IP65 i więcej - automatyka firmy Beckhoff

Specjalne wymagania konstrukcyjne stawiane przed producentami urządzeń stosowanych w wymienionych gałęziach przemysłu wymuszane są głównie warunkami, w których pracują, na przykład wysokim poziomem wilgoci czy dużym stopniem agresywności (korozyjności) środowiska. Zgodnie z normą PN-EN 60529 stosowany jest specjalny system oznaczeń IP stopni ochrony zapewnianej przez obudowy przed dostępem do części niebezpiecznych, wnikaniem obcych ciał stałych oraz wody. W przypadku gdy w środowisku pracy występuje wilgoć, elementy automatyki narażone są na zamoknięcie czy długotrwałą pracę pod wodą, ich obudowy mają oznaczenie od IP64 do IP66 (częściowa odporność na wilgoć i zapylenie) lub w skrajnych przypadkach IP67 lub IP68 (całkowicie wodoodporne).

Szczegółowe warunki, którym muszą odpowiadać urządzenia, określane są przez konsorcja dopuszczające na rynek produkty żywnościowe i farmaceutyczne. Najważniejsze z nich to europejska organizacja EHEDG (European Hygienic Engineering & Design Group) oraz amerykańska agencja FDA (Food and Drug Administration). Określają one normy dotyczące projektowania urządzeń, realizacji procesów produkcyjnych oraz pakowania żywności i produktów farmaceutycznych. Firma Beckhoff produkuje elementy wykonawcze automatyki (silniki, przekładnie) oraz infrastrukturalne (terminale We/Wy, sterowniki PLC, panele HMI, komputery IPC) o stopniu ochrony od IP64 do IP68, spełniające wymagania obu tych organizacji.

Elementem spinającym poszczególne elementy systemu automatyki są terminale We/Wy analogowych i cyfrowych. Beckhoff dostarcza obecnie dwa rodzaje terminali We/Wy w szczelnych i wzmocnionych obudowach o stopniu ochrony IP67. Pierwsze z nich to rodzina terminali Fieldbox (np. rodzina IL230x-B905). Terminale te wyposażone są w połączenia sygnałowe φ8, M8 oraz M12, co pozwala na komunikację z wykorzystaniem protokołów EtherCAT, Ethernet TCP/IP oraz Ethernet/IP. W przypadku innych standardów komunikacyjnych, jak CANopen lub Profibus, stosowane są specjalne moduły sprzęgające (tzw. Coupler Box). Ponadto, w tym samym standardzie wykonywane są specjalne terminale, tzw. PLC Box (rodzinyIL230x-Cxxx), realizujące funkcje sterownika programowalnego.

Drugi rodzaj terminali We/Wy z obudowami o stopniu ochrony IP67 to EtherCAT Box (np. rodzina EP1xxx-xxxx) z wbudowanym interfejsem Ether-CAT, który ułatwia komunikację i upraszcza montaż urządzenia. Terminale te mogą pracować w zakresie temperatury od –25 do +60 °C, co umożliwia ich stosowanie zarówno w chłodniach, jak i w środowisku przemysłowym o

wysokiej temperaturze (np. w mleczarniach). Zoptymalizowane terminale We/Wy Ether-CAT Box, które mogą przetwarzać sygnały z dużą dokładnością, pozwalają na wykorzystanie w projektowanym systemie wdrażanej przez firmę Beckhoff technologii XFC (ang. eXtreme Fast Control), czyli ultraszybkiego systemu sterowania pracującego w czasie rzeczywistym.

Zarówno terminale Fieldbox, jak i EtherCAT Box pozwalają na rozszerzenie liczby połączeń sygnałowych dzięki stosowaniu specjalnych modułów rozszerzających. Możliwe jest podłączenie do 120 takich modułów, każdy w odległości do 15 m od poprzednika. Do wszystkich opisywanych elementów dostępne jest specjalne wzmocnione okablowanie oraz inne akcesoria peryferyjne odporne na wilgoć.

W przypadku rozbudowanych systemów sterowania jako jednostki nadrzędne mogą być stosowane komputery IPC. Komputery przemysłowe przeznaczone do pracy w agresywnym środowisku wykonane są zgodnie z wymaganiami norm – mają gładkie krawędzie, są odporne na wilgoć i zmiany temperatury. Przykładowo, komputery kompaktowe serii CP6xxx i CP7xxx mają stopień ochrony IP65 i mogą pracować w środowisku silnie zanieczyszczonym. Komputery IPC charakteryzują się długookresową pracą bezawaryjną. Stosowane są w nich specjalne, niewymagające wentylatorów, procesory o niskim poborze mocy, np. Intel Atom lub Intel Celeron ULV. Ponadto używane są dyski SSD lub Compact Flash. W przypadku IPC typu embedded wdrożono także specjalne sposoby wykonania i łączenia podzespołów, dzięki którym są one odporne na trudne warunki pracy (np. wstrząsy, wysoką lub niską temperaturę).

