A kapcsolóüzemű tápegységek decentralizálása mint trend és lehetőség az automatizálásban

Egyre több berendezés üzemeltetője fordul a decentralizált tápegységek felé – ezek olyan egyértelmű előnyöket kínálnak, mint a gyorsabb telepítés, az IO-Link-alapú átfogó diagnosztika és a sokkal kisebb helyigény a vezérlőszekrényben, valamint alacsonyabb hűtési követelmények. Nagyobb teljesítmény, miniatürizálás és hűtési követelmények – ezek eddig a villamosmérnöki szakmában klasszikus konfliktustényezők voltak, amelyeket most az okosmegoldásoknak köszönhetően sikerült feloldani.

A múltban a nagy méretű vezérlőszekrények uralkodtak az ipari alkalmazásokban. Számos alkatrész és funkció talált bennük otthonra. Ma már azonban nem ez az egyetlen lehetőség, mivel az elmúlt évtizedben a gépgyártók és a termelő vállalatok körében egyre nagyobb lett a vágy a nagyobb rugalmasság és a nagyobb hatékonyság iránt. Hamar világossá vált, hogy a kulcsfontosságú alkatrészek modularizálásában és decentralizálásában óriási optimalizálási potenciál rejlik. A gépek és rendszerek kisebb, moduláris funkcionális egységekre való felosztásával számos vezérlőszekrény-elem közelebb kerül a folyamathoz – sőt annak kellős közepébe, nem csak mellé. A decentralizált egységek azt is jelentik, hogy moduláris alrendszerekként külön-külön beszerelhetők, tesztelhetők és működtethetők. Ez számos folyamatot megkönnyít, például az üzembe helyezést és a karbantartást.
Ez a koncepció lehetővé teszi a későbbi bővítéseket, utólagos felszerelést, esetleges költözést vagy frissítéseket is anélkül, hogy az alkalmazás általános koncepcióját nagy költséggel és erőfeszítéssel meg kellene változtatni. Mindez alapvetően minden alkatrészre vonatkozik, így a kapcsolóüzemű tápegységekre is. Míg korábban szinte kizárólag a vezérlőszekrényben voltak megtalálhatók, most a tápegység a vezérlés mellől a gép környezetébe helyezhető át. Ez a hálózati veszteségek szempontjából szinte kínálkozik is, mert minél közelebb van az áramellátás a terhelési ponthoz, azaz a fogyasztóhoz, annál kisebbek a veszteségek.

1. ábra A logisztikai központokban a decentrális tápegységeket mindenhol használják, a kamerás alkalmazásoktól a görgős hajtásokig

Időközben az IP67 védettségi osztály (víz- és porálló) az IO-rendszereknél bevett gyakorlattá vált. Kézenfekvőnek tűnik tehát, hogy az ehhez kapcsolódó előnyöket átvigyük az ipari tápegységek területére, és a legjobb esetben néhány speciális funkcióval egészítsük ki. A hálózati feszültség egyenfeszültséggé alakítása csak közvetlenül a fogyasztónál történhet az energiaveszteségek minimalizálása érdekében. A nem felcserélhető csatlakozók akár 70 százalékkal csökkenthetik a telepítési időt a hagyományos tápegységekhez képest. Az integrált IO-Link kommunikációs szabvány széles körű diagnosztikai lehetőségeket biztosít. Végül, de nem utolsósorban az IP67-es kapcsolóüzemű tápegységek kompakt kialakítása akár 93 százalékos helytakarékosságot (térfogatot) eredményez. Ha az IP67-es kapcsoló tápegység rövidzárlat és túlterhelés elleni védelemmel is rendelkezik, akkor az IP20-as megoldáshoz képest nincs szükség további házra, szerelési anyagokra és költségekre. Röviden még valamit a költségekről: a kapcsolóüzemű tápegységgel és elektromos terhelésáramkör-vezérléssel ellátott termináldobozhoz képest egy IP67-es kapcsolóüzemű tápegység integrált terhelésáramkör-vezérléssel körülbelül 30 százalékkal kerül kevesebbe.

