Geração digitalizada de vácuo permite a manutenção preditiva de sistemas de manipulação com robôs

A Piab fez um upgrade em seu principal produto - a série de ejetores de vácuo piCOMPACT® - para suportar a funcionalidade da Indústria 4.0. A ativação da conectividade entre os dispositivos por meio do IO-Link, adicionando sensores para coletar informações valiosas do processo e analisá-las através da inteligência integrada, torna a manipulação de vácuo não apenas mais inteligente, mas também mais segura. A possibilidade da manutenção preditiva foi um fator essencial para esse desenvolvimento, pois aumenta a vida útil e o tempo de atividade da máquina, acelera o processo de manutenção e reduz os custos.

A manutenção preditiva é geralmente definida como o monitoramento do desempenho e das condições do equipamento durante operações normais. Isso implica que simplesmente fornecer ejetores de vácuo altamente eficientes, confiáveis e pequenos o suficiente para integrar não é mais o bastante.  Os ejetores de vácuo que alimentam sistemas robóticos de manipulação, como ventosas, garras de espuma etc. para aplicações de pick and place comuns, por exemplo, nas linhas de estamparia automotiva, são a ligação entre a unidade de manipulação e o robô e podem fornecer informações de ambos os lados para garantir um sistema livre de problemas.  Ao digitalizar seu principal produto para uma versão inteligente, a equipe de R&D da Piab enfatiza bastante o suporte aos requisitos de manutenção preditiva para aumentar a competitividade de seus clientes. A bomba ejetora piCOMPACT®23 SMART combina a tecnologia de ponta para manter os sistemas em operação no nível máximo possível.

A conectividade permite a comunicação com outros dispositivos e a nuvem por meio de um IO-Link. Apresentando um fieldbus independente, o IO-Link possui um desenvolvimento mais avançado do que os existentes, com tecnologia de conexão testada para sensores e atuadores. Ele apresenta configuração automatizada de parâmetros e permite que os operadores leiam e registrem parâmetros para vários recursos, mesmo durante a operação. Esse estágio de visão geral do processo em tempo real significa que muitos problemas em potencial podem ser tratados antes que tenham algum impacto real na produção. A oportunidade para o diagnóstico do sistema permite que os problemas sejam identificados e corrigidos com mais facilidade e rapidez. Isso tem o potencial de levar a uma produtividade bastante aprimorada. Um dos principais fatores por trás dessa capacidade de diagnóstico é que, ao contrário da tecnologia convencional, o IO-Link apresenta uma função de armazenamento de dados. Isso permite que os operadores estabeleçam rapidamente se e por que um dispositivo ou operação pode ter falhado durante, por exemplo, uma execução durante à noite. Torna possível identificar a causa de uma falha; talvez um dispositivo com defeito precise ser substituído ou o problema possa ser simplesmente uma conexão elétrica defeituosa. Além disso, se um novo dispositivo idêntico para substituição idêntico for conectado, os parâmetros do dispositivo anterior serão transferidos automaticamente, economizando um tempo precioso de instalação.

A análise de Big Data requer medições de várias características para gerar as informações que podem ser analisadas e usadas para otimização do sistema. Os sensores permitem a coleta de informações que podem ser usadas para melhorar a produtividade e reduzir o tempo de inatividade, facilitando o monitoramento das condições e a manutenção preditiva. Isso fez com que vários sensores fossem adicionados ao sistema, medindo as características de operação direta do ejetor de vácuo para detecção rápida de possíveis problemas operacionais, como vazamentos no sistema ou problemas no funcionamento do ejetor, para permitir manutenção preditiva. Os usuários podem definir pontos de acionamento (trigger point) e quando os dados se desviam e passam por um ponto de acionamento, é uma indicação de que a manutenção será necessária em breve. Isso permite a preparação, a troca de apenas algumas peças e evita paradas imprevistas da linha de produção.

