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博世力士乐导入IO-Link
流体机械迈向工业4.0

【作者: 陳念舜】2018年01月10日 星期三

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博世(Bosch Group)是德国工业4.0战略的主要发起者之一,旗下的力士乐公司(Rexroth)则负责驱动、控制部门,在工业4.0进程里扮演双重战略角色,服务对象也扩及其他机械产业,可分别满足个别客户的不同需求,提供包含:完整一站式服务、翻新既有旧设备、互联的售後服务等解决方案,以协助各行业台湾客户提升竞争力。


近年来也透过展会持续推广与工业4.0应用的相关元件,并分别针对中小型或大企业不同需求,提供多面向、具连贯性的工业4.0解决方案,在日前由台湾区流体传动工业同业公会在逢甲大学召开的「2017年流体传动与智能控制技术研讨会」上,博世力士乐公司油压销售部协理邱文科便以「智能油压系统物联网」为题,强调若为符合工业4.0时代开发的相关油压产品,皆必须要能与机器控制器相互联网,以达到分散式智能控制。


结盟90家感测及控制大厂 加速联网油压系统


图1 : 博世力士乐公司油压事业部协理邱文科指出,若为符合工业4.0时代开发的相关油压产品,皆必须能达到分散式智能控制。(摄影/陈念舜)
图1 : 博世力士乐公司油压事业部协理邱文科指出,若为符合工业4.0时代开发的相关油压产品,皆必须能达到分散式智能控制。(摄影/陈念舜)

邱文科表示,该「物联网油压系统(Connected Hydraulics)」系基於2012年工业4.0策略所提出的分散式智能控制理念。包括由机器控制器来搜集资讯并传送到云端,再逐渐累积成大数据,将有助於制造业生产更高效且节能。「尤其因为现今每部机器上的控制器都不可能管理到底层所有液/气压、输送带系统的每个动作,而须要与彼此持续沟通,并具备自我诊断功能。」


然而,综观目前物联网油压系统发展,并非所有行业、产品都能符合工业4.0需求,而只属於「局部」性质居多;到了中期阶段,则希??能建立物联网油压系统的里程碑;进而放眼长程目标,提供完全符合工业4.0的产品与服务。但他也坦言,油压系统毕竟只占工业4.0整体架构的很小一部份,其他大部份领域还是以电控、软体、感测技术居多。


博世力士乐也对此,提出适合让上层机器控制器经过SERCOS、PROFINET、EtherNet/IP等各式总线通讯协定(fieldbus),以连结底层多款类比或具备数位IO-link、integrated field bus(IFB)控制的油压阀及泵浦SYDFE(D)、比例阀内部附加运动控制器(integrated axis controller ,IAC)的解决方案。邱文科进一步指出,过去CNC工具机都仰赖伺服马达+螺杆,来精确控制多轴运动,但随着工具机轴数越来越多,导致内部空间有限,IAC必须搭配多个感测器来控制各轴油压缸,可达成3μm高精度等级的循圆控制运动。


但因应以现行总线控制系统连结运动控制器的介面相当贵,博世力士乐还与90家控制器、感测器厂商合作,已将连结智慧感测器和驱动器、自动化系统的全球I/O技术标准化,推出更为经济实惠、可执行自我诊断的数位控制标准IO-Link,尤其适用於台湾以中小企业为主的机械厂商,仍多数使用类比机械设备。得以分别透过IO-Link Master,与上层高阶PLC沟通;以及点对点连结油压系统,控制下层驱动器、感测器、阀类等IO-link装置,加以辨识、诊断IODD(IO device description)相关叁数。


支援IO-Link油压阀及泵浦 逐步完备系列产品线

邱文科表示,目前该公司所推出的IO-Link相关产品,则可提供长达20m的M12标准接头电缆,且经过居中的IO-Link Master节省互联控制多个装置的配线。其除了可以做为不同硬体制造商沟通数位讯号的标准,驱动器可供电高达2A、循环时间达400 μs;还能储存许多底层油压阀/缸的自动化叁数设定,以提高系统生产力,执行自我诊断与预测维护功能;只要即??即用,就能快速且高效地维修、更换设备,而不必重新设定;累积的大数据,还有机会用於未来晋升加入AI(人工智慧)应用领域,将相关流体机械性能最隹化。


