Digitaliserad vakuumgenerering möjliggör förebyggande underhåll av robotsystem

Piab har uppgraderat sin flaggskeppsprodukt – piCOMPACT® vakuumejektorer – med Industri 4.0-funktionalitet. Genom att möjliggöra hopkoppling av enheter via IO-Link, lägga till sensorer för att samla in värdefull processinformation och analysera den genom integrerad intelligens, har vakuumhanteringen inte bara blivit smartare utan också säkrare. Möjligheten till förebyggande underhåll var en viktig drivkraft för den här utvecklingen eftersom det ökar maskinens drifttid och livslängd. Dessutom går underhållsprocessen snabbare och kostnaderna minskar.

Förebyggande underhåll definieras i regel som övervakning av utrustningens prestanda och tillstånd under normal drift. Det innebär att det inte längre räcker att tillhandahålla effektiva, tillförlitliga och smidiga vakuumejektorer. Vakuumejektorer driver robotgripsystemet, exempelvis sugkoppar, skumgummigripdon och liknande för pick and place-tillämpningar som är vanliga i bland annat fordonsindustrin. Ejektorn utgör länken mellan gripdonet och roboten, och kan ge information om båda sidor för att säkerställa att hela systemet fungerar som det ska. När Piabs R&D-team valde att digitalisera vakuumejektorn lade man därför stor vikt vid att tillgodose kraven på förutsägbart underhåll för att öka kundernas konkurrenskraft. piCOMPACT®23 SMART-ejektorn inkluderar modern teknik som skapar driftssäkra system med hög produktivitet.

Anslutningsbarheten möjliggör kommunikation med andra enheter och molnet via en IO-Link. IO-Link är fältbussoberoende och en vidareutveckling av befintlig och väl beprövad anslutningsteknik för sensorer och ställdon. Den erbjuder automatiserade parameterinställningar och innebär att operatörerna kan läsa av och ange parametrar för olika funktioner medan systemet är i drift. Det ger extremt god överblick över processen i realtid, vilket innebär att många potentiella problem kan hanteras innan de inverkar på produktionen. Möjligheten till systemdiagnos gör att problem kan identifieras och korrigeras enklare och snabbare. Här finns potential till en kraftigt förbättrad produktivitet. En viktig faktor bakom den förbättrade diagnostiken är att IO-Link, till skillnad från konventionell teknik, erbjuder datalagring. Tack vare datalagringen kan operatören snabbt kontrollera att en enhet eller funktion har fungerat felfritt under till exempel ett nattpass. Om fel har inträffat går det enkelt att identifiera orsaken – kanske en felaktig elektrisk anslutning eller en trasig enhet som måste bytas. När en ny, identisk enhet ansluts överförs den föregående enhetens lagrade parametrar automatiskt till den nya enheten, vilket sparar in dyrbar installationstid.

Big data-analyser kräver mätningar av olika egenskaper för att generera information som kan analyseras och användas för systemoptimering. Sensorer gör det möjligt att samla in information som kan användas för att förbättra produktiviteten och minska driftstoppen, vilket underlättar tillståndsövervakning och förebyggande underhåll. Därför har systemet utrustats med fler sensorer som mäter driftsegenskaper i realtid hos vakuumejektorn för att potentiella driftsproblem som läckage i systemet snabbt ska kunna upptäckas. Användare kan ställa in triggerpunkter, och när data passerar en sådan triggerpunkt är det en indikation på att det snart blir nödvändigt med service. Det innebär att man kan förbereda underhåll, endast behöver byta ut ett fåtal delar och kan undvika oförutsedda stopp av produktionslinjer.

Därför beslutade Piabs R&D-team att utrusta piCOMPACT®23 SMART med flera diagnostiska sensorer som stöder förutsägbart underhåll och som mäter temperaturströmmar, systemspänning, acceleration, cykelräknare och självkontrollfunktioner. Förändringar inom dessa områden kan indikera att något annat är trasigt i robotcellen eller anläggningen. Därför hjälper piCOMPACT®23 SMART till att övervaka hela automationssystem och förhindrar problem med ansluten eller omgivande utrustning. Dessutom får man större kunskaper om driften av själva ejektorn.

En sensor visar den verkliga driftstemperaturen för att säkerställa snabb information om den skulle hamna utanför detta intervall, vilket kan indikera problem i ejektorns närmaste miljö. Den här funktionen integrerades dels för att öka ejektorns livslängd och säkerställa optimal funktion, dels som varningssignal om att det kan finnas problem i andra systemenheter som får temperaturen att stiga. En spänningssensor styr strömtillförseln och bestämmer driftsstatus. Den här funktionen lades till för att undvika skador i systemet på grund av låg strömförsörjning och för att öka systemets allmänna livslängd. Vid låg funktionsspänning avges varningar.

En viktig parameter för att kunna förutsäga underhåll av vakuumbaserade robotgripsystem är att de hålls rena. Speciellt i dammiga tillämpningar där vakuumfilter förorenas med tiden kan det uppstå oönskade vakuumtryckfall som saktar ned processen eller till och med börjar ge falska signaler. Ett sätt att övervaka detta är att hålla koll på vakuumsystemets inbyggda tryckfallsnivå, eller som det kallas för piCOMPACT®23 SMART – Free-running Vacuum Level (FVL). När och om FVL börjar avvika från sin ursprungliga status börjar systemets Fresh Free-running Vacuum Level (FFVL) att hämmas.

Ett annat sätt tidigt identifiera underhållsbehov på grund av skadade slangar, fästen eller en trasig sugkopp, är att mäta tiden det tar att tömma systemet till en viss vakuumnivå. piCOMPACT®23 SMART använder funktionen First Time To Hit (FTTH) som mäter den snabbaste evakueringstiden från Fresh Free-running Vacuum Level (FFVL) ned till ett vakuumdjup på -15 kPa. När och om senare cykler använder längre tid för att evakuera till samma nivå (-15 kPa), övervakat och loggat som Time To Hit (TTH), finns det troligen läckage i systemet som behöver åtgärdas.

Säkerheten spelar en viktig roll både vid drift och underhåll, i synnerhet när det finns en hög grad av automatisering och det är stora och tunga delar som hanteras, som inom fordonsindustrin. Det har lett fram till utvecklingen av separat strömförsörjning av ställdon och sensorer. Sådana system gör att operatören separat kan aktivera sensorer för underhåll eller felsökning i robotcellen och samtidigt låta ställdon vara frånkopplade för att eliminera risken att träffas av rörliga delar om det skulle uppstå exempelvis en kortslutning. Fördelen med separat strömförsörjning är att man kan använda kompakta ejektorer utan separata ventilstationer. Det minskar installationskostnaderna, liksom det faktum att det inte krävs dyra alternativa lösningar eller tilläggsmoduler för kompakta ejektorer.

Ytterligare en säkerhetsfunktion som tagits fram är en PDO (processdatautgång). Den måste aktiveras för att vakuum eller friblås ska aktiveras, som tillägg till den vanliga vakuum- eller friblåsningssignalen. Den förhindrar också att det skapas vakuum alltför snabbt vilket kan innebära en riskfylld situation om resten av programmet ännu inte är helt igång eller kommunicerar.

piCOMPACT®23 SMART skapar förutsättningar för förutsägbart underhåll eftersom den övervakar en mängd olika parametrar som påverkar hela systemets prestanda, och det i sin tur leder till stabil drift, inte bara för vakuumsystemet utan för hela automationssystemet.