS de machine in stand-by door de druk te verlagen tot een ingestelde waarde, waardoor energie wordt bespaard. Er is een direct verband tussen het drukniveau en de waarde van het energieverbruik. Na een bepaalde tijd, die ook vooraf kan worden bepaald, kan het systeem de machine volledig isoleren tot de volgende herstart.
Aanpasbaar systeem
De AMS is aanpasbaar door het systeem rechtstreeks te programmeren via de Web Serverfunctie (foto 3). Door een laptop aan te sluiten op het apparaat kan de drempelwaarde worden geprogrammeerd en kan de tijd voor het stand-by zetten van de machine worden ingesteld en indien nodig voor het volledig loskoppelen van de machine van het pneumatisch netwerk. Met deze functie kan een productiemanager eenvoudig de werking van de machine aanpassen en zo het energieverbruik verminderen. De belangrijkste parameters van het apparaat kunnen ook eenvoudig worden geprogrammeerd via de drukknoppen van het systeem, zodat de productiemanager de instellingen altijd kan wijzigen. Door de AMS op deze manier te programmeren, is het niet nodig om het PLC-programma van de machine aan te passen. Zelfs een machine met relaislogica kan ‘slim’ worden gemaakt met betrekking tot energieverbruik en duurzaamheid. (foto 4)
Foto 3 – Werkingstabel. Numerieke waarden zijn ter illustratie.
Om het systeem te installeren moet het bij de machinetoevoer of bij de te besturen toepassing worden geplaatst. Een laatste interessant aspect, vooral voor een productievestiging met een bestaand machinepark, is dat de intelligente unit in twee configuraties verkrijgbaar is: als base hub of als externe hub. De base is via een ethernetkabel verbonden met de server, maar dezelfde base hub kan via een draadloze verbinding signalen verzamelen van tien hub-modules op afstand, met een bereik tot honderd meter.
Installatiegemak
Gegevens van elf machines – of zelfs tweeëntwintig als de extra IO-link poort wordt gebruikt – kunnen worden verzameld vanaf één fysiek aansluitpunt, met aanzienlijke voordelen voor het installatiegemak en de kosten van de netwerklayout. De base en externe systemen zijn momenteel verkrijgbaar in de volgende configuraties: Ethernet-IP/OPC UA, Profinet/OPC-UA en EtherCAT. De optie om de apparaten alleen via een kabel aan te sluiten is ook beschikbaar. Tot slot is het systeem volledig open en functioneert het met alle energiebeheersoftware die op de markt verkrijgbaar is. Dit maakt een technologische en klantspecifieke upgrade van bestaande machines eenvoudig en kosteneffectief.
Om de oorspronkelijke vraag nog eens samen te vatten: een machine aanpassen om optimaal aan de behoeften te voldoen, betekent het best mogelijke ontwerp voorzien van moderne systemen die monitoring mogelijk maken, potentiële problemen van tevoren opsporen en zo weinig mogelijk energie verbruiken. Met het AMS-systeem zijn deze doelen echt voor iedereen bereikbaar.
Foto 4 - Programmeerpagina via de webserverfunctie. Dit zijn eenvoudige bedrijfsparameters die alleen in de voorgedefinieerde velden moeten worden ingevoerd.
