Určite ste v posledných rokoch zaznamenali, že sa vytrácajú základné pojmy ako konštrukcia, projektovanie, funkcionalita, procesy a podobne. Naproti tomu všade počujeme Priemysel 4.0, IoT, IIoT, IT a cloud. Práve tieto skratky a označenia prezentujú aktuálne trendy, ktoré v nasledujúcom období prinesú do vývoja, výrobných a ďalších priemyselných procesov celkovo nový inovatívny prístup, v konečnom dôsledku smerujúci k väčšej efektivite všetkých týchto procesov vrátane ľudských činností. Nezabúdajme však na základ, ktorým sú všetky pohony, motory, aktuátory, ventily, valce, čerpadlá, bez ktorých by uvedené technológie neboli ničím – iba krásnymi ideami.

Mnohí výrobcovia a dodávatelia prispôsobili svoje výrobky v súlade s Priemyslom 4.0 a vyvinuli systémy vybavené nákladovo efektívnymi snímačmi. Umožňujú výrobcom OEM monitorovať stav týchto systémov a účinnosť komponentov, ktoré tvoria modernú automatizovanú linku v reálnom čase. Predstavte si napríklad situáciu, že sa vám upchal pneumatický filter, ktorý spôsobil prestoje na výrobnej linke počas jeho kontroly a výmeny. Vďaka riešeniam podporeným Priemyslom 4.0 môže filtračný prvok priamo komunikovať svoj stav a odosielať správy do PLC, keď ho treba vymeniť. Táto schopnosť inteligentnej údržby dokazuje, že pneumatické systémy môžu hrať hlavnú úlohu v pokročilých konceptoch Priemyslu 4.0.

Preto je odpoveď na otázku, či majú pneumatické systémy v priemysle aj naďalej budúcnosť, jednoznačne áno. Konkrétne pneumatické pohony sú stále považované za jeden z najvhodnejších prostriedkov na zabezpečenie riadeného pohybu na zložitých automatizovaných linkách.

Poďme pekne po poriadku

V priemysle sa nachádzajú rôzne procesy, ktoré vyžadujú istú formu pohonu – či už je to pohon využívajúci vzduch, hydraulickú kvapalinu alebo elektrinu. Každý z nich má svoje pre a proti. Pozrime sa preto na kľúčové výhody a nevýhody bežne využívaných pneumatických, hydraulických a elektrických pohonov.

Pneumatické pohony

Pneumatické pohony využívajú energiu stlačeného vzduchu. Vzduch s atmosférickým tlakom je nasávaný kompresorom, kde sa následne stláča na požadovaný tlak. Na výstupe z kompresora býva spravidla regulačný člen, ktorý zaisťuje požadované nastavenie tlaku v rozvode. Potom je stlačený vzduch distribuovaný potrubným rozvodom až k odberným miestam, kde je ďalej regulovaný. Pneumatické pohony sa z veľkej časti používajú na lineárny, rotačný alebo kyvný pohyb.

Pneumatické pohony si aj napriek vyšším nákladom na prevádzku našli svoje miesto vo výrobe, a to napríklad v potravinárstve, kde sa vo veľkom využívajú a spĺňajú podmienky čistej prevádzky. Ďalej nachádzajú uplatnenie v oblasti automobilového priemyslu a pri manipulácii s materiálom, kde možno využiť uchopovacie hlavice alebo vákuové prísavky vhodné na uchopenie výrobku rôznych materiálov a tvarov. Medzi ďalšie výhody patrí možnosť použitia v prostredí s nebezpečenstvom výbuchu.

Nevýhodou pneumatických pohonov sú hlavne vysoké náklady na výrobu stlačeného vzduchu. Ten sa musí upraviť nielen v kompresorovej stanici, ale aj pred každým odberným miestom z dôvodu kondenzácie vody v rozvodoch a prítomnosti pevných častíc, ktoré znižujú životnosť výrobkov. 90 % všetkých porúch pneumatických prvkov pripadá na nedostatočnú alebo nevhodnou filtráciu stlačeného vzduchu. Rôzne diely a časti, ktoré napájajú stlačený vzduch do pohonu, ako sú vedenia a filtre, vyžadujú dôslednú údržbu a sú pravdepodobnými bodmi zlyhania systému.

Hydraulické pohony

Hydraulické pohony pracujú na princípe prenosu pracovnej kvapaliny. Delia sa na pohony hydrodynamické, ktoré využívajú kinetickú energiu kvapaliny, a hydrostatické využívajúce fyzikálnu nestlačiteľnosť kvapalín, teda tlakovú energiu kvapalín.

Pri hydrostatickom pohone získava pracovná kvapalina tlakovú energiu pomocou hydrogenerátora, ktorý premieňa mechanickú energiu na tlakovú. Zdrojom mechanickej energie spravidla býva elektromotor alebo spaľovací motor. Použitie hydrostatických pohonov možno rozdeliť podľa pohybu výstupného člena na pohony s rotačným výstupom, s priamočiarym výstupom a s kyvným výstupom.

