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博世力士樂導入IO-Link
流體機械邁向工業4.0
[作者 陳念舜]   2018年01月10日 星期三 瀏覽人次: [3938]

博世(Bosch Group)是德國工業4.0戰略的主要發起者之一,旗下的力士樂公司(Rexroth)則負責驅動、控制部門,在工業4.0進程裡扮演雙重戰略角色,服務對象也擴及其他機械產業,可分別滿足個別客戶的不同需求,提供包含:完整一站式服務、翻新既有舊設備、互聯的售後服務等解決方案,以協助各行業台灣客戶提升競爭力。


近年來也透過展會持續推廣與工業4.0應用的相關元件,並分別針對中小型或大企業不同需求,提供多面向、具連貫性的工業4.0解決方案,在日前由台灣區流體傳動工業同業公會在逢甲大學召開的「2017年流體傳動與智能控制技術研討會」上,博世力士樂公司油壓銷售部協理邱文科便以「智能油壓系統物聯網」為題,強調若為符合工業4.0時代開發的相關油壓產品,皆必須要能與機器控制器相互聯網,以達到分散式智能控制。


結盟90家感測及控制大廠 加速聯網油壓系統


圖1 : 博世力士樂公司油壓事業部協理邱文科指出,若為符合工業4.0時代開發的相關油壓產品,皆必須能達到分散式智能控制。(攝影╱陳念舜)
圖1 : 博世力士樂公司油壓事業部協理邱文科指出,若為符合工業4.0時代開發的相關油壓產品,皆必須能達到分散式智能控制。(攝影╱陳念舜)

邱文科表示,該「物聯網油壓系統(Connected Hydraulics)」係基於2012年工業4.0策略所提出的分散式智能控制理念。包括由機器控制器來蒐集資訊並傳送到雲端,再逐漸累積成大數據,將有助於製造業生產更高效且節能。「尤其因為現今每部機器上的控制器都不可能管理到底層所有液/氣壓、輸送帶系統的每個動作,而須要與彼此持續溝通,並具備自我診斷功能。」


然而,綜觀目前物聯網油壓系統發展,並非所有行業、產品都能符合工業4.0需求,而只屬於「局部」性質居多;到了中期階段,則希望能建立物聯網油壓系統的里程碑;進而放眼長程目標,提供完全符合工業4.0的產品與服務。但他也坦言,油壓系統畢竟只占工業4.0整體架構的很小一部份,其他大部份領域還是以電控、軟體、感測技術居多。


博世力士樂也對此,提出適合讓上層機器控制器經過SERCOS、PROFINET、EtherNet/IP等各式總線通訊協定(fieldbus),以連結底層多款類比或具備數位IO-link、integrated field bus(IFB)控制的油壓閥及泵浦SYDFE(D)、比例閥內部附加運動控制器(integrated axis controller ,IAC)的解決方案。邱文科進一步指出,過去CNC工具機都仰賴伺服馬達+螺桿,來精確控制多軸運動,但隨著工具機軸數越來越多,導致內部空間有限,IAC必須搭配多個感測器來控制各軸油壓缸,可達成3μm高精度等級的循圓控制運動。


但因應以現行總線控制系統連結運動控制器的介面相當貴,博世力士樂還與90家控制器、感測器廠商合作,已將連結智慧感測器和驅動器、自動化系統的全球I/O技術標準化,推出更為經濟實惠、可執行自我診斷的數位控制標準IO-Link,尤其適用於台灣以中小企業為主的機械廠商,仍多數使用類比機械設備。得以分別透過IO-Link Master,與上層高階PLC溝通;以及點對點連結油壓系統,控制下層驅動器、感測器、閥類等IO-link裝置,加以辨識、診斷IODD(IO device description)相關參數。


支援IO-Link油壓閥及泵浦 逐步完備系列產品線

邱文科表示,目前該公司所推出的IO-Link相關產品,則可提供長達20m的M12標準接頭電纜,且經過居中的IO-Link Master節省互聯控制多個裝置的配線。其除了可以做為不同硬體製造商溝通數位訊號的標準,驅動器可供電高達2A、循環時間達400 μs;還能儲存許多底層油壓閥/缸的自動化參數設定,以提高系統生產力,執行自我診斷與預測維護功能;只要即插即用,就能快速且高效地維修、更換設備,而不必重新設定;累積的大數據,還有機會用於未來晉升加入AI(人工智慧)應用領域,將相關流體機械性能最佳化。


