Snahou projektantů elektrické části obráběcích strojů je dosáhnout co nejlepší technické úrovně připravovaného stroje při maximální redukci nákladů. Jednou z cest k dosažení redukce nákladů je úspora v oblasti kabeláže a propojovací konektorové techniky.
Úsporu je přitom nezbytné hledat jak v materiálové oblasti, tak i v pracnosti. Uspořit v oblasti propojení je nutné především u velkých a složitých strojů s dlouhými trasami elektrického propojení. Obecnou metodou úspory kabeláže u rozsáhlých celků nejen v oblasti obráběcích strojů je využití přenosu signálů a informací pomocí sběrnicové techniky. V tomto směru nabízí projektantům společnost Siemens velmi výhodná řešení.
Jak využít vlastnosti sběrnice DRIVE -CLiQ
Prvním, dnes již u mnoha strojů běžně používaným řešením k úspoře odměřovací kabeláže, je využití vlastností propojovací sběrnice DRIVE-CLiQ. Tato sběrnice nabízí redukci odměřovacích signálů pomocí rozbočovačů (hubů). Siemens např. nabízí huby DMC20 s krytím IP20 nebo DME20 s krytím IP67 při sloučení až 5 odměřovacích signálů do jediného výstupního kabelu. Signál z odměřování, které není přímo připojitelné na DRIVE-CLiQ sběrnici, je převeden pomocí vhodného převodníku na DRIVE-CLiQ. V katalozích společnosti Siemens jsou nabízeny pro dnes běžný odměřovací signál 1Vss převodníky SME20 a SME25 s krytím IP67 a SMC20 s krytím IP20. Pro dříve používaná odměřování s výstupním signálem TTL/HTL pak lze použít převodník SMC30 v krytí IP20. Pro odměřování s výstupem EnDat2.2 je k dispozici převodník SMC40. Převod na sběrnici DRIVE-CLiQ přináší také výhodu výrazně větší odolnosti proti rušení. Následně je pak odměřovací kabeláž redukována slučováním odměřování pomocí zmíněných hubů. Místo dříve vedeného svazku odměřovacích kabelů, které často bylo nutno proti rušení chránit ochrannými hadicemi, je v nejdelších přívodních trasách vedena výrazně redukovaná odměřovací kabeláž. Umístěním jednoho hubu na vřeteníku horizontkového pracoviště a druhého na spodku stojanu se maximálně redukuje odměřovací kabeláž v nejdelších trasách (přívod vřeteníku a přívod stroje). Schematické řešení úspory odměřovací kabeláže u horizontkového pracoviště je uvedeno na obrázku. Schéma zobrazuje sloučení následujících odměřování, motorová v provedení DRIVE-CLiQ, přímá s výstupním signálem 1Vss: » posuv stojanu – osa X – 2x motorové (M_X1, M_X2) a 1x přímé odměřování (P_X) » posuv vřeteníku – osa Y – 1x motorové (M_Y) a 1x přímé odměřování (P_Y) » posuv pinoly – osa Z – 1x motorové (M_Z) a 1x přímé odměřování (P_Z) » posuv vřetena – osa W – 1x motorové (M_W) a 1x přímé odměřování (P_W) Sloučením odměřovacích signálů se podařilo redukovat v nejdelších kabelážních trasách původních 9 kabelů do dvou. Pozor však při projektování redukce odměřovací kabeláže pomocí hubů, v tom případě lze sloučit pouze signály os řízených společnou regulační jednotkou.
