Máquinas Modulares

Por que construir máquinas modulares?

A ideia central da modularidade na engenharia mecânica é dividir máquinas complexas em módulos para que possam ser montadas individualmente com um número crescente de peças idênticas. A combinação desses módulos cobre a variação dos tipos de máquina. Graças às economias de escala que isso alcança, as máquinas modulares podem ser fabricadas de forma mais rápida e econômica. Além disso, eles podem ser colocados em operação mais rapidamente e expandidos com maior flexibilidade.
Interfaces padronizadas são necessárias para garantir que as unidades possam ser combinadas de maneira fácil e rápida. Isso inclui interfaces mecânicas, mas também aquelas necessárias para transmissão de energia, comunicação e se necessário, ar comprimido. A modularidade não é uma característica que pode ser definida com um sim ou não categórico. Em vez disso, varia de modularidade baixa a absoluta.

Automação descentralizada promove modularização

A modularização consistente não é possível com fiação ponto a ponto no gabinete de controle central. Essas estruturas centrais dificultam a substituição de um módulo ou a expansão de uma máquina. Módulos de máquina requerem estruturas autônomas. Eles podem ser implementados em pequenas caixas de controle no local no módulo com componentes IP20.

Multi-part modular machine with IP67 decentralized I/O components.

Módulos de I/O descentralizados IP67 facilitam a interconectividade e minimizam os custos de fiação

No entanto, a fiação e a instalação são geralmente mais complexas do que para componentes com classe de proteção IP67, que podem ser montados diretamente na máquina sem quaisquer proteções adicionais. No entanto, se determinados componentes não forem classificados como IP67 ou se houver requisitos especiais em relação ao design higiênico, conformidade alimentar ou resistência química, as soluções IP20 na caixa de proteção geralmente são essenciais.

Componentes de automação IP67 facilitam a interconectividade dos módulos

Os componentes de I/O descentralizados para montagem diretamente no campo permitem que os sinais sejam coletados diretamente no ponto de geração no módulo e acoplados de módulo a módulo por meio de uma conexão Ethernet - e tudo sem um painel de controle. Isso reduz os custos de instalação e encurta os tempos de comissionamento nas instalações do cliente final.

Spanners IP67 traduzem a comunicação entre protocolos Ethernet

Máquinas e módulos com diferentes protocolos Ethernet podem ser conectados diretamente no campo com o mínimo de esforço usando “chaves inglesas”. O comissionamento e a interconectividade são facilitados e eficientes pelo uso de padrões de comunicação convencionais. Isso é particularmente verdadeiro na engenharia mecânica modular.

Three gray, stylized machines are each positioned on a panel with the logo of the Ethernet protocols PROFINET, Ethernet/IP and Modbus TCP

Internacionalização simplificada: Spanners traduzem entre protocolos Ethernet

Conceitos de Descentralização Safety

As aplicações que requerem automação safety também podem ser planejados e implementados em uma estratégia de design modular. Com o mesmo conceito de alimentação e fornecimento de dados, qualquer sinal safety de sensores ou interruptores de parada de emergência pode ser coletado de maneira fácil e eficiente.

Sketch shows the schematic structure of a safety application with HMI, , Ethernet connection lines, icons for safety functions and I/O modules for connecting them

Os módulos Safety controlam as funções de segurança para cada módulo, enquanto o HMI / PLC controla a aplicação padrão

As funções safety também podem ser controladas de forma descentralizada por controladores de segurança IP67 diretamente nos módulos. Isso evita tempos de ciclo longos para os controles de segurança centrais, o que acaba possibilitando distâncias reduzidas na máquina. Outras vantagens das soluções safety descentralizadas podem ser encontradas em nossa página de tecnologia sobre segurança de máquinas.

Vídeo: como as máquinas modulares permitem mais flexibilidade

Modularização de soluções de controle

A modularização consistente também requer que diferentes funções de controle sejam realocadas no módulo da máquina. Essas funções podem ser executadas em sistemas de I/O com controladores lógicos integrados ou em CLPs compactos reais. Ambos os grupos de produtos - módulos de I/O e controladores - podem ser projetados em IP20 em caixas de controle ou como versões IP67 para montagem diretamente no campo. Nesse caso, a versão IP67 sem gabinete de controle oferece claras vantagens em termos de fiação e flexibilidade. A lógica de segurança realocada no módulo de I/O pode oferecer benefícios adicionais, como a rápida execução das funções de segurança ou uma arquitetura de segurança geral mais econômica, uma vez que nenhum controle de segurança central ou F-CPU é necessário.

Os controladores locais comunicam-se com controladores de nível superior ou IHMs para fins de controle, documentação ou visualização. A seleção da solução de controle apropriada depende do tipo e das dimensões da máquina. Isso significa que soluções de controle superdimensionadas podem ser evitadas. O trabalho para o usuário permanece mínimo, enquanto a eficiência da máquina aumenta. Como o módulo de lógica local pré-processa os dados, apenas as informações relevantes do processo precisam ser transferidas para controladores de nível superior.

Realocando Inteligência para o Nível de Campo

A realocação de inteligência para o campo deve ser mapeada no departamento de engenharia do lado do software. Os módulos de máquina processam as entradas dos módulos adjascentes como um sistema autônomo e determinam suas ações com base nisso. Dependendo da complexidade de um módulo, isso pode ser obtido com componentes de I/O com funções lógicas ou por CLPs de campo. Apenas as informações necessárias para o módulo adjascente são então transferidas na interface entre dois módulos de máquina.

a triangular graphic of the automation pyramid in five layers; center: the triangular graphic with machine functions as icons; right: machine functions are freely connected to each other

A inteligência descentralizada quebra as estruturas rígidas da pirâmide de automação convencional

A realocação de recursos de software pode oferecer muitos benefícios:

  • Alivia a carga no link de comunicação principal
  • Alivia a carga no controle principal - e pode até mesmo substituí-lo totalmente
  • Testes de módulo antes do comissionamento e vinculação
  • A integração do módulo de terceiros é facilitada pelo fato de que o controle central pode permanecer inalterado
  • Expansão simples da planta

Quanto mais consistentemente as máquinas são modularizadas e a inteligência é descentralizada, mais a estrutura rígida da pirâmide de automação começa a ser desestabilizada. As hierarquias se tornam mais transparentes, particularmente nos níveis de sensores, atuadores, I/Os e controle.

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