Jó meleg a vezérlőszekrényben

Mindenki tudja, hogy a tápegységek valósággal felforrósodnak. Ennek oka, hogy a működés közbeni veszteségeket hő formájában el kell vezetni. A vezérlőszekrények megnövekedett hőmérséklete azonban nem olyan jó dolog, mert teljesítménycsökkenést eredményez, és az alkatrészek idő előtti öregedését okozza – a vezérlőszekrények tervezésekor ezért át kell gondolni a hőelvezetést is. A decentrális energiaellátási megoldásokkal ez többé nem jelent problémát. A felgyülemlett hő fő problémája a burkolat hiánya miatt nem áll fenn, és általában nincs szükség deratingre. Mivel a tápegység a házon kívül van, a hő könnyebben elvezethető, ugyanakkor kisebb és olcsóbb vezérlőszekrényt lehet használni a PLC, a meghajtók és más vezérlőszekrény-elemek számára. További pozitív mellékhatás az alacsonyabb hűtési igény, valamint a hosszabb élettartam és az alacsonyabb üzemeltetési költségek (pl. a légkondicionáló egységek villamosenergia-költségei). Különösen nyáron, amikor a nem légkondicionált alkalmazásokban a forró hőmérséklet a tápegységek kényszerű leállásához vezethet, a széles hőmérséklet-tartományban működő decentrális tápegységek maximális rendelkezésre állást biztosítanak.

Tápegység a felhasználónak – jól vagyok

A beépített IO-Link interfészek széles körű és átlátható kommunikációt tesznek lehetővé a tápegységekben a vezérlőrendszerhez való csatlakozáshoz – egy tipikus példa hibridizációra. Ily módon a tápegység IO-Link eszközként kommunikálhat egy magasabb szintű IO-Link masterrel diagnosztikai és karbantartási célokra, paraméterezésre, valamint a csatornák deaktiválására és újraaktiválására. Rendelkezik megelőző karbantartási funkciókkal, és különböző diagnosztikai információk segítségével pontos tájékoztatást nyújt a készülék állapotáról. Például, ha a várható maximális élettartam hamarosan elérkezik, a készülék üzenetet küld, és a következő karbantartási ciklus során kicserélhető – ezáltal elkerülhetők a nem tervezett és költséges leállások.
A további információk, mint például a bekapcsolási folyamatok, a belső biztosíték kioldása vagy az áramértékek az IO-Link interfészen keresztül valós időben kiadhatók, és megfelelő szoftverrel kiértékelhetők – ezáltal az IO-Link kommunikációs szabványt használó tápegységek az Ipar 4.0 fontos építőelemévé válnak.

2. ábra A hibrid tápegységek több funkciót kínálnak egy berendezésben: tápellátást, terhelésáramkör-felügyeletet és kommunikációt

