Rozwój zaworów hydraulicznych dzięki łączności

Jesteśmy świadkami transformacji klasycznych, analogowych układów hydraulicznych w rozwiązania wykorzystujące cyfrową technologię hydrauliczną. Na cyfryzację konstrukcji maszyn stawiają w szczególności producenci europejscy, którzy oczekują bezproblemowego zintegrowania układów hydraulicznych ze środowiskiem urządzeń połączonych. Oznacza to, że pod względem poziomu automatyzacji układy hydrauliczne dorównują napędom elektromechanicznym. Jedną z decydujących cech w tym zakresie jest możliwość bezproblemowej integracji inteligentnych zaworów hydraulicznych z różnymi topologiami automatyki za pośrednictwem otwartych standardów, np. wielu interfejsów sieci Ethernet.

Inteligentne sterowniki jednoosiowe już teraz zdalnie regulują hydraulikę w układzie zamkniętym. Oprócz tego wbudowane układy elektroniczne zaworu są zintegrowane z wydajnymi sterownikami ruchu. Porównują one zadaną i aktualną sytuację w miejscu pracy i przeprowadzają regulację z dokładnością do kilku mikrometrów. Jakość sterowania systemu zależy wyłącznie od rozdzielczości systemów pomiarowych. Sterowniki ruchu bez szafy sterowniczej coraz częściej są stosowane na liniach cięcia, papierniach i w obrabiarkach. Dodatkowo wykorzystywane są inteligentne napędy do pomp o zmiennej prędkości obrotowej oraz inteligentne sterowniki pomp. Zapewniają one całkowicie nowe możliwości zastąpienia powszechnie stosowanych sterowników przepływu bardziej wydajnymi sterownikami przesunięcia. W ten sposób do oprogramowania przenoszone są funkcje, za które wcześniej odpowiadały zawory.

Masowa produkcja czujników na potrzeby branży motoryzacyjnej lub dóbr konsumenckich przełożyła się na znaczącą redukcję kosztów. Obecnie czujniki znajdują coraz częstsze zastosowanie w hydraulice. Uważamy, że kolejnym krokiem jest integracja tego rodzaju technologii czujnikowej z istniejącymi obudowami zaworów. Czujniki mogą monitorować stan instalacji, gromadząc informacje o jakości cieczy, temperaturze, drganiach i wykonanych cyklach przełączania. Algorytmy uczenia pozwalają użytkownikom wykrywać zużycie, zanim doprowadzi ono do usterki.

Swoboda w zakresie geometrii połączeń jest już ograniczona wymaganiami wynikającymi z obowiązujących norm. Już jakiś czas temu w branży hydraulicznej podjęto dyskusję na temat hydrauliki cyfrowej. Ideą było i jest sterowanie przepływami w sposób „krokowy” lub „taktowany” przy użyciu strategii jedno- lub wielobitowych. W niektórych zastosowaniach może to zapewniać przewagę nad technologią bezstopniową.

Nie pytamy już, czy technologia zaworów hydraulicznych będzie wykorzystywać rozwiązania oparte na łączności. Powinniśmy zastanawiać się tylko nad tym, kiedy to nastąpi. Z prowadzonych obecnie dyskusji nad Przemysłem 4.0 jasno wynika, jak ważne jest określenie wszystkich wymaganych funkcji i funkcjonalności. Aktywna łączność i komunikacja będą możliwe tylko pod warunkiem znormalizowania mechanizmów i technologii czujników różnych producentów. Nie wszystkie hydrauliczno-mechaniczne zawory ciśnieniowe będą w przyszłości miały wbudowaną cyfrową elektronikę lub będą podłączone do układu sterowania lub innych zaworów. Pierwszym krokiem w kierunku wdrażania rozwiązań z zakresu łączności jest nadrukowywanie kodu QR z informacjami o ustawieniach producenta, opisami funkcji lub informacjami o wymianie uszczelnień. Firma Rexroth pracuje nad wieloma innowacjami w obszarze nowych materiałów i technologii produkcji. Druk 3D rdzeni do odlewanych obudów lub druk bezpośredni znacznie obniżają zużycie energii podczas produkcji zaworów. Podczas gdy przy projektowaniu rdzenia trzeba było wziąć pod uwagę możliwość podziału formy, dziś nie jest to już konieczne dzięki możliwości wydrukowania rdzenia. Oznacza to, że możemy zastosować inne konstrukcje kanałów, które ograniczają straty ciśnienia i poprawiają wykorzystanie energii. W przypadku zaworu o przepływie 10 000 l/min zmniejszenie oporu hydraulicznego o 10–20 procent znacząco ogranicza koszty eksploatacji.

Zawory IAC (ze zintegrowanym regulatorem osi) firmy Bosch Rexroth umożliwiają sterowanie ruchem w pełni zintegrowane z układem elektronicznym zaworu, bez szafy sterowniczej. Pełne podłączenie zaworów umożliwiają otwarte interfejsy. To samo dotyczy osi serwohydraulicznych z własnym obwodem hydraulicznym. W tych gotowych do montażu osiach pompa, zawory i siłowniki tworzą zespół, który producent maszyny musi jedynie podłączyć do zasilania i układu sterowania. Zespoły te korzystają z tych samych narzędzi do uruchamiania i interfejsów użytkownika, co oznacza, że wszystkie technologie napędowe wyglądają i działają tak samo. Klasyczne serwozawory można jednak jeszcze bardziej ulepszyć. Nowe wzmacniacze z modulacją szerokości impulsu do hydraulicznych zaworów sterujących firmy Rexroth obniżają temperaturę powierzchni wtyczek z 80 stopni do zaledwie 50 stopni. Jest to szczególnie interesujące dla aplikacji w liniiach cięcia, gdzie łatwopalne trociny zwiększają zagrożenie wybuchem.

Zawory, z których będziemy korzystać za 10 lat, będą ułatwiać proces planowania projektu, umożliwiać wygodniejsze uruchamianie i wydajniejszą pracę oraz dostarczać więcej informacji, zanim konieczne będzie dokonanie serwisu. Możliwe nawet, że zawór sam zamówi części zamienne przed serwisowaniem.