로보틱스 및 산업 응용 분야를 위한 정밀 공압 압력 모니터링

공압 센서를 사용하는 정밀 압력 모니터링은 다양한 로보틱스 및 산업 제어 응용 분야에서 매우 중요합니다. 신뢰할 수 있는 작동을 보장하기 위해 압력 모니터는 과압 및 진공 상태에 대한 뛰어난 내성을 가져야 하며 물이나 침전물에 민감하지 않은 측정 셀을 포함해야 합니다.

정밀하고 견고한 작동 이외에, 응용 유연성도 초기 설치의 속도를 높이고 구성 변경을 지원하여 인더스트리 4.0에서 대량 맞춤화를 가능하게 하는 핵심 기능입니다.

모니터는 빠른 상태 확인을 위해 손쉽게 읽을 수 있는 디스플레이, 경보를 위한 프로그래밍 가능 출력, 통합 푸시 버튼을 사용한 로컬 설치 및 작동을 포함해야 합니다. 원격 처리 모니터링 및 구성을 위한 디지털 데이터 전송에는 IO-Link가 필요합니다. 일부 설치의 경우 아날로그 출력이 유용할 수 있습니다.

다양한 실장 구성에 대한 지원은 다양한 시스템 설계와의 호환성을 보장할 수 있습니다.

이 기사에서는 ifm Efector(ifm) PQ 계열의 정밀 압력 모니터를 소개하고 이러한 정밀 압력 모니터가 다양한 산업 및 로보틱스 응용 분야의 공압 및 압축 공기 시스템의 여러 요구 사항을 충족하는 방법에 대해 자세히 알아봅니다.

사용자 인터페이스

시각적 인터페이스는 PQ 계열의 주요 특징입니다. 여기에는 1” 컬러 TFT 디스플레이, 스위치 포인트 LED, 디스플레이 및 설정 파라미터를 변경하기 위한 스위치가 포함됩니다. 측정되는 주요 프로세스 값은 압력이며 bar, psi 또는 kPa를 비롯한 다양한 단위로 표시할 수 있습니다. 진공 레벨은 설정 포인트의 백분율로 표시할 수도 있습니다.

디스플레이는 디지털 출력에 대한 구성 설정 포인트(SP) 및 리셋 포인트(rP)를 표시할 수 있습니다. 스위치 포인트는 LED를 사용하여 신호를 보냅니다. 아날로그 출력을 제공하는 모델의 경우 디스플레이를 사용하여 아날로그 시작점(예: 4mA) 및 끝점(예: 20mA)을 설정하고 표시할 수 있습니다. 사용자 인터페이스에는 여러 소자가 포함됩니다(그림 1).

1. 출력 1이 활성화되면 스위칭 상태 LED가 켜집니다.
2. 출력 2가 활성화되면 스위칭 상태 LED가 켜집니다.
3. TFT 디스플레이 소자:
   1. 장치 상태
   2. 프로세스 값. 디스플레이가 표준 색상(녹색)에서 대체 색상(빨간색)으로 스위칭되어, 프로세스 값이 허용 가능한 범위 내외로 이동할 때 시각적으로 명확하게 확인할 수 있습니다.
   3. 진단 및 성능 정보(예: 스위칭 주기 수, 기록된 최저 또는 최고 압력). 그림 2에서 Hi.P는 압력에 대해 측정된 최고 값을 나타냅니다.
4. 디스플레이 구성 및 파라미터 설정을 위한 키

그림 1: PQ 계열 사용자 인터페이스의 레이아웃(이미지 출처: ifm)

PQ 계열은 구성 가능한 아날로그 출력을 포함하거나 포함하지 않고 제공됩니다. PQS812와 같은 PQS 모델은 두 개의 디지털 출력을 가지며, PQC812와 같은 PQC 모델은 두 개의 디지털 출력 이외에 구성 가능한 아날로그 출력을 제공합니다. PQC 모델의 아날로그 출력은 비례 신호를 전송하는 데 사용할 수 있습니다.