Sběrnicový přenos signálů logického řízení stroje
Každý obráběcí stroj má mnoho vstupních a výstupních digitálních i analogových signálů logického řízení. Některé jsou v elektrickém rozvaděči, tedy relativně blízko programovatelnému automatu stroje, jiné jsou v různých vzdálenostech rozmístěny po celém pracovišti. Signály v rozvaděči stroje jsou snadno připojitelné přes vstupní a výstupní jednotky přímo v rozvaděči. Vstupní a výstupní signály lze v případě připojení přes jednotky umístěné v rozvaděči přivést ze stroje pomocí relativně dlouhé kabeláže, mnohdy z montážních důvodů navíc přerušované konektorovými spoji. Vzhledem k cenám kabelů a propojovacích konektorů to představuje poměrně vysoké náklady na kabeláž. V případě analogových signálů se používají z důvodu ochrany proti rušení stíněné kabely. Ani ty však nejsou v dlouhých kabelážních trasách dostatečnou zárukou ochrany signálu proti rušení. Odpor kabeláže vede u analogových a silových výstupních signálů k dalšímu poklesu úrovně signálu. Zvyšování průřezu kabelů pro eliminaci poklesu úrovně signálů vede k dalšímu růstu nákladů. Řešením uvedených problémů může být redukce propojovacích kabelů tím, že vstupní a výstupní připojovací jednotka je maximálně přiblížena k místu vstupního a výstupního prvku. Jak toho lze dosáhnout? První možnost je na různých místech stroje umístit další menší rozvaděče, obsahující klasické rozvaděčové vstupní a výstupní jednotky. Propojení takto distribuovaných rozvaděčů s hlavním lze realizovat pomocí sběrnicové techniky – např. Profibus nebo Profinet. Tato cesta není vždy dobrá. Byť se jedná o menší rozvaděčové jednotky, jsou většinou stále příliš velké a jejich umístění po stroji je proto velmi komplikované, někdy i nemožné. Malý rozvaděč naplněný elektrickými komponenty vyzařujícími teplo má pak často problém s přehříváním. Odvod tepla přes plášť rozvaděče nestačí malý rozvaděč dostatečně uchladit. Instalace chladniček na decentrální rozvaděče je většinou ekonomicky nevýhodná. Umístění vstupních a výstupních jednotek s nízkým krytím do malých rozvaděčů na stroji je výhodné v případech, kdy z jiných technických důvodů již dostatečně vhodný rozvaděč v požadované části stroje existuje. Z nabídky společnosti Siemens je možné použít rozměrově velmi výhodné vstupní a výstupní jednotky řady ET 200S připojitelné na sběrnice Profibus a Profinet, nebo nyní z nové řady ET 200SP (vhodným místem je např. ovládací panel stroje). Zejména nová řada ET 200SP představuje pro projektanty strojů bojujících s nedostatkem místa efektivní způsob připojení digitálních i analogových signálů v malém zástavbovém prostoru. Vstupní digitální jednotky ET 200SP umožňují připojení 8 až 16 vstupů. Výstupní digitální jednotky umožňují připojení 4 výkonových (max. 2 A) a 8 až 16 standardních (max. 0,5 A) výstupů. To vše při optimálním zástavbovém rozměru jednotek 170 × 15 × 80 mm. Analogové jednotky umožňují připojení 4 vstupů nebo 4 výstupů. Připojovací svorky typu „push-in“ umožňují redukci pracnosti připojování vodičů. Druhou možností je použití vstupních a výstupních jednotek s dostatečným krytím, které lze umístit relativně nechráněné přímo na stroj. K připojení těchto jednotek je vhodné opět využít sběrnic. Siemens nabízí výhodná řešení použitím jednotek řady ET 200pro nebo ET 200eco. Co umožňuje tato technika a jaké jsou její výhody? Co mají společné a v čem se liší? V obou případech jsou jednotky připojitelné na sběrnice Profibus i Profinet. Propojení na vstupní a výstupní jednotky se realizuje přes průmyslové konektory M12 a prvky je možné připojit ke stroji kabely. Výhodnější je však z hlediska úspory pracnosti použít oboustranně konektorované kabeláže (na straně vstupní, resp. výstupní