隨著圍繞工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 的新原則不斷被采用，自動(dòng)化行業(yè)正在迅速引入并簡(jiǎn)化許多與數(shù)字化轉(zhuǎn)型概念匹配的生產(chǎn)系統(tǒng)，包括利用信息和通信技術(shù)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)系統(tǒng)和組件。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型的持續(xù)深入改善了人們的觀念。 例如，氣動(dòng)技術(shù)是一種成熟的，已長(zhǎng)時(shí)期應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的制造技術(shù)，已經(jīng)“過(guò)時(shí)”，甚至“過(guò)氣”。但事實(shí)并非如此，控制閥等氣動(dòng)技術(shù)仍在持續(xù)發(fā)展并開(kāi)始整合傳感器、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接口、無(wú)線技術(shù)和復(fù)雜的數(shù)字控制功能等，以適應(yīng)新興工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)系統(tǒng)。

閥控制技術(shù)的演變

氣動(dòng)閥門(mén)的控制和氣缸位置傳感器的監(jiān)測(cè)最初通過(guò)離散布線實(shí)現(xiàn)：每個(gè)可編程邏輯控制器 (PLC) 輸出分別連接到一個(gè)電磁閥線圈并單獨(dú)觸發(fā)，氣缸上的位置傳感器則連接到PLC的輸入卡（該步驟費(fèi)用昂貴且耗時(shí)耗力）。

插裝閥和閥組的應(yīng)用更是讓氣動(dòng)閥演變成一種更實(shí)用的解決方案，即所有電磁閥與PLC輸入/輸出 (I/O) 卡的連接通過(guò)多針插頭端接，只需一根電纜就能完成?，F(xiàn)在，只需一根電纜就能輕松替換幾十根單獨(dú)的電纜，顯著降低了氣動(dòng)閥控制的布線成本。

盡管這些插裝閥有助于減少每個(gè)電磁線圈單獨(dú)布線所需的組件和人力，但并未包含診斷反饋或其它實(shí)用的操作信息。獲取這些額外信息需要連接至PLC I/O卡的獨(dú)立傳感器來(lái)測(cè)量和驗(yàn)證正確，其中包括氣缸位置、閥芯位置、壓力、流量及其他有用信息。

隨著自動(dòng)化系統(tǒng)日趨復(fù)雜化，以現(xiàn)場(chǎng)總線（工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）為主的通信連接變得更加普遍。該方案采用多種不同的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如Profibus、Sercos和各種基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，能節(jié)省額外成本。另外，PLC不僅可以控制閥門(mén)，還可通過(guò)一根低成本通信電纜監(jiān)測(cè)傳感器和用于交換I/O數(shù)據(jù)的設(shè)備，無(wú)需本地I/O卡。氣動(dòng)閥組可通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)總線接口和I/O性能結(jié)合成為功能齊全的氣動(dòng)閥體，進(jìn)而輕松地與更智能化、更復(fù)雜的自動(dòng)化平臺(tái)集成。

閥組上通信組件的集成，以及全新輕量級(jí)高分子結(jié)構(gòu)材料和防塵、防水等防護(hù)等級(jí)的引進(jìn)，使得閥組更接近所控制的系統(tǒng)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝，且無(wú)需配備外殼。機(jī)器制造商能更輕松地將閥門(mén)安裝在末端執(zhí)行器、機(jī)械臂和其他作業(yè)組件上，從而更接近氣動(dòng)控制裝置。這樣能帶來(lái)多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，不僅能減少連接驅(qū)動(dòng)設(shè)備的閥門(mén)和氣缸所需的管道長(zhǎng)度，也能優(yōu)化氣動(dòng)系統(tǒng)，還能快速響應(yīng)并提高運(yùn)動(dòng)序列的吞吐量。

圖片由艾默生Emerson™ 提供

艾默生的AVENTICS™ 先進(jìn)AV03/AV05閥（上）與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)集成，連接至智能氣動(dòng)監(jiān)測(cè)“集線器”（下），用于收集和整理氣動(dòng)性能數(shù)據(jù)，然后通過(guò)獨(dú)立、平行的路徑將其傳送給工廠管理系統(tǒng)（獨(dú)立于過(guò)程控制架構(gòu)），以確保提供警報(bào)以及系統(tǒng)級(jí)和設(shè)備級(jí)的性能數(shù)據(jù)。