기계 및 자동화 설계자는 특정 측정 범위를 가진 장치를 선택할 수 있습니다. PQS812 및 PQC812는 -1bar ~ 10bar(-100kPa ~ 1,000kPa, -14.5psi ~ 145psi)의 측정 범위를 가집니다. 모델 PQS816 및 PQC816은 저압력 및 진공 응용 분야용으로 설계되었으며 -1bar ~ 10bar(-100kPa ~ 1,000kPa, -14.5psi ~ 145psi)의 측정 범위를 가집니다. 진공 측정만 필요한 응용 분야에서는 -1bar ~ 0bar(-100kPa ~ 0kPa, -14.5psi ~ 0psi)의 측정 범위를 가진 PQS819 및 PQC819를 활용할 수 있습니다.

압축 공기 처리는 공압 시스템의 일반적인 작동입니다. 이는 압축 공기에서 습기, 오일, 먼지와 같은 오염 물질을 제거하는 프로세스로 공압 장비를 보호하고 시스템 안정성을 보장하며 제품 품질을 유지합니다.

PQ 계열은 물, 먼지 또는 오일로 공기가 오염된 상태에서도 코팅 및 밀폐 처리된 실리콘 측정 셀이 그 성능을 유지하므로 특히 압축 공기 처리 시스템에 적합합니다.

PQ 계열 압력 센서는 진공 그리핑 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 이러한 응용 분야에는 여러 개의 픽업 이펙터가 포함될 수 있습니다. 디스플레이의 빨간색/녹색 변경을 통해 작업자는 각 픽업에 대한 프로세스 값을 한 눈에 파악할 수 있습니다(그림 2).

그림 2: 진공 그리핑 응용 분야에 사용되는 PQ 계열 압력 모니터 구성도로, 진공이 매우 낮은 그리퍼(빨간색 디스플레이)를 보여줍니다(이미지 출처: ifm).

다양한 응용 분야

PQ Cube 압력 센서는 식음료 포장, 산업 팔레타이징 머신, 소비자 백색 가전 제조 등 다양한 공압 응용 분야에 적합합니다.

식음료 작동에서는, 진공 그리퍼를 사용하여 포장 시일이 배치됩니다. 이러한 포장 기계에서 IP65 등급은 중요한 특징입니다. 이는 센서가 어느 방향에서의 저압수에 대해서도 보호됨을 나타냅니다.

최적의 성능을 달성하기 위해 식음료 포장 기계에 사용되는 센서는 짧은 호스 길이를 활용하여 진공 그리퍼에 가능한 한 가깝게 배치되어야 합니다. 이렇게 하면 센서가 기계의 청소 영역 내에 배치되어 물과 세척 약품을 분사해도 성능이나 신뢰성 저하 없이 PQ Cube가 쉽게 처리할 수 있습니다.

진공 그리퍼 기술 또한 로봇 팔레타이징 머신의 주요 요소입니다. PQ Cube 공압 센서는 상자를 잡는 데 충분한 진공이 제공되었는지 여부를 빠르고 정확하게 결정합니다. 상자를 정확하게 잡은 경우에만 기계가 상자를 팔레타이저의 위치로 이동합니다(그림 3).

그림 3: 팔레타이징 머신의 PQ Cube 센서의 위치(가운데 프레임). 왼쪽의 센서는 빨간색 디스플레이를 통해 사양을 벗어난 조건임을 나타냅니다(이미지 출처: ifm).

식기 세척기 같은 백색 가전은 크기, 모양, 색상, 기술적 기능 측면에서 수십 가지 또는 심지어 수천 가지의 모델 변형을 가질 수 있습니다. 이처럼 다양한 부품을 다루기 때문에 진공 그리퍼의 사용은 효율적이고 원활한 생산을 보장하는 데 필수입니다.

그리퍼는 섬세한 부품을 손상 없이 고정할 수 있도록 특정 프로세스 압력으로 작동해야 하며, 조립 동안 신속하게 배치 및 해제할 수 있어야 합니다. PQ Cube 센서의 6ms 응답 시간과 높은 정밀도는 이러한 로봇 응용 분야에서 중요한 특징입니다.