除了已在今年4月舉行的漢諾威自動化工業展(HANNOVER MESSE)上,推出具備IO-Link數位介面的定量比例閥,博世力士樂未來還將逐步放大比例閥流量,讓系列產品越來越齊全;且持續開發目前只有類比式0~10V以上的控制壓力閥,未來持續開發皆可支援IO-Link標準協定。


圖2 : 可變量油壓動力單元強調其具有設計輕巧、可連網功能等特性,在緊湊的空間裡實現分散式智慧驅動,既滿足使用者快速安裝的需求,又節省廠內配置空間。(圖片來源:https://plus.google.com/+Tecnicalimpianti)
圖2 : 可變量油壓動力單元強調其具有設計輕巧、可連網功能等特性,在緊湊的空間裡實現分散式智慧驅動,既滿足使用者快速安裝的需求,又節省廠內配置空間。(圖片來源:https://plus.google.com/+Tecnicalimpianti)

至於在電動泵浦系統的相關產品線,則除了以往由定/變頻馬達搭配可變量油壓泵浦,只要降低轉速到足以維持泵浦所需壓力,即可滿足節能高效需求。現在還提供可搭配變量泵浦的AC變頻伺服馬達,直接以泵控制器控制轉角,其調整流量的速度將比起控制AC馬達轉速更快5~10倍,適用於要求快速響應的機械設備;甚至可選擇搭配定/變量泵浦,以適當縮減(Downsizing)馬達規格,提高能源效率。


最新推出專為工業4.0而重新設計的可變量油壓動力單元Cytropac,則強調其高效性能,不僅最高功率可達4kW,且節能30%~80%;還具有設計輕巧、可連網功能等特性,在緊湊的空間裡安裝了所需變速驅動系統、完整預接線式變頻器,實現分散式智慧驅動;同時支援SERCOS、Multi-Ethernet等通訊埠,以便快速連結上層軟體,讓使用者只須連結電源、油壓和數位介面,既可滿足快速安裝的需求,又節省廠內配置空間。


邱文科表示,未來博世力士樂對於高效自動化系統架構的願景,將包括原有變頻伺服、油壓驅動器與IAC運動控制器等,皆可支援fieldbus系統,以執行智慧化作業。但目前先以IO-Link控制閥,而非直接控制油壓泵浦,主要還是為了避免其80~90℃高溫恐損及精密的電子元件,或須提升隔熱、避震能力。惟若其油壓閥只能驅動0~10V,仍須透過其他軸的控制器彼此溝通、診斷,或各種通訊協定讓更高階PLC加入,才能完成定位、速度及壓力控制,以符合工業4.0要求。


擴大軟體、售服內容 提高企業與客戶產品價值

此外,為了確保機器能在正常狀態下,盡量縮短停機時間,而須能預先保養或更換設備零組件、元件,博世力士樂公司也在今年9月推出可安裝在一般油壓閥上的感測器,並透過WiFi無線連網到各種智慧行動裝置,即時顯示泵浦最新運行狀態與作業紀錄。


邱文科指出,因應目前油壓閥若尚未能達到工業4.0標準,即可先從系統加裝感測器開始,經過軟體設定、加入Micro PLC操作來傳訊;同時符合眾多通訊協定、標準的溝通語言,達成分散智慧控制;最後再透過WebApp監控油壓系統運作狀態,始能即時維修或更新設備。更大規模的生產線上機器,則可通過IoT Gateway來整合應用各項設備及感測器,專門用來處理大量數據資料,使現場操作人員得知所有設備現況及溫度、壓力等數據後,在執行下一步驟的動作程序。


除了善用工業4.0來生產油壓閥及泵浦外,博世力士樂現還提供客戶聯網線上診斷工具ODiN,強調可在客戶端機器上安裝多個感測器後,再經由IO-Link、IoT Gateway上傳所蒐集的壓力、振動頻率等資訊到Bosch IoT Cloud;通過各式軟體分析,於判斷將失效、異常後提供客戶報告,讓售服團隊能提早安排保修時程,以減省後續不必要停機,或重新排程的時間與成本。


**刊頭圖片(Source:The Gate Academy)


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