Електрически задвижвания, проектирани да заменят системите за флуидна енергия: практическо ръководство за индустриална автоматизация

В продължение на десетилетия пневматичните цилиндри и хидравличните задвижващи механизми доминират в индустриалното управление на движението. Популярността им се дължи на простите методи за управление, надеждната силова мощност и лесния монтаж. Един клапан се активира, флуидът се задвижва, а задвижващият механизъм се разгъва или прибира. Концепцията е лесна за разбиране и още по-лесна за поддръжка.

Съвременните производствени обекти обаче са подложени на все по-голям натиск да подобрят енергийната ефективност, да намалят изискванията за поддръжка, да отстранят течовете и да постигнат по-висока точност на позициониране. Тези изисквания ускориха внедряването на електрически задвижващи механизми в отрасли, вариращи от опаковане и сглобяване до производството на полупроводници и автоматизацията на процеси.

За разлика от традиционните системи с флуидно задвижване, електрическите задвижващи механизми осигуряват прецизно управление на позицията, програмируеми профили на движение, повторяемо движение и възможности за диагностика в реално време. Инженерите могат да управляват ускорението, скоростта, забавянето и позицията на спиране, без да разчитат на регулатори на налягането, регулатори на потока или механични настройки.

Исторически тези предимства идваха със съществен недостатък. Електрическите системи за управление на движението често изискваха серво задвижвания, програмиране на PLC, комуникационни мрежи, софтуер за настройка, системи за обратна връзка от енкодери и специализирани познания в управлението на движението.

За много обекти, особено при замяна на обикновени пневматични цилиндри, тази сложност представляваше сериозна пречка за внедряването.

Съвременните интегрирани платформи за електрически задвижващи механизми се стремят да премахнат това предизвикателство, като комбинират механиката на задвижващия механизъм, електрониката за управление на двигателя и софтуера за конфигуриране в един пакет. Резултатът е система, която осигурява предимствата на електрическото движение, като същевременно запазва оперативната простота, направила пневматичните системи толкова популярни.

Тази статия разглежда платформата e-Actuator на SMC и изследва как интегрираните електрически системи за управление на движението помагат на производителите да преминат от традиционните технологии за флуидна мощност.

За обектите, които модернизират инфраструктурата си за автоматизация, тези технологии все по-често допълват усъвършенствани PLC и PAC системи, индустриални HMI платформи и решения за управление на движението, използвани в съвременните производствени операции.

Фигура 1. Серията e-Actuator в демонстрационен модул на SMC.

Защо производителите заменят пневматичните и хидравличните задвижващи механизми

Пневматичните системи остават една от най-широко използваните технологии за управление на движението в индустриалната автоматизация. Сгъстеният въздух е леснодостъпен в повечето фабрики, а пневматичните цилиндри осигуряват надеждна работа за множество приложения.

Хидравличните системи продължават да доминират при приложения, изискващи изключително висока сила, включително преси, тежки машини, оборудване за формоване на метали и големи промишлени задвижващи механизми.

Въпреки тези предимства флуидните силови технологии създават няколко оперативни предизвикателства.

Системите за сгъстен въздух са по своята същност неефективни. Значителни енергийни загуби възникват при сгъстяването, разпределението, съхранението и изпускането на въздуха. В остаряващите предприятия често се появяват течове на въздух, което увеличава разходите за енергия, без да допринася за полезна работа.

Хидравличните системи създават други предизвикателства. Замърсяването на течността, влошаването на уплътненията, течовете, екологичните съображения и текущите изисквания за поддръжка увеличават разходите през жизнения цикъл.

Електрическите задвижващи механизми пряко решават много от тези проблеми.

• Липса на потребление на сгъстен въздух
• Липса на необходимост от поддръжка на хидравлична течност
• Липса на опасност от течове
• По-нисък работен шум
• Подобрена точност на позициониране
• Програмируеми профили на движение
• Вградена диагностика
• По-висока енергийна ефективност

Може би най-важното е, че електрическите задвижващи механизми осигуряват прецизен контрол върху движението, вместо просто да преместват между две фиксирани крайни точки.

Тази възможност позволява на инженерите да създават гъвкави производствени системи, способни да поддържат множество продукти, рецепти и работни режими без механични настройки.

Традиционната сложност на електрическите системи за управление на движението

Въпреки че електрическите задвижващи механизми предлагат значителни предимства по отношение на производителността, традиционните системи за управление на движението, базирани на серво технология, често изискват значително повече инженерни усилия от пневматичните инсталации.

Конвенционалното електрическо решение за управление на движението обикновено включва:

• Серводвигател
• Серво задвижване
• Контролер за движение
• Обратна връзка от енкодер
• Комуникационна мрежа
• Софтуер за програмиране
• Оборудване за разпределение на електрозахранването
• Интегриране на функциите за безопасност

В много промишлени предприятия инженерите просто се нуждаят от цилиндър, който да се придвижва от позиция A до позиция B. Инсталирането на цялостна серво система за толкова просто изискване може да доведе до ненужна сложност и разходи.