Látom, amit nem látsz

Kézenfekvő, hogy ami el van dugva a szekrényben, azt nem láthatom. Ami kint van a terepen, azt akár első ránézésre meglátom. Miért ne telepíthetnénk jól látható állapotjelző LED-eket, amelyek közvetlenül az egységen tájékoztatják a felhasználót az állapotról és egyéb diagnosztikai üzenetekről? A LED-ek alapvetően hasznosak, főleg amikor egy pillantással felmérhető a tápegység működési állapota. Több értelme van azonban megfontolni az integrált 24 VDC terhelési áramkör-felügyeletet két csatornán. Ez lehetővé teszi ugyanis az érzékelők, a működtetők és a terepibusz-modulok elektronikus felügyeletét, ami növeli a gép rendelkezésre állását, mivel hiba esetén az áramutakat csatornapontossággal kapcsolja ki. Az egyes csatornák állapota az állapotjelző LED segítségével közvetlenül a helyszínen érzékelhető és ennek megfelelően történhet a reakció. A csatornák szemcsézettsége szintén csökkenti az állásidőt. Ha például a működtetőegység tápellátása megszakad – például rövidzárlat, túlterhelés vagy kábelszakadás miatt – akkor egy csatlakoztatott terepibusz-modul továbbra is (egy másik csatornán, például az érzékelő és a modul tápellátásán keresztül) kaphat áramot. A hibaüzenetek és a diagnosztikai információk ezután az IO-Linken vagy a digitális riasztási érintkezőn keresztül kerülnek elküldésre. Ez azt jelenti, hogy a szervizhívás azonnal tervezhető. A különböző hibák elhárítására irányuló többszöri bejárás így megszűnik, a helyüket az egyedi megelőző szervizintervallumok veszik át. Ez csökkenti a költségigényes leállásokat, és növeli a rendszer megtérülését.
A Murrelektronik Emparro67 családjába tartozó tápegységek a decentralizált energiaellátásra vannak predesztinálva, amelyhez számos fontos előnyt kínálnak. Az IP67-es védettségű kapcsolóüzemű tápegységek nem igényelnek csatlakozódobozt, könnyen telepíthetők a helyszínen, közvetlenül a fogyasztók mellé, és így helyet, energiát és telepítési költségeket takarítanak meg. A kisebb keresztmetszetű kábelek használatának lehetősége jelentősen csökkenti az anyagköltségeket. A plug-and-play telepítés leegyszerűsíti a vezetékezést, és gyakorlatilag kiküszöböli a vezetékezési hibákat. Az IP67-es kapcsolóüzemű tápegységek további előnyöket kínálnak a diagnosztika és a karbantartás szempontjából, ugyanakkor a decentrális tápegység-koncepció megkönnyíti a későbbiekben esetlegesen szükséges bővítést. Végül, de nem utolsósorban az IO-Link kommunikáció átfogó betekintést nyújt a felhasználónak a gép vagy az üzem aktuális állapotába, míg az integrált terhelési áramkör-felügyelet a gép maximális rendelkezésre állását és szelektivitását biztosítja.

Logisztika – gördülékeny szállítási folyamatok biztosítása

A logisztikával foglalkozónak mindenkor ismernie kell a létesítménye állapotát és az áruk helyét. Számos eszközt úgy terveztek, hogy ezt biztosítsa. A logisztikai központ az érzékelőtől és a vezérlőrendszertől kezdve a kamerán át a meghajtóig egy nagyon összetett apparátus. Mindegyikhez abszolút megbízható áramellátásra van szükség. Az Emparro67 Hybrid nemcsak az áramellátást biztosítja ilyen igényes alkalmazásokban, hanem a karbantartás szempontjából fontos üzemállapotokat is jelez. A kétirányú kommunikáció révén tervezhetővé válnak a szervizintervallumok, és még az üzembe helyezés előtt, illetve közben is megkönnyíti a helyes működést.

Autóipar – megbízható diagnosztika
durva ipari környezetben

Az igényes autóipari alkalmazásokban, mint például a karosszéria-építés, robusztus, tartós, IP67-es védettségű tápegységekre van szükség. Ezeknek rezgés- és ütésállónak kell lenniük, valamint nagyfokú rendelkezésre állást kell biztosítaniuk, mint az Emparro67 család tápegységeinek. Nagy jelentősége van a rövid idő alatt elvégzett szerszámcseréknek, és a gyors üzembe helyezés is fontos. Ugyanakkor az átfogó diagnosztikai lehetőségek segítenek csökkenteni vagy megelőzni a költséges leállásokat. Az IP67-es tápegység Emparro67 Hybrid IO Link interfésze fontos funkció a különböző értékek paraméterezéséhez a vezérlésen keresztül.

Murrelektronik Kft.
9024 Győr, Práter utca 9.
Tel.: +36 96 900 125
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.murrelektronik.hu