이러한 기계는 종종 PQ Cube 센서를 두 개 사용합니다. 하나는 부품 배치용이고, 다른 하나는 전체 공압 시스템 압력을 모니터링하고 두 개의 로봇 조립 스테이션을 공급하는 유지보수 장치용입니다.

맞춤형 기계 제작

PQ 센서의 응용 유연성은 기계 구성까지 확장됩니다. 장치는 E30574 실장 키트를 사용하여 패널에 설치할 수 있습니다. E30576 벽 실장 어댑터는 또 다른 옵션이며 E30575 DIN 레일 실장 키트도 있습니다.

센서는 실장 키트 없이도 두 개의 원통형 나사를 사용하여 패널에 실장할 수 있습니다. 이를 위해, 먼저 원통형 나사를 패널에 조인 후 그 위에 장치를 배치하고 아래 방향으로 고정합니다.

이게 끝이 아닙니다. 두 프로세스 연결 모두를 파이프에 연결하면 추가적인 어댑터 없이도 PQ 센서를 공압 분배기로 사용할 수 있습니다. 다른 응용 분야에서는, 센서의 두 연결 중 하나를 사용하여 파이프에 유연하게 설치할 수 있으며, 미사용 연결은 밀폐 플러그로 닫아 정밀한 압력 모니터링을 수행할 수 있습니다.

PQ 센서를 갖춘 기계가 설치되면 기술자들은 설치 마법사를 활용하여 프로세스 속도를 높일 수 있습니다. 이 마법사는 통합 버튼을 사용하여 장치에서 구현할 수 있습니다. 이는 9개 언어로 제공되며 일련의 질문을 통해 설정 및 설치 프로세스를 단계별로 안내합니다. IO-Link를 사용해 설치할 수도 있습니다.

생산성을 향상시키는 IO-Link

IO-Link는 기계를 넘어 상위 필드 버스와의 디지털 연결을 가능하게 하고, 새로운 기계나 교체용 PQ 센서의 설치 및 커미셔닝 속도를 높이며, 기존 기계의 구성 변경은 물론 중앙 집중식 성능 모니터링과 진단도 지원합니다.

표준 3선 센서/액추에이터 케이블은 IO-Link 연결에 사용됩니다. PQ Cube는 IO-Link 마스터에 연결되며, 이 IO-Link 마스터는 주로 산업용 이더넷 프로토콜을 통해 평면 패널 모니터를 포함한 PLC(프로그램 가능 논리 컨트롤러) 및 HMI(휴먼 머신 인터페이스)와 같은 장치에 상위 수준의 연결성을 제공합니다.

IO-Link는 견고한 디지털 통신을 가능하게 하고 고분해능 데이터를 제공하며 보다 향상된 진단 기능을 지원함으로써 PQ 계열 장치의 성능을 개선합니다. 전통적인 아날로그 신호 또는 표준 I/O(SIO) 인터페이스에 의존하는 대신 IO-Link는 향상된 정확도 및 신뢰성을 제공합니다(그림 4). SIO는 기본적으로 이진 스위칭 센서로 작동할 수 있습니다.

그림 4: 핀 4의 SIO 및 IO-Link 통신 예시(이미지 출처: ifm)

이러한 센서의 온보드 메모리는 작동 시간과 최대 20개 이벤트(예: 사용자 정의 임계값을 초과하는 압력 스파이크)를 저장할 수 있습니다. 또한, 압력 및 프로세스 값과 함께 시스템 온도를 전송할 수 있어 예지 보전이 가능합니다.

ifm의 moneo 소프트웨어를 사용하면 센서 설정의 원격 구성 및 조정을 지원할 수 있습니다. 드물긴 하지만 장치에 고장이 발생하는 경우 moneo 소프트웨어는 필수 구성을 교체 센서에 자동으로 전송하여 다운타임을 최소화할 수 있습니다.

결론

ifm의 PQ Cube 센서는 견고한 구성, 사용자 친화적 작동, 다양한 통신 옵션, 유연한 설치를 제공하여 여러 공압 응용 분야에 적합합니다. 이 센서는 인더스트리 4.0 자동화 및 로보틱스 시스템에 필요한 빠른 응답 시간, 높은 정밀도, 고급 기능을 갖추고 있습니다.

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