Do wizualizacji stosowane są specjalnie wzmacniane panele HMI. W przypadku środowiska agresywnego, o dużej wilgotności, w przeznaczonych do zabudowy panelach CP2xxx część przednia ma stopień ochrony IP65, natomiast część tylna – IP20. Panele przeznaczone do instalacji na ramieniu w całości mają stopień ochrony IP65. Wszystkie obudowy paneli są wykonane z aluminium lub ze stali nierdzewnej i mają wąskie obramowanie. Powierzchnie szklane charakteryzują się dużą wytrzymałością i odpornością na zanieczyszczenia oraz mycie pod wysokim ciśnieniem.

Nową funkcjonalnością w panelach firmy Beckhoff jest możliwość pracy wielodotykowej (ang. multitouch). Dotyk może być wykrywany i śledzony w pięciu punktach równocześnie. Wykorzystanie w panelach technologii pojemnościowej PCT (ang. Projected Capacitive Touchscreen) umożliwia precyzyjną lokalizację Capacitive Touchscreen punktu dotyku, nawet przez dodatkową szklaną warstwę ochronną umieszczoną przed ekranem, obsługę w rękawicy roboczej (np. lateksowej) lub gdy na ekranie znajdują się krople wody. W przypadku wielu zastosowań, aby ograniczyć liczbę urządzeń, Beckhoff dostarcza panele zintegrowane z jednostką centralną (wbudowanym kompaktowym komputerem IPC). Przykładem jest CP77xx – rodzina paneli wykonanych ze stali nierdzewnej.

W grupie urządzeń wykonawczych oferowanych przez firmę Beckhoff, spełniających wysokie wymogi norm sanitarno-higienicznych, można wyróżnić serię obrotowych, synchronicznych serwonapędów AM88xx. Obudowa i wał silnika wykonane są ze stali nierdzewnej (AISI 316L), a ich projekt spełnia wytyczne FDA i EHEDG. Obudowy tych silników są pozbawione ostrych narożników i krawędzi oraz zredukowano w nich liczbę otworów i połączeń śrubowych, aby zapobiec gromadzeniu się zanieczyszczeń. Wykonana ze stali nierdzewnej obudowa jest niezwykle wytrzymała i odporna na zarysowania oraz uszkodzenia mechaniczne. Silniki rodziny AM88xx mogą być wykonywane w wersjach o klasach szczelności od IP67 do IP69K. Odpowiednia przewodność cieplna obudowy umożliwia pracę bez dodatkowego chłodzenia. Wszystkie serwonapędy wyposażone są w czujnik do monitorowania temperatury, przekazujący jednym kablem dane silnika, które mogą być przetwarzane w układzie sterowania nadrzędnego.

W ten sposób można regulować pracę silnika pod kątem jego temperatury, co jest przydatne na przykład przy przetwarzaniu łatwo psującej się żywności. W specjalnym wykonaniu silniki mogą mieć uszczelnienia powietrzne, co zapobiega powstawaniu kondensatu wewnątrz silnika. Firma Beckhoff dostarcza trzy typy silników AM88xx, które różnią się momentem rozruchowym – zakres wynosi od 1 Nm do 8 Nm. Wyróżniają się one kompaktową budową. W silnikach tych zintegrowano napęd, resolver, enkoder i układ zasilania. Ponadto, do realizacji sprzężenia zwrotnego potrzebny jest tylko jeden kabel, zamiast, jak do tej pory, dwóch, co znacznie ułatwia ich montaż.

Wszystkie omówione elementy, które dostarcza firma Beckhoff, pozwalają stworzyć kompletny system automatyki dostosowany do trudnych warunków pracy. Urządzenia te są konfigurowane i programowane z wykorzystaniem środowiska TwinCAT. W swej najnowszej wersji 3.0, która pojawiła się w bieżącym roku, środowisko TwinCAT znakomicie obsługuje stosowane w wymienionych gałęziach przemysłu ustandaryzowane rozwiązania, m.in. OMAC (Organization for Machine Automation and Control) oraz WS-Food/WS-Pack (Weihenstephan Standard).

Dedykowany dla przemysłu spożywczego, chemicznego lub farmaceutycznego system automatyki firmy Beckhoff nie tylko spełnia zaostrzone wymagania sanitarne producentów, ale charakteryzuje się wysoką niezawodnością i niestandardową szybkością działania, którą zapewnia unikatowa nowoczesna technologia XFC.

Beckhoff Automation Sp. z o.o.
Żabieniec, ul. ruczajowa 15
05-500 Piaseczno
www.beckhoff.pl