集成電控氣動(dòng)調(diào)壓控制系統(tǒng)

在閥組中成功集成電動(dòng)氣動(dòng)控制功能后，閥門(mén)技術(shù)、性能和多功能方面都實(shí)現(xiàn)了大跨步發(fā)展?；A(chǔ)氣動(dòng)閥就是一個(gè)簡(jiǎn)單的方向控制閥：發(fā)送電信號(hào)以移動(dòng)閥芯，從一個(gè)端口或另一個(gè)端口導(dǎo)出空氣。相反，電動(dòng)氣動(dòng)調(diào)壓閥，也稱為電動(dòng)氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器或E/P轉(zhuǎn)換器，不僅能實(shí)現(xiàn)方向控制，還能提供設(shè)備從PLC模擬輸出卡所接收到信號(hào)的模擬電壓或電流成比例的壓力范圍。

與閥組一樣，比例調(diào)壓閥也取得了巨大進(jìn)步。新技術(shù)允許使用數(shù)字信號(hào)以精確控制這些設(shè)備，也可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)總線連接的集成。也就是說(shuō)，設(shè)備的PLC可以輕松、準(zhǔn)確地發(fā)送參數(shù)以動(dòng)態(tài)控制閥門(mén)和氣缸壓力、優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)的作用力和壓力要求。

這種先進(jìn)的氣動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)智能化結(jié)合方向和壓力控制，提高了氣動(dòng)裝置的價(jià)值和多功能性，廣泛用于各種自動(dòng)化應(yīng)用。該系統(tǒng)能在制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)更大、更精確和更優(yōu)化的控制，并確保優(yōu)異的最終精度和可重復(fù)性。

例如，艾默生的AVENTICS™電動(dòng)氣動(dòng)控制系統(tǒng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器自動(dòng)化制造的焊接系統(tǒng)。該應(yīng)用中通過(guò)工件托盤(pán)輸送預(yù)安裝電樞，經(jīng)對(duì)齊后進(jìn)行位置檢測(cè)，然后使用夾具將其精確放置在焊接位置。焊接后，再使用夾具將電樞運(yùn)回至工件托盤(pán)，送至下一工序。

圖片由艾默生Emerson™ 提供

采用AVENTICS™智能氣動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、G3現(xiàn)場(chǎng)總線、500系列閥組、氣缸和傳感器的簡(jiǎn)化集成式工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案（包裝機(jī)上高亮顯示）可幫助監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)機(jī)器和新式機(jī)器上設(shè)備的健康狀況，例如實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)氣缸、空氣消耗、真空系統(tǒng)和主要振動(dòng)參數(shù)。定制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)儀表板可讓技術(shù)人員快速、輕松地分析退化零件，進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，以延長(zhǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行時(shí)間并提高整體設(shè)備效率。

電動(dòng)氣動(dòng)調(diào)壓閥集成現(xiàn)場(chǎng)總線通信的先進(jìn)閥組，可提供針對(duì)應(yīng)用定制的精確動(dòng)態(tài)壓力控制，助力優(yōu)化焊接工藝。與此同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)內(nèi)置閥組監(jiān)測(cè)和所有閥門(mén)功能記錄的智能化，從而精確控制抓手以提升質(zhì)量控制和過(guò)程跟蹤的水平。使用數(shù)字E/P的另一大優(yōu)勢(shì)在于，可根據(jù)特定任務(wù)需求按需提供壓力（而非對(duì)所有任務(wù)都使用最高壓力），進(jìn)而優(yōu)化能源效率。例如，在某些應(yīng)用中，可能需要將氣缸壓力提升至80 psi，但為了節(jié)約能源，可將返回壓力控制在30psi。使用數(shù)字E/P，機(jī)器制造商可以將這些參數(shù)編程到系統(tǒng)中。

