Přes obrovský vývoj informačních technologií, elektrotechniky a elektroniky se v průmyslové automatizaci, především v oblasti strojírenství, stále častěji používají pneumatické systémy. V některých aplikacích částečně nahrazují i dříve hodně rozšířené systémy hydraulické. Je to především způsobeno tím, že uživatelé považují pneumatické komponenty za velmi robustní a spolehlivé produkty s vysokou životností a vynikajícími dynamickými vlastnostmi. Jsou schopné s velkou rychlostí vyvinout značné síly, krouticí momenty, výkony a navíc se dají v automatizačních systémech velmi dobře kombinovat s elektronickými řídícími jednotkami. Přitom jsou spolehlivé a jejich nároky na provozní údržbu jsou výrazně nižší než u systémů hydraulických či elektrických.
Přesto již dnes nelze pochybovat o dalším používání a naopak v rozšiřování oblastí použití. Asi největší překážkou v rozmachu je stále nutnost komplikovaného zdroje stlačeného vzduchu. Přes vyspělé technologie je stále transport stlačeného vzduchu na větší vzdálenosti ztrátový a při mobilním využívání je zapotřebí přenosného či mobilního provedení kompresorové stanice. Zatím co konvenční zdroj energie, tedy elektrický, je díky rozvodné soustavě „všude“ život bez elektrické energie si dnes již málo kdo dokáže představit. Nakonec by asi nikdo nechtěl doma, začít svítil loučí a o jiných vymoženostech na „elektriku“ není ani řeč.
U stlačeného vzduchu zpravidla řešíme možné výhody a nevýhody aplikovaného u pneumatického zařízení, zda nám stojí za to, podstoupit nutnost pořízení kompresorové stanice. Nutné je také zmínit účinnost takového systému. Pneumatické pohony mívají zpravidla větší účinnost oproti elektrickým, ale zdroj stlačeného vzduchu bývá ztrátový. Pohonem bývá zpravidla elektromotor, který již sám má ztrátový provoz. Následuje ztráta energie v kompresoru a následném rozvodu vzduchu a úpravě. Výsledkem je, že zařízení pracující na stlačený vzduch, vykazuje větší ztráty oproti shodnému zařízení pracujícím pouze s elektrickou energií. Přes všechny nevýhody a výhody, které zde již zazněli, lze do budoucna očekávat další rozmach a nejen ve strojních oborech.
Vývoj v použití do budoucna lze spatřovat v několika směrech:
Růst trhu s pneumatickými komponenty, inovace, průmyslové aplikace, úsporné koncepce řešení pneumatických soustav
V sousedním Německu si poměrně rychle uvědomili, že v průmyslové automatizaci a s tím souvisejících oborech má pneumatika nezastupitelné a zásadní místo. S otázkami dalšího použití se zde zabývá odborný svaz fluidiku ve VDMA(Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V.). Podle zveřejněných údajů vzrostl v Německu za posledních 25 let objem vyrobených pneumatických systémů přibližně o 480%. I při pozorování kratšího časového úseku, lze spatřovat neustálý nárůst objemu výroby pneumatických prvků.
Zajímavé je srovnání vývoje v objemu výroby mezi pneumatikou a hydraulikou. V roce 1993 byl objem pneumatických prvků přibližně o 30% větší, ve srovnání s objemem výrovy hydrauliky. O deset let později, v roce 2003 byl nárůst objemu výroby pneumatiky o 50% větší než u hydraulických systémů. Z toho plyne, že v období deseti let rostl trh pneumatiky v Německu 2,5krát rychleji, než trh s hydraulikou. Z uvedených hodnot je patrný postupný nárůst objemu vyrobených a prodaných pneumatických prvků. Stávající trend je dále předpokládán. Nejde jen o nárůstu oblíbenosti pneumatiky, ale třeba uvést nemalý ekonomický význam. Některé podrobnější analýzy poukazují, že v nových aplikačních oblastech roste ponejvíce zájem o nejmenší pneumatické komponenty. Jedná se o miniaturní a subminiaturní pneumatické komponenty.
U pneumatických komponentů je důležitá inovace sledující především cíle jako například miniaturizace, snížení provozních nákladů, zjednodušení obsluhy, zvýšení spolehlivosti, snadná údržba, atd. S ohledem na postupný vývoj řídicích systémů, které se postupně přesunuly od pneumatických k elektrickým, lze předpokládat i v této oblasti vývoj v řídicích systémech směřující k použití mikrosystémové techniky. Nejen v oblasti řízení, ale i v oblasti ovládacích ventilů jsou již připravovány technologie, umožňující vytvářet mikrominiaturní ventily s vestavěnými senzory a mnoho dalších pneumatických komponentů.