jednotky zakončené konektory M12, na straně prvku pak vhodným připojovacím konektorem ke konkrétnímu prvku). Takovou profesionálně vyrobenou kabeláž nabízí řada dodavatelů. Velmi dobré pokrytí celého spektra potřebných propojovacích kabelů má například firma Murr elektronic. Jednotky ET 200pro i ET 200eco mají dostatečné krytí až IP67. Je u nich možné připojení digitálních i analogových vstupů a výstupů včetně připojení teplotních Pt článků. Připojitelnost přes běžné sběrnice Profibus a Profinet umožňuje nasazení jednotek nejen pro řídicí systémy Siemens, ale i v případech použití jiných systémů. Propojení nejsložitějších uzlů stroje jako je vřeteník, spodek stojanu apod. při použití uvedené techniky značky Siemens bývá téměř shodné pro většinu používaných řídicích systémů. Stav logických signálů indikují LED diody přímo umístěné na jednotkách. V čem se jednotky ET 200pro a ET 200eco liší a co ovlivňuje projektanta stroje při volbě nabízených variant? Vstupní a výstupní jednotky řady ET 200pro jsou připojitelné na sběrnice Profibus pomocí připojovací jednotky IM154-1 a Profinet pomocí připojovací jednotky IM154-4 PN. Připojovací jednotka a vstupní a výstupní jednotky jsou umístěny v řadě na kovové liště. Projektant si tak musí vytipovat vhodná místa na stroji, kam je možno svést větší množství vstupních a výstupních signálů (vřeteník, pinola, spodek stojanu, otočný stůl atp.). Musí také počítat s tím, že řada jednotek zabere zejména z hlediska délky místo na stroji (dodávané upevňovací lišty jsou v délkách 500 a 1000 mm s možností zkrácení dle potřebné délky). Vstupní digitální jednotky umožňují připojení 8 až 16 vstupů a 4 (max. 2 A) až 8 (max. 0,5 A) výstupů. K dispozici jsou i kombinované jednotky – 4 vstupy a 4 výstupy (max. 0,5 A). Vstupní a výstupní analogové jednotky umožňují připojení až 4 signálů. Z hlediska nákladů musí projektant stroje zvážit, zda úspora kabeláže bude větší, než cena připojovacích jednotek. Orientačně lze říci, že pro dlouhá kabelážní propojení dochází k úspoře při použití minimálně tří až čtyř jednotek v jednom připojovacím místě. Vstupní a výstupní jednotky řady ET 200eco jsou připojitelné na sběrnice Profibus a Profinet přímo a mohou se umístit libovolně na stroji. Projektant stroje není limitován nutností většího zástavbového prostoru. Vstupní digitální jednotky umožňují připojení 8 až 16 vstupů a 8 až 16 výstupů (max. 1, 3 až 2 A – nutno vždy sledovat také max. proudovou zátěž pro celý modul). Vstupní a výstupní analogové jednotky umožňují v několika variantách připojení až 8 signálů. Řada ET 200eco nabízí i připojení inteligentních prvků I/O link. Nevýhodou použití ET 200eco proti ET 200pro jsou mírně vyšší náklady při shodném množství vstupních a výstupních prvků a větší počet účastníků na sběrnici Profibus nebo Profinet (každá jednotka je účastníkem sběrnice). Počet účastníků na sběrnici může být překážkou v provedení Profibus v případě, kdy nelze sběrnici z časových důvodů příliš zatěžovat. Lepší variantou je tedy použití ET 200pro. Jednotky ET 200eco je vhodné použít v případech, kdy z prostorových důvodů nelze použít ET 200pro.
Závěrem
Společnost Siemens nabízí projektantům velmi dobrá řešení vedoucí k úspoře kabeláže a následně k úspoře nákladů. K dosažení maximálních úspor však dojde až optimalizací projektu stroje. Vhodné je vždy vycházet z blokového schéma důsledně spojeného s topologií stroje a již v tomto blokovém schématu optimalizovat sloučení signálů a rozdělení os na regulační jednotky. V případě vstupních a výstupních prvků logického řízení je nutné rovněž dle koncentrace prvků správně zvolit techniku ET 200pro, resp. ET 200eco, nebo jejich kombinaci. Ing. Tomáš Kopeček www.siemens.cz