Giải pháp này làm cho kỹ sư cơ khí có thể dễ dàng điều chỉnh hoặc mở rộng các thiết kế tương lai của mình theo dạngmô đun, dựa trên nền tảng tự động hóa mà không cần thay đổi cấu trúc ban đầu. Tính mô đun thường cho phép tiết kiệm 5 % phần cứng.

CPX-AP-I đã được một kỹ sư cơ khí tích hợp gần đây vào thiết kế của mình cho một máy dùng để gia công hoàn thiện các tấm nhựa. Đây thường là những bộ phận được định hình sẵn, tương đối dài và hẹp, được cắt bằng cách đục lỗ. Quá trình này diễn ra bằng khí nén. Vì không phải tất cả các tấm đều có cùng độ dày, đôi khi được làm từ nhiều loại nhựa khác nhau và cũng có hình dạng khác nhau, bởi vậy áp suất khí nén cần thiết phải được điều chỉnh cho từng sản phẩm và từng đường cắt. Ban đầu, người ta sử dụng van điều khiển tỉ lệ áp suất cho mục đích này và điều khiển trực tiếp bằng PLC.

Từ tập trung sang phi tập trung

Thiết kế tương ứng của máy có một số nhược điểm liên quan đến bộ điều khiển trung tâm của các bộ phận dập khí nén. Tám bộ điều khiển tỉ lệ được tích hợp trực tiếp vào van cụm trung tâm trong tủ điều khiển. Bốn động tác dập diễn ra ở khoảng cách tương đối ngắn từ van cụm này - 3 đến 5 mét -, nhưng bốn động tác còn lại diễn ra ở phía đối diện của máy. Đối với bốn bộ phận dập này, cần phải lắp đặt cáp và ống dẫn khí có chiều dài từ 10 đến 12 mét từ tủ điều khiển. Bên cạnh chi phí vật liệu và lắp đặt cao, điều này còn có nghĩa là khả năng kiểm soát bốn bộ phận dập phía sau kém chính xác hơn và thời gian chu kỳ dài hơn.

Khi nhà sản xuất máy móc nói trên nhận được đơn đặt hàng bốn máy giống hệt nhau, ông đã liên hệ với Festo, đối tác kỹ thuật của mình, để tìm hiểu về những khả năng mà công nghệ mới có thể mang lại. Nhanh hơn, tốt hơn, bền hơn, rẻ hơn? Trong các cuộc thảo luận, CPX-AP-I mới đã nổi lên như một giải pháp khả thi cho việc kiểm soát phi tập trung các đơn vị dập và là cách để làm cho máy "có khả năng thích ứng với tương lai". Nhưng còn có nhiều lợi thế khác nữa.

Hệ thống I/O phi tập trung

Để hiểu được những lợi thế này, trước tiên chúng ta cần phải làm rõ CPX-AP-I thực sự là gì. Đây là một hệ thống I/O mới được thiết kế để liên kết trực tiếp với nhiều loại mô đun I/O và van cụm tại hiện trường. Hệ thống có thể dễ dàng đượctích hợp vào các hệ thống PLC phổ biến nhất nhờ những bus trường phổ biến nhất, mà không cần phải trang bị từng thành phần riêng lẻ bằng một nút fieldbus. Ngoài ra, có thể tích hợp IO-Link®, giúp liên kết dễ dàng mọi thành phần I/O-Link và mang đến mọi lợi ích liên quan.

Cấu trúc của hệ thống như vậy được thể hiện ở hình minh họa dưới đây.

Điều này cho thấy các van cụm và I/O-Link-Master có thể được tích hợp trực tiếp vào hệ thống điều khiển cấp cao hơn (PLC), bất kể mạng tự động hóa công nghiệp nào được sử dụng. Điều tương tự cũng được áp dụng cho các mô đun khí nén và điện, cũng như tất cả các loại bus trường đã biết đều được hỗ trợ. Nghĩa là các van cụmkhông cần phải được liên kết nhờ mộtI/O-Link-Master nữa, mà có thể được điều khiển trực tiếp thông qua bus AP, giúp cải thiện hiệu suất về độ tin cậy và hiệu quả. Nó cũng giúp tiết kiệm số lượng nút bus hoặc các thành phần.

