Dobre zaprojektowanie i umiejscowienie pneumatycznych modułów wykonawczych w aplikacjach przemysłowych może przyczynić się do zwiększenia ich osiągów i wydajności oraz redukcji kosztów realizacji danego procesu przemysłowego.
Jeżeli producenci i menedżerowie produkcji wiedzą, kiedy, gdzie i dlaczego wykorzystać moduły wykonawcze z pneumatyką, możliwe jest zwiększenie osiągów i wydajności całego procesu przemysłowego wraz z ograniczeniem kosztów jego realizacji oraz eksploatacji. Postęp techniczny obala kolejne mity, związane z możliwościami funkcjonalnymi modułów pneumatycznych i systemów automatyki bazujących na sprężonym powietrzu, wskazując nowe możliwości i pola ich zastosowań, jak się okazuje, doskonale współgrające ze współczesnymi architekturami systemów automatyki i sterowania. W większości współczesnych aplikacji robotów i układów wykonawczych, przeznaczonych do chwytania i przenoszenia różnych przedmiotów, wciąż najczęściej stosowane są różnego rodzaju moduły elektryczne lub elektromechaniczne, wymagające skomplikowanych układów napędowych, serwonapędów, wraz z odpowiednimi układami sterowania ruchem takich napędów elektrycznych. To owoc powszechnego wśród inżynierów-automatyków przemysłowych trendu do instalowania wszędzie układów elektrycznych i eliminacji systemów sterowania bazujących na układach pneumatycznych. Okazuje się jednak, że układy pneumatyczne w wielu zastosowaniach sprawdzają się znacznie lepiej niż systemy elektromechaniczne, w szczególności właśnie we wspomnianych na wstępie urządzeniach chwytających, przenoszących.
Przyssawki pneumatyczne są doskonałym rozwiązaniem w modułach przenoszących części różnego rozmiaru, kształtu, o zróżnicowanej strukturze powierzchni. Dotyczy to szczególnie aplikacji niewymagających wysokiej precyzji ich pozycjonowania. Przykładem może być przenoszenie elementów wykonanych z falistego kartonu czy dużych matryc części w trakcie procesów pakowania. Przyssawki pneumatyczne sprawdzają się również bardzo dobrze przy przenoszeniu bardzo delikatnych przedmiotów, jak szkło czy porcelana, oraz wszelkich produktów tzw. świeżych. Koszty implementacji takich systemów, z ssawkami i przewodami ssącymi, nie są duże i zasadniczo ograniczają się do kosztów ssawek oraz pompy próżniowej ? ssącej. Chwytaki wykorzystujące przyssawki pneumatyczne doskonale nadają się do aplikacji pracujących z bardzo dużą prędkością lub/oraz wymagających bardzo dużych sił chwytających. Ale w niektórych aplikacjach, o bardzo wysokiej intensywności powtarzających się operacji, koszty zakupu niezbędnej aparatury i pomp mogą być bardzo wysokie, wręcz zaporowe dla inwestorów. Dlatego zawsze przy analizach proponowanych rozwiązań automatyki warto przeprowadzić choćby zgrubne kalkulacje, które już mogą wskazać, czy inwestycja jest opłacalna.
W porównaniu z chwytakami elektromechanicznymi moduły pneumatyczne są znacznie lżejsze, mniejsze gabarytowo i cechują się niższymi kosztami zakupu oraz implementacji. Ich podstawowe wady to: ograniczone możliwości sterowania i kontroli siły chwytu, prędkości i precyzji pozycjonowania. Siła chwytu w modułach pneumatycznych jest regulowana przez zmianę ciśnienia w przewodach roboczych, za pośrednictwem sterowanych zaworów lub analogowych zaworów proporcjonalnych. Jeżeli jednak dana aplikacja wymaga bardzo precyzyjnej kontroli siły chwytu, lepszym rozwiązaniem będzie wdrożenie układów i modułów elektromechanicznych. Wspomniana szybkość działania chwytaków pneumatycznych również może być regulowana poprzez wykorzystanie zaworów z regulowanym przepływem oraz zmianę ciśnienia, regulacja ta jest jednak mało precyzyjna, a osiągnięcie bardzo niskiej prędkości wiąże się dodatkowo z drganiami tłoczków i przewodów doprowadzających.
W przemyśle spożywczym i produkcji napojów stosowane są różne maszyny i moduły wykonawcze, z tłokami, obrotowe i liniowe. Najczęściej stosowane są moduły tłokowe, ze względu na ich uniwersalność, bardzo dobrą szczelność, odporność na wnikanie zabrudzeń i łatwość mycia, czyszczenia. Zazwyczaj wykorzystuje się w nich sterowanie pneumatyczne, ponieważ w przemyśle spożywczym nie jest wymagana bardzo wysoka precyzja pozycjonowania oraz ze względu na niskie koszty aparatury. Moduły pneumatyczne znacznie lepiej niż elektryczne sprawdzają się również w aplikacjach sortowania żywności i wszędzie tam, gdzie konieczne jest częste spłukiwanie wodą, ponieważ wszystkie układy elektryczne i elektroniczne związane ze sterowaniem pneumatyką mogą być zlokalizowane w pobliżu lub wnętrzu szaf sterowniczych, w oddaleniu od przestrzeni roboczych.
W środowisku użytkowników pokutuje wciąż mit, że za pośrednictwem przewodów pneumatycznych mogą być przenoszone cząstki szkodliwych, skażonych substancji. Dlatego producenci modułów dedykowanych do aplikacji w branży spożywczej wykorzystują np. specjalne zawory i inne elementy systemu sterowania, ze specjalnymi smarami na bazie tłuszczów spożywczych. Ponadto całe systemy przewodów z powietrzem projektowane są tak, by powietrze to było jak najczystsze przy kontakcie ze środkami spożywczymi. Dzięki temu użytkownicy mogą bez obaw korzystać z układów i modułów pneumatycznych również tam, gdzie dochodzi do bezpośredniego ich kontaktu np. z owocami, przy jednoczesnym spełnieniu wszystkich obostrzeń, wymagających przepisów i regulacji.
Jeżeli aplikacja przemysłowa wymaga pozycjonowania chwytaka w wielu pozycjach, wówczas lepszym rozwiązaniem są moduły elektryczne. Trzeba jednak mieć świadomość, że będą one znacznie droższe od pneumatycznych, których producenci również stosują pewne zabiegi, by istniała możliwość skorzystania z ich modułów właśnie w aplikacjach wielopozycyjnych. Na przykład pneumatyczne moduły tłokowe mogą osiągać do pięciu pozycji przy wykorzystaniu wielopozycyjnych cylindrów (w jednym module cztery cylindry, łącza pneumatyczne do każdego cylindra). Możliwe jest również zastosowanie modułów pneumatycznych jako elementów współpracujących z modułami elektromechanicznymi liniowymi, pełniących rolę buforów wyhamowujących i amortyzujących wstrząsy, uderzenia.
Podsumowując, moduły pneumatyczne i elektromechaniczne dla aplikacji przemysłowych nie powinny być postrzegane zawsze jako technologie alternatywne i wzajemnie się wykluczające. W zależności od potrzeb użytkownika i samych aplikacji możliwe jest konfigurowanie rozwiązań hybrydowych, wykorzystujących najlepsze cechy i funkcje obu rozważanych technik, przy jednoczesnej optymalizacji kosztów.
Opracował dr inż. Andrzej Ożadowicz, AGH Kraków
CE