Za hlavné výhody hydrostatických pohonov možno okrem ich jednoduchosti, presnosti a jednoduchej údržby považovať hlavne to, že aj pri relatívne malých rozmeroch môžu vyprodukovať veľký výkon, čo je nespornou výhodou napríklad oproti elektrickým motorom. Hydraulický pohon môže vplyvom nestlačiteľnosti tekutiny (hydraulického oleja) držať silu alebo krútiaci moment aj bez prevádzky hydraulického čerpadla. Využitie nachádzajú napríklad pri obrábacích strojoch, lisoch, poľnohospodárskych a stavebných strojoch a manipulačnej technike.

Nevýhodou hydrostatických pohonov je vyššia cena, ktorá závisí od presnosti výroby, a tiež ich citlivosť na nečistoty v pracovnej kvapaline. Je dokázané, že až 80 % zlyhaní súvisí s kontamináciou hydraulickej kvapaliny. V prípade úniku hydraulického oleja môže dôjsť k nebezpečnej situácii a poškodeniu častí hydraulického zariadenia. Aplikácia týchto pohonov je obmedzená, pretože hydraulická kvapalina býva často horľavá.

Elektrické pohony

Elektrické pohony zabezpečujú premenu elektrickej energie na mechanickú energiu, pričom ich hlavnou súčasťou je elektrický motor. Vďaka širokej škále aplikácií, zlepšovaniu kvality, znižovaniu nákladov a pokroku v technológii elektrických lineárnych pohonov sa rýchlo stávajú jedinou voľbou v najrôznejších situáciách.

Elektrické pohony ponúkajú najvyššiu presnosť riadenia polohy. Poskytujú úplnú kontrolu nad priebehom pohybu a môžu podľa typu zariadenia obsahovať nástroje na riadenie rýchlosti, polohy a sily. Elektrické pohony ponúkajú okamžitú spätnú väzbu a diagnostiku, čo znamená, že ich možno monitorovať a programovať. Pri elektropohone nehrozia úniky prevádzkových tekutín, takže sa nepoškodia iné komponenty, okrem bežného opotrebenia.

Prvotné náklady sú však väčšie ako v prípade pneumatických alebo hydraulických pohonov. Nepretržite bežiace motory sa môžu prehriať a zvýšiť opotrebenie systému. Rozsah pracovných teplôt je výrazne obmedzený oproti pneumatickým pohonom.

Predsudky stavajú pneumatické systémy do úzadia

Pneumatické systémy sú hlučné a rýchlo sa kazia. Ich prevádzka je komplikovaná. To, že zariadenie syčí, znamená, že vzduch presakuje do okolia a ohrozuje ľudí. To sú predsudky, ktoré sa spájajú s pneumatickými systémami. Mnohokrát sa stáva, že ľudia vytvárajú mýty kvôli nevedomosti o tom, ako spomínané systémy fungujú.

Poďme vyvrátiť pár mýtov

Niektorí ľudia považujú pneumatické systémy za nebezpečné a anticipujú situáciu, že by mohli vybuchnúť ako tlakový hrniec. Pravdou je, že vzduchové hadice pripevnené k okruhu predstavujú isté bezpečnostné riziko, no ak sú správne obsluhované a udržiavané, nemalo by dôjsť k problémom.

Pneumatické systémy sú vlastne celkom bezpečné a skutočnosť, že okrem stlačeného vzduchu nevyužívajú nič iné, znamená, že obsluhujúci pracovník nebude vystavený ničomu toxickému. Niektoré hydraulické kvapaliny a určité druhy mazív sú potenciálne nebezpečné, ale pneumatické zariadenia tieto kvapaliny nevyužívajú. Nepredstavujú ani výrazné riziko úrazu elektrickým prúdom, pretože ničím iným než samotným kompresorom neprechádza žiadna elektrina.

Asi najdôležitejšie je, že vzduch nie je horľavý a jeho úniky nebudú mať negatívny vplyv na vonkajšie prostredie. Pozrite sa na hydraulické systémy, ktoré využívajú olej. Jeho únik predstavuje obrovské nebezpečenstvo požiaru. Technológia stlačeného vzduchu sa používa najmä v oblastiach, kde sa pracuje s horľavými materiálmi, preto je bezpečnosť na prvom mieste.

Iní si naopak myslia, že treba venovať zvýšenú pozornosť čisteniu pneumatických systémov. Opak je pravdou. Vo väčšine prípadov pneumatické systémy vyžadujú minimálne čistenie, keďže stlačený vzduch neustále vytláča z okruhu nečistoty. O údržbe ani nehovoríme. Okrem mazania niekoľkých pohyblivých častí a kontroly tesnení nebudete musieť veľa robiť pri pravidelnej údržbe zariadenia. Občas budete musieť meniť filter, ktorý môže zachytiť neviditeľné častice. Pravidelná výmena filtra je užitočná, pretože ak zachytáva usadeniny, znamená to, že funguje tak, ako má.