Thiết kế dạng mô đun trong môi trường quen thuộc

CPX AP-I cung cấp khả năng thiết kế theo dạng mô đun và do đó có thể dễ dàng mở rộng cấu trúc. Có thể thêm hoặc xóa các chức năng, mô đun, v.v. mà không cần phải thay đổi cấu trúc hiện có. Cũng có thể tiến hành thay đổi trên hệ thống bus – tất cả những gì phải làm là thay đổi nút bus. Danh sách vật liệu (BOM) và kiến trúc điều khiển vẫn không hề thay đổi. Thêm vào đó, người chế tạo máy có thể tiếp tục lập trình trong môi trường quen thuộc của mình và không bị ảnh hưởng bởi hệ thống I/O hoạt động với một hệ thống bus độc quyền. Không có giới hạn về số lượng mô đun: có thể kết hợp tối đa 500 mô đun theo cấu trúc đường thẳng, hình sao và hình cây.

Sẵn sàng cho quá trình số hóa trong thời đại công nghiệp 4.0

CPX AP-I không chỉ có khả năng dễ dàng tích hợp các thành phần, còn cung cấp khả năng tải dữ liệu lên đám mây. Đây là đặc điểm điển hình của ngành công nghiệp thông minh và nhà máy thông minh hoàn toàn tự động. Làm như vậy, nhiều loại dữ liệu như đoản mạch, sự kiện IO-Link®, số lượng mạch, chất lượng cáp, nhiệt độ, điện áp, số giờ hoạt động, v.v. có thể được ghi lại một cách tập trung. Dữ liệu này sau đó có thể được phân tích và sử dụng làm thông tin có giá trị cho mục đích tối ưu hóa, tính toán chi phí hoặc ví dụ như để "bảo trì thông minh". Thiết kế này cũng giúp theo dõi nhiều mô đun và kênh khác nhau, sau đó kịp thời đưa ra cảnh báo nếu có điều gì đó bất ổn. Tính năng này còn cho phép lập kế hoạch bảo trì hiệu quả và các bước bảo trì dự đoán.

Ứng dụng trong thực tế

Nhà sản xuất máy đã chuyển sang sử dụng CPX AP-I theo khuyến nghị của Festo và hiện đã tận mắt chứng kiến những ưu điểm của nó. Do thiết kế phi tập trung, nhóm gồm tám van điều khiển tỉ lệáp suất hiện được chia thành hai nhóm, mỗi nhóm gồm bốn van. Nhóm thứ hai nằm ở phía bên kia của máy, nên gần hơn nhiều với các bộ phận dập. Cuối cùng, nó đã tiết kiệm được rất nhiều thời gian và vật liệu lắp đặt, giúp tiết kiệm chi phí 5 % cho bốn máy. Ông cũng có thể cung cấp cho khách hàng khả năng giao tiếp cực nhanh cho tất cả các mô đun không sử dụng IO-Link®. Giá trị 200 MBaud và thời gian chu kỳ lên tới 250 µs thật ấn tượng. Vì sử dụng hai loại cáp riêng biệt cho mục đích truyền thông và cấp nguồn, nên nó cũng có khả năng hoạt động với các vùng điện áp nếu cần. Và rồi khách hàng cảm thấy nhẹ nhõm khi cấu trúc địa hình hiện tại của mình vẫn được bảo tồn hoàn toàn. Nó có thể dễ dàng tích hợp các van cụm mà không cần thêm các nút bus hay bộ liên kết I/O chính. Số lượng mô đun giao diện cũng bị hạn chế do số lượng các thành phần lớn có thể được liên kết với mô đun bus CPX AP-I.

Sẵn sàng cho tương lai

Các máy móc hiện đã được giao đến và đang hoạt động theo như đúng sự mong đợi của chúng tôi. Trên thực tế, chúng hoạt động tốt đến mức nhà sản xuất máy đã biến hệ thống Remote I/O mới thành tiêu chuẩn cho tất cả các máy mới, mà họ sẽ phát triển và chế tạo trong tương lai. Chỉ khi khách hàng yêu cầu cụ thể về thông số kỹ thuật khác thì hệ thống khác mới được sử dụng. Không quan trọng đó là máy móc cho ngành công nghiệp ô tô, máy đóng gói hay máy móc cho các ngành công nghiệp khác. “Chúng tôi đã tìm ra giải pháp hoàn hảo cho mình” là lời khẳng định cuối cùng của người kỹ sư cơ khí (cười hạnh phúc).