除了已在今年4月举行的汉诺威自动化工业展(HANNOVER MESSE)上,推出具备IO-Link数位介面的定量比例阀,博世力士乐未来还将逐步放大比例阀流量,让系列产品越来越齐全;且持续开发目前只有类比式0~10V以上的控制压力阀,未来持续开发皆可支援IO-Link标准协定。


图2 : 可变量油压动力单元强调其具有设计轻巧、可连网功能等特性,在紧凑的空间里实现分散式智慧驱动,既满足使用者快速安装的需求,又节省厂内配置空间。(图片来源:https://plus.google.com/+Tecnicalimpianti)
图2 : 可变量油压动力单元强调其具有设计轻巧、可连网功能等特性,在紧凑的空间里实现分散式智慧驱动,既满足使用者快速安装的需求,又节省厂内配置空间。(图片来源:https://plus.google.com/+Tecnicalimpianti)

至於在电动泵浦系统的相关产品线,则除了以往由定/变频马达搭配可变量油压泵浦,只要降低转速到足以维持泵浦所需压力,即可满足节能高效需求。现在还提供可搭配变量泵浦的AC变频伺服马达,直接以泵控制器控制转角,其调整流量的速度将比起控制AC马达转速更快5~10倍,适用於要求快速响应的机械设备;甚至可选择搭配定/变量泵浦,以适当缩减(Downsizing)马达规格,提高能源效率。


最新推出专为工业4.0而重新设计的可变量油压动力单元Cytropac,则强调其高效性能,不仅最高功率可达4kW,且节能30%~80%;还具有设计轻巧、可连网功能等特性,在紧凑的空间里安装了所需变速驱动系统、完整预接线式变频器,实现分散式智慧驱动;同时支援SERCOS、Multi-Ethernet等通讯埠,以便快速连结上层软体,让使用者只须连结电源、油压和数位介面,既可满足快速安装的需求,又节省厂内配置空间。


邱文科表示,未来博世力士乐对於高效自动化系统架构的愿景,将包括原有变频伺服、油压驱动器与IAC运动控制器等,皆可支援fieldbus系统,以执行智慧化作业。但目前先以IO-Link控制阀,而非直接控制油压泵浦,主要还是为了避免其80~90℃高温恐损及精密的电子元件,或须提升隔热、避震能力。惟若其油压阀只能驱动0~10V,仍须透过其他轴的控制器彼此沟通、诊断,或各种通讯协定让更高阶PLC加入,才能完成定位、速度及压力控制,以符合工业4.0要求。


扩大软体、售服内容 提高企业与客户产品价值

此外,为了确保机器能在正常状态下,尽量缩短停机时间,而须能预先保养或更换设备零组件、元件,博世力士乐公司也在今年9月推出可安装在一般油压阀上的感测器,并透过WiFi无线连网到各种智慧行动装置,即时显示泵浦最新运行状态与作业纪录。


邱文科指出,因应目前油压阀若尚未能达到工业4.0标准,即可先从系统加装感测器开始,经过软体设定、加入Micro PLC操作来传讯;同时符合众多通讯协定、标准的沟通语言,达成分散智慧控制;最後再透过WebApp监控油压系统运作状态,始能即时维修或更新设备。更大规模的生产线上机器,则可通过IoT Gateway来整合应用各项设备及感测器,专门用来处理大量数据资料,使现场操作人员得知所有设备现况及温度、压力等数据後,在执行下一步骤的动作程序。


除了善用工业4.0来生产油压阀及泵浦外,博世力士乐现还提供客户联网线上诊断工具ODiN,强调可在客户端机器上安装多个感测器後,再经由IO-Link、IoT Gateway上传所搜集的压力、振动频率等资讯到Bosch IoT Cloud;通过各式软体分析,於判断将失效、异常後提供客户报告,让售服团队能提早安排保修时程,以减省後续不必要停机,或重新排程的时间与成本。


**刊头图片(Source:The Gate Academy)


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