改善過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制

制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵目標(biāo)之一是收集可操作信息，以便優(yōu)化控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)工序。例如，汽車(chē)零部件制造公司想要精確知道驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器（用于將軸承放入設(shè)備）的氣缸的作用力、壓力和位置等，然后將序列信息記錄下來(lái)，這樣即使在制造50,000個(gè)零部件后，仍能確保一致的精度。

如果氣動(dòng)裝置在運(yùn)行時(shí)生成的數(shù)字點(diǎn)存在偏差，則表明實(shí)際設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題或存在供氣系統(tǒng)壓力損失、所安裝軸承制造不當(dāng)或由于組件老化并缺乏維護(hù)導(dǎo)致的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與軸承進(jìn)給裝置不同步等問(wèn)題。

智能化內(nèi)置氣動(dòng)閥系統(tǒng)為這種監(jiān)測(cè)和控制流程提供了新方法。若閥門(mén)的額定使用壽命是1.2億次循環(huán)，當(dāng)達(dá)到1億次時(shí)，設(shè)計(jì)精良的預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)可捕獲并利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和維護(hù)，或在設(shè)備出現(xiàn)實(shí)際故障前為更換設(shè)備執(zhí)行自動(dòng)采購(gòu)請(qǐng)求。

通過(guò)在閥組內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，系統(tǒng)能無(wú)縫地為不同工裝位置和序列提供不同壓力，包括為實(shí)時(shí)壓力變化和工裝位置快速產(chǎn)品變更提供支持，進(jìn)而增加靈活性。

隨著氣動(dòng)技術(shù)越來(lái)越智能化，它們?cè)谡麄€(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中包括診斷、使用情況統(tǒng)計(jì)和使用壽命數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)可帶來(lái)超高價(jià)值，可用于提高生產(chǎn)系統(tǒng)管理效率、控制能耗和最大限度延長(zhǎng)正常運(yùn)行時(shí)間等。

然而，所有這些來(lái)自智能設(shè)備和子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都可能破壞機(jī)器控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而影響控制性能。艾默生等部分氣動(dòng)元件制造商提供智能氣動(dòng)監(jiān)測(cè)“網(wǎng)關(guān)”或“集線器”來(lái)收集和整理氣動(dòng)性能數(shù)據(jù)，并通過(guò)獨(dú)立、平行的路徑將其傳送給工廠管理系統(tǒng)，從而保證控制網(wǎng)絡(luò)不受影響。這些集線器獨(dú)立于采用OPC統(tǒng)一架構(gòu)、MQTT、HTTP或電子郵件路徑的過(guò)程控制架構(gòu)，能發(fā)送警報(bào)以及系統(tǒng)級(jí)和設(shè)備級(jí)性能數(shù)據(jù)。

圖片由艾默生Emerson™ 提供

智能氣動(dòng)監(jiān)測(cè)集線器用于收集和整理氣動(dòng)性能數(shù)據(jù)，通過(guò)獨(dú)立、平行的路徑將其傳送給工廠管理系統(tǒng)，獨(dú)立于過(guò)程控制架構(gòu)，可確保實(shí)時(shí)提供警報(bào)以及系統(tǒng)級(jí)和設(shè)備級(jí)的性能數(shù)據(jù)。

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，艾默生等廠商還可提供可獲取的設(shè)備級(jí)分析數(shù)據(jù)以及通過(guò)Wi-Fi傳輸?shù)木瘓?bào)。但安裝于設(shè)備內(nèi)部或高處的氣動(dòng)閥系統(tǒng)通常難以發(fā)揮其提供重要診斷信息或主要調(diào)試功能的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于這類應(yīng)用，艾默生推出的AVENTICS™無(wú)線自動(dòng)恢復(fù)模塊 (ARM)，可通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)站輕松訪問(wèn)AVENTICS™系列G3現(xiàn)場(chǎng)總線平臺(tái)的診斷和調(diào)試功能。該網(wǎng)站在配備Wi-Fi功能的手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦上均可使用，且無(wú)需安裝應(yīng)用程序。