Bezpečnosť pneumatickej technológie s IIoT

Pretože štvrtá priemyselná revolúcia naďalej mení tvár výrobného sveta, mnohí spochybňujú budúcnosť pneumatických systémov. Avšak s príchodom priemyselného internetu vecí sa pneumatická technológia stáva ešte funkčnejšou a nové možnosti sledovania a merania poskytujú ešte lepší prehľad o prevádzke strojov a výkone subsystémov. S touto pridanou funkcionalitou prichádza príležitosť monitorovať bezpečnostné charakteristiky stroja a chrániť ľudí a zariadenia pred poškodením.

IIoT je predovšetkým o otváraní nových príležitostí sledovania, merania a reakcie, teda o zhromažďovaní údajov, ktoré vedú k výsledkom založeným na informáciách. Tieto možnosti zhromažďovania informácií ponúkajú príležitosti na zvýšenie funkčnej bezpečnosti vo výrobe. Výhodou IIoT je predvídateľnejší stav výroby, ktorý vedie nielen k optimalizácii výroby, ale aj k vylepšeným bezpečnostným algoritmom.

Jedným z kľúčových trendov spojených so vznikom IIoT a Priemyslu 4.0 je rozširujúce sa použitie snímačov v automatizovaných systémoch vrátane pneumatických komponentov. Technológia snímačov sa stala inteligentnou, kompaktnou, ľahkou a jednoducho sa integrujúcou do radu pneumatických komponentov, čo umožňuje meranie teploty, tlaku, prietoku, reakčnej rýchlosti ventilov atď. Aj tie najjednoduchšie zariadenia môžu v určitom okamihu poskytovať dôležité informácie. Vďaka tomu budú koncoví používatelia vedieť oveľa viac o výkonnosti pneumatických systémov vo svojich strojoch a zariadeniach.

Samotné údaje nestačia

Čím inteligentnejší systém bude, tým viac dátových analýz bude schopný ponúknuť. A čím viac systémov sa nachádza v podniku, tým viac údajov vyprodukuje. Aby vám všetky tieto údaje neprerástli cez hlavu, musia výrobcovia zariadení a koncoví používatelia presne určiť, aké informácie sú potrebné na zaistenie bezpečnej a efektívnej prevádzky ich zariadení.

V pneumatickom systéme nie je nezvyčajné, že stroj má na každom potrubí 15 rozdeľovačov s niekoľkými ventilmi. Pre správne fungovanie systému je dôležité, aby ventily fungovali správne a treba ich sledovať. A teraz si predstavte, že sledujete množstvo ventilov, či a ako sa pohli. Množstvo vygenerovaných údajov by bolo obrovské. Avšak nie vždy stačí sledovať, koľkokrát ventil zmenil polohu, mimoriadne dôležité je vedieť aj to, aká bola odozva ventilu. Preto sa na správne vyhodnocovanie údajov používajú proaktívne riešenia, ktoré dokážu zachytiť odchýlku od bezpečného stavu a včas na to upozorniť.

Či už ide o štandardné prevádzkové údaje alebo údaje týkajúce sa bezpečnosti IIoT, cieľom je poskytnúť použiteľné informácie. Generovanie veľkého množstva údajov bez plánu, ako ich použiť a pochopiť, čo merajú, nie je veľmi užitočné.

Budúcnosť pneumatických systémov

Mnoho kritikov pneumatických systémov v minulosti tvrdilo, že náklady na stlačený vzduch a na celkový životný cyklus pneumatických zariadení majú negatívny vplyv na ich ekonomickú životaschopnosť. Napríklad spoločnosť Festo vyvinula energeticky efektívny modul, ktorý je schopný monitorovať prevádzkový stav stroja a automaticky vypínať prívod stlačeného vzduchu, keď je zariadenie v pokojnom alebo v pohotovostnom režime. Okrem úspory energie tento modul monitoruje aj možné netesnosti a dodáva aktuálne údaje o tlaku, prietoku a spotrebe vzduchu. Tieto údaje sa potom odosielajú napríklad do cloudu, aby ich koncoví používatelia mohli z dlhodobého hľadiska analyzovať.

Rovnako prebiehajú výskumné projekty kombinujúce odborné znalosti vedúcich predstaviteľov priemyslu a akademických pracovníkov s cieľom vyvinúť nové druhy snímacích technológií. Tento výskum sa zameriava na pokročilé systémy elektronického zberu údajov, napríklad pomocou tenkých fólií. Tie možno pripevniť ako štítky na pneumatický valec, kde sa zhromažďujú údaje o použití a bezdrôtovo ich prenášajú do nadradeného systému.

Zdroj

[1] The Future of Pneumatics. Rowse. [online]. Publikované 1. 7. 2019. Citované 16. 4. 2021.

[2] Pneumatic safety technology and the IIoT. Plant Engineering. [online]. Publikované 5. 12. 2019. Citované 16. 4. 2021.

[3] What´s the Difference Between Pneumatic, Hydraulic, and Electrical Actuators? Pioneer Industrial. [online]. Citované 16. 4. 2021.