V současné době se výrobcům v oblasti ventilů podařilo konstrukčním řešením dosáhnout zvýšení průtoku vzduchu, což umožnilo uživatelům použít menších průtoků přípojných potrubí. Výsledkem je snížení nákladů na pořízení zařízení a úspora množství vzduchu. Současná miniaturizace a zvyšování výkonů má do budoucna značný vývojový a výrobní potenciál. Například firmě FESTO pomohlo zmenšení ventilů uvést na trh novinku v podobě nové generace modulárních ventilových terminálů, které nacházejí uplatnění v mnoha oblastech použití, kde se dříve standardně používaly mnohem větší ventily s větší spotřebou vzduchu.
V oblasti pneumatických pohonů nacházíme nejpoužívanější kompaktní válce. Výroba je po mnoha letech již optimalizovaná a provázaná mnoha normami. Stále se zde otevírá prostor pro neustálé inovace a vylepšení. Nemusí se vždy jednat o změny konstrukcí, ale dosti často zde nalézáme změny v materiálech. Poměrně čerstvá novinka je pneumotor, kde jeho pístnice je vybavena magnety, které umožňují přesné odměřování vysunutí pístnice. Při aplikaci není zapotřebí dalších složitých snímačů. Samotná pístnice má na zploštělé části nanesenu magnetickou stopu, kterou snímá magnetický snímač v přední části pneumotoru. Samotné rozměry pneumotoru zůstaly zachovány.
Dalším zajímavým přínosem firmy FESTO je pneumatický sval. Je možné jej kvalifikovat jako vlnovec, ovšem při jeho natlakování nevyužíváme roztahování, ale naopak zkracování délky těla pneumotoru. Je možné jej přirovnat k lidskému svalu, který se při stahu částečně rozšiřuje, ale podstatné je jeho zkracování. Zajímavé jsou jeho parametry. Dokáže vyvinout až 10krát větší sílu než rozměrově srovnatelný běžný pneumotor. Při srovnatelné síle s klasickým pneumotorem, spotřebuje přibližně 40% energie. Bohužel zdvih pneumatického svalu je při stejné délce srovnané s klasickou konstrukcí menší. Konstrukčně lze říci, že pneumatický sval má naprosto vyloučené jakékoliv tření pohyblivých částí a díky tomu jsou pohyby plynulejší a rovnoměrnější. V oblasti pneumatických prvků jsou dnes neustálé inovace, investice do vývoje, naslouchání přáním uživatelů a komplexní řešení automatizačních systému u zákazníka, prakticky jediným rozumným krokem vedoucím k obchodnímu úspěchu.
Obecně lze říci, že v automatizaci se elektropneumatika využívá především pro přednosti v silových aplikacích s výhodami elektrického ovládání, zajišťující úkoly spojené s řízením a informatikou. To umožňuje zajištění stálosti a přesnosti opakování pracovních cyklů. Výsledkem je stálost a přesnost výrobků. Dříve jsme se setkávali s oddělením pneumatických pohonů od řídících jednotek, které se často nacházely v oddělených rozvaděčích, mnohdy značně vzdálených od samotných pohonů. Tím vznikaly značné ztráty a prodlevy v řízení. Dnes je spíše trend k přibližování řídících ventilů směrem k pohonům. Můžeme říci, že se jedná o decentralizaci v řešení s malými provozními jednotkami s vhodně kombinovanými pneumatickými a elektronickými komponenty. Sloužící jako rozhraní mezi samotnou technologií a řízenou technologií.
Jednou z několika možností, jak zvyšovat použitelnost pneumatiky v průmyslu, je snižovat energetické náklady. V dnešní době je to poměrně často skloňované téma. Prakticky v jakémkoliv oboru lidské činnosti se dnes snažíme o snižování spotřeby energie. Jako příklad, který jistě všichni známe, je možné uvézt takzvané úsporné zářivky, nahrazující klasickou Edisonovu žárovku. To je jen jeden příklad z mnoha a ne jinak je tomu i v pneumatice.
Této problematiky jsem se již částečně dotkl v předchozích kapitolách. Jen připomenu příklad: pneumatický sval, mikrokompaktní ventily, snižování potřebných průtoků vzduchu, vhodné regulace kompresorových stanic, atd.