Portanto, a equipe de R&D da Piab decidiu equipar a piCOMPACT®23 SMART diretamente com vários sensores de diagnóstico que suportam a manutenção preditiva que medem a temperatura atual do sistema, tensão do sistema, aceleração, contador de ciclo e recursos de autoverificação do sistema. Alterações nestes podem indicar que algo mais está com defeito na célula ou plataforma do robô. Portanto, a piCOMPACT®23 SMART ajuda a monitorar todos os sistemas de automação e evita problemas com equipamentos conectados ou ao redor, além de aumentar a compreensão de como o próprio ejetor está funcionando.

Um sensor mostra a temperatura real de operação para garantir informações rápidas, caso saia dessa faixa, o que pode indicar problemas no ambiente mais próximo do ejetor. Esse recurso foi integrado, por um lado, para aumentar a vida útil do ejetor e garantir sua operação ideal, mas também como um sinal de aviso fácil de detectar que pode haver problemas com outros dispositivos do sistema que causam o aumento da temperatura. Um sensor de tensão controla a entrada de energia e determina o status operacional. Esse recurso foi adicionado para ajudar os usuários a evitar danos ao sistema devido à baixa energia e aumentar a vida útil do sistema. “Tensão” baixa em operação e avisos são informados.

Um parâmetro importante para prever a manutenção de sistemas de manipulação com robôs a vácuo é mantê-los limpos. Especialmente em aplicações empoeiradas, onde os filtros a vácuo se contaminarão com o tempo, o que leva a quedas indesejadas de pressão de vácuo que atrasam o processo ou até começam a emitir sinais falsos. Uma maneira de monitorar isso é manter o controle do nível interno de queda de pressão do sistema de vácuo ou como é chamado na piCOMPACT®23 SMART; o nível de vácuo de funcionamento livre (FVL - Free-running Vacuum Level). Quando e se o FVL começa a derivar de seu status inicial, o Nível de Vácuo de Funcionamento Livre Fresh (FFVL - Fresh Free-running Vacuum Level), o sistema está começando a entupir.

Outra maneira de prever a manutenção desde o início de um vazamento em um sistema de vácuo, por exemplo tubulação danificada, acessórios ou uma ventosa danificada, é rastrear o tempo tomado para evacuar até um determinado nível de vácuo. A piCOMPACT®23 SMART refere-se à sua função First Time To Hit (FTTH) em um sistema de vácuo totalmente funcional que mede o tempo de evacuação mais curto desde o Nível de Vácuo de Funcionamento Livre Fresh (FFVL) até o sistema alcançar -15 kPa. Quando e se ciclos posteriores usarem mais tempo para evacuar para o mesmo nível (-15 kPa), monitorados e registrados como Time To Hit (TTH), o sistema provavelmente sofre vazamentos e precisará de manutenção.

De olho na indústria automotiva, com seu alto grau de automação e manuseio de peças grandes e pesadas, a segurança das operações desempenha um papel importante quando as máquinas estão funcionando, bem como quando a manutenção ocorre. Isso levou ao desenvolvimento de domínios de energia separados para atuadores e sensores. Tais sistemas permitem a ativação da energia do sensor separadamente pelo operador para manutenção ou solução de problemas na célula do robô, deixando os atuadores desconectados da fonte de alimentação, para que os operadores não sejam prejudicados por acionamentos indesejados no caso, por exemplo, de um curto-circuito. A vantagem dos domínios de energia separados é que eles permitem o uso de ejetores compactos sem estações de válvulas separadas. Isso reduz o custo da instalação - assim como o fato de que normalmente não são necessárias soluções alternativas caras ou módulos complementares para ejetores compactos.

Um segundo recurso de segurança desenvolvido é um bit complementar ou PDO (process data output). É necessário ativar a habilitação do vácuo ou sopro, além do sinal comum de vácuo ou sopro. Também evita um vácuo “muito rápido” por sinal, criando uma situação de risco se o restante do programa ainda não estiver totalmente operacional e funcionando ou se comunicando.

Para viabilizar a manutenção preditiva, a piCOMPACT®23 SMART garante altos tempos de atividade da máquina, não apenas para o próprio sistema de vácuo, mas para todo o sistema de automação, pois monitora uma ampla gama de condições ambientais que influenciam o desempenho do sistema.