圖片由艾默生Emerson™ 提供

艾默生全新無(wú)線自動(dòng)恢復(fù)模塊 (ARM) 可保護(hù)AVENTICS™ G3現(xiàn)場(chǎng)總線閥組的配置信息，包括所有可設(shè)置的節(jié)點(diǎn)及隨附I/O模塊參數(shù)，避免出現(xiàn)重大故障。該設(shè)備可通過(guò)內(nèi)部Wi-Fi接入點(diǎn)和移動(dòng)網(wǎng)站，以輕松訪問(wèn)AVENTICS™ G3 現(xiàn)場(chǎng)總線平臺(tái)的診斷和調(diào)試功能，進(jìn)而以更低的成本和更高的靈活性實(shí)現(xiàn)硬連線人機(jī)界面（HMI）的視覺(jué)優(yōu)勢(shì)。

專為數(shù)字化轉(zhuǎn)型而設(shè)計(jì)的氣動(dòng)閥系統(tǒng)通過(guò)整合功能和技術(shù)，極大地提高了氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用的控制精度。由于閥門(mén)系統(tǒng)控制模塊中采用了更先進(jìn)的電子元件，設(shè)計(jì)人員能將比例－積分－微分（PID）控制器整合入氣動(dòng)定位應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)控制功能自動(dòng)精準(zhǔn)響應(yīng)及校正。

圖片由艾默生Emerson™ 提供

若食品和飲料罐裝應(yīng)用中的氣動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏，會(huì)造成巨大的能量損失且難以識(shí)別，進(jìn)而影響效率和產(chǎn)量。整合AVENTICS™AV系列閥門(mén)系統(tǒng)、氣源處理系統(tǒng)（帶流量和壓力變送器）和氣缸（帶位置傳感器）的解決方案可用于監(jiān)測(cè)壓縮空氣能量消耗、漏氣和氣缸循環(huán)時(shí)間。這一工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)性維護(hù)，提高了過(guò)程整體質(zhì)量和吞吐量，并減少了技術(shù)人員的工作量。

這些先進(jìn)的氣動(dòng)性能不僅能與PLC結(jié)合，從而提升系統(tǒng)端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的精度，還能從位置控制實(shí)時(shí)切換到力控制并微調(diào)運(yùn)行序列，以實(shí)現(xiàn)超高的自動(dòng)化水平、產(chǎn)品產(chǎn)量、可靠性和可重復(fù)性。

智能化氣動(dòng)閥門(mén)，迎接數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)代

氣動(dòng)閥的穩(wěn)步發(fā)展使得OEM廠商和最終用戶能在自動(dòng)化系統(tǒng)中充分利用氣動(dòng)技術(shù)。此外，許多氣動(dòng)技術(shù)供應(yīng)商已全面升級(jí)其在線配置和訂購(gòu)工具，使其能輕松、高效滿足零部件制造商的需求。

這些工具一度簡(jiǎn)化了之前耗時(shí)的元件訂購(gòu)流程，涵蓋底座、安裝件和電子元件以及閥門(mén)等多種元件，方便客戶能一次性購(gòu)買(mǎi)全套組件。現(xiàn)在，這些在線配置器可通過(guò)選擇現(xiàn)場(chǎng)總線接口、集成I/O模塊和其他功能輕松訂購(gòu)閥門(mén)組件，并將CAD圖紙作為軟件包的一部分，而無(wú)需知道零部件編號(hào)或系統(tǒng)差別。這些工具使OEM廠商和最終用戶都能在一個(gè)簡(jiǎn)單、可靠的訂購(gòu)流程中獲得完整配置。

利用電子和模塊化尖端技術(shù)，氣動(dòng)閥作為完整智能氣動(dòng)運(yùn)動(dòng)和控制平臺(tái)的一部分，為自動(dòng)化和制造應(yīng)用的各種數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了一種經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的、具有成本效益的通用技術(shù)選擇。

致力于不斷投資改進(jìn)技術(shù)的氣動(dòng)元件供應(yīng)商可用其洞察力幫助機(jī)器制造商充分利用氣動(dòng)技術(shù)帶來(lái)的潛力，讓OEM廠商和最終用戶深信自身復(fù)雜的多功能系統(tǒng)能夠滿足當(dāng)前和未來(lái)的制造要求。