Současný stav v našem průmyslu se s ohledem na energetické úspory ubírá spíše směrem zkvalitňování stávajících systémů. Jde především o řešení úniků stlačeného vzduchu z rozvodného systému. I drobné, takřka nepostřehnutelné úniky vzduchu, v celkovém součtu, mohou znamenat značné ztráty a tím vyšší energetické nároky na provoz takového zařízení. V tomto případě je třeba znát přesnou spotřebu vzduchu v zařízení a s použitím měření průtoku vyhodnocovat, zda momentální spotřeba vzduchu odpovídá skutečné potřebě zařízení.
Vzhledem k omezené možnosti změny fyzikálního principu konstrukce pneumatických pohonů nelze v této oblasti spatřovat přílišný potenciál. Snad jen ojedinělý přínos firmy FESTO, která přinesla světu již zmíněný pneumatický sval. Výsledkem je mnohem lepší využití energie. Při pohybu pístu dochází ke značné ztrátě vlivem tření. U pneumatického svalu je absence pístu, čímž stoupá jeho účinnost. Budoucnost pneumatických pohonů lze spatřovat ve stále větším použití zmíněného pohonu a jemu podobných konstrukcí.
V dnešní době se dále nabízí jako podstatná úspora energie použití vhodné regulace kompresorové stanice. Dnes stále rozšířený způsob regulace spočívající v použití tlakového vypínače s tlakovým intervalem v řádech několika Barů. Uvedený způsob je jednoduchý na výrobu a údržbu, levný a má dlouhou životnost. Bohužel nevýhodu lze spatřit v tlakování tlakové nádoby. Na výstupu kompresorové stanice používáme nižší tlak, než jaký je v tlakové nádobě. Navyšování tlaku je zapotřebí k akumulaci energie v tlak. nádobě. Výsledkem rozdílného tlaku v tlakové nádobě a v rozvodné soustavě je jeho „zbytečné" navyšování za účelem akumulace.
Mnohem výhodnější a tedy ekonomický způsob spočívá v přesném měření průtoku vzduchu na výstupu z kompresorové stanice. Dle průtoku vzduchu se reguluje přesný výkon kompresoru. Výkon je především dán otáčkami kompresoru, tedy otáčkami pohonu-elektromotoru. V závislosti na výstupním průtoku vzduchu je elektromotor zpravidla regulován s použitím frekvenčního měniče. Uvedený způsob se zdá být do budoucna perspektivní. V dnešní době brání jeho častějšímu využití především pořizovací náklady. Při ceně regulace s použitím tlakového vypínače se jedná o řádově několik stokorun. Bohužel regulace otáček elektromotoru v závislosti na průtoku vzduchu je cenově v řádech tisíců korun.
Další možné rezervy nejsou tak zásadní, ale svůj význam jistě mají:
Vhodné návrhy řešení, především efektivní výkony pneumotorů
Pořízení nových efektivnějších komponentů
Použití speciálních ofukovacích trysek, škrtících a redukčních centilů
Možnost lze spatřovat v energetickém auditu pneumatických a elektropneumatických systémů
Uzamykání pohonů v krajních polohách
Metody pro spolehlivé odpojování tlaku
Při zpětném pohybu pneumotorů používat nižšího tlaku vzduchu
Vývoj použití pneumatiky lze jen těžko odhadovat. Technický pokrok jde v několika posledních desetiletí v před doslova „mílovými“ kroky. Může nastat zlom s objevením nových, naprosto odlišných způsobů pohonů. Již dnes se na trhu objevují konstrukce pohonů, které svou stavbou připomínají pneumatické pohony, ale jsou na elektriku. Vlastnosti takových konstrukcí jsou podobné pneumatickým pohonům. Přesto si troufnu říci, že se minimálně v několika následujících desítkách let dá předpokládat další nárůst objemu vyrobených pneumatických komponentů a jejich následné aplikace. I s ohledem na použití ve specifických prostředích budeme jen těžko hledat plnohodnotnou náhradu. Budoucnost pneumatiky se nemusí týkat jen průmyslového využití, ale například již dříve zmíněné vzduchové zbraně by nebylo snadné nahradit jinou technologií. Nemluvě o střelných zbraních, kde k vymetení projektilu z hlavně je použit tlak hoření bezdýmného střelného prachu.
Pokud nedojde k nalezení efektivnějšího zařízení, jakým je pneumatika, lze jen popřát pneumatice další rozvoj a inovace.
(bližší informace nalezneme na portálu fa. FESTO)