Това предизвикателство обяснява защо пневматичните цилиндри остават широко разпространени въпреки ограниченията си.

Инженерните усилия, необходими за конфигуриране, въвеждане в експлоатация и поддръжка на традиционна система за управление на движението, често надхвърлят ползите при приложения с просто линейно движение.

Интегрираните електрически задвижващи механизми се стремят да преодолеят тази разлика, като осигуряват позициониране на серво ниво, същевременно запазвайки простотата на традиционните методи за управление на флуидни силови системи.

Концепцията на e-Actuator на SMC

Серията e-Actuator EQFS на SMC разглежда управлението на движението от практична гледна точка.

Вместо да изисква от инженерите да закупуват отделни двигатели, задвижвания, системи за обратна връзка и контролери, задвижващият механизъм интегрира тези компоненти в компактен модул.

Тази архитектура драстично намалява сложността на инсталирането.

Интегрираният контролер автоматично управлява:

• Управление на позицията
• Комутация на двигателя
• Управление на ускорението
• Управление на забавянето
• Обратна връзка за позицията
• Последователност на движенията
• Мониторинг на неизправности

В резултат потребителят взаимодейства с изпълнителния механизъм почти като с пневматичен цилиндър.

Обикновените цифрови входове задават движението, докато вътрешният контролер извършва сложните изчисления и алгоритми за управление, които работят на заден план.

Фигура 2. Интегриран контролер със специални интерфейси за захранване, I/O и конфигуриране.

Интегрирани контролери: опростяване на внедряването на електрическо задвижване

Една от най-съществените пречки пред внедряването на електрически изпълнителни механизми исторически е била сложността на контролера.

Традиционните серво системи често изискват обширно конфигуриране и специализирани познания.

Архитектурите с интегриран контролер опростяват внедряването, като вграждат интелигентността за управление на движението директно в модула на изпълнителния механизъм.

От гледна точка на инсталирането инженерите взаимодействат основно с три връзки:

• Захранващ вход 24 VDC
• Интерфейс за цифрови I/O
• Интерфейс за конфигуриране

Тази конструкция елиминира голяма част от сложността на окабеляването, която обикновено се свързва със самостоятелните системи за управление на движението.

Производителите на машини се възползват от по-малките изисквания към пространството в таблото, опростената документация и по-бързите процедури за пускане в експлоатация.

Персоналът по поддръжката също има полза, тъй като откриването и отстраняването на неизправности става значително по-лесно, когато задвижването и изпълнителният механизъм работят като единна система.

Предимства на електрическата инфраструктура пред флуидните системи

Едно от често пренебрегваните предимства на електрическите изпълнителни механизми е свързано с инфраструктурата на обекта.

Пневматичните системи изискват обширно спомагателно оборудване, преди да може да работи дори един изпълнителен механизъм.

Тази инфраструктура може да включва:

• Въздушни компресори
• Изсушители
• Филтри
• Регулатори на налягането
• Резервоари за съхранение
• Разпределителни тръбопроводи
• Програми за управление на течовете

Хидравличните системи изискват също толкова значителни инвестиции в инфраструктура.

Тези системи обикновено включват помпи, резервоари, клапани, топлообменници, филтрационни системи и обширни тръбопроводни мрежи.

Електрическите задвижвания премахват много от тези изисквания.

Инфраструктура за разпределение на електроенергия вече съществува в повечето промишлени обекти. Удължаването на електрическите връзки до отдалечени места често е значително по-лесно от инсталирането на нови мрежи за сгъстен въздух или хидравлика.

Това предимство става особено важно при разширяване и модернизиране на производствени обекти.

Инженерите могат да внедряват системи за задвижване в места, където сгъстеният въздух може да не е наличен или инсталирането му да е прекалено скъпо.

Разбиране на захранващите и I/O връзките

e-Actuator използва опростен подход за окабеляване, който съответства на стандартните практики в промишлената автоматизация.

Захранващият конектор приема стандартно управляващо захранване от 24 VDC, което осигурява съвместимост със съществуващите промишлени захранващи системи.

Повечето съвременни платформи за автоматизация вече използват захранващи архитектури с 24 VDC за сензори, контролери, HMI устройства и комуникационно оборудване.

Тази съвместимост опростява интегрирането на системата.

Фигура 3. Разпределение на изводите за захранването и цифровите I/O, използвани от интегрирания контролер.

Архитектурата на цифровите входове се различава леко от тази на много конвенционални PLC входни модули.

Тъй като изпълнителният механизъм използва вътрешно захранващото напрежение като референция, външните устройства трябва да споделят обща електрическа референция.

Разбирането на тази взаимовръзка е важно по време на интегрирането на системата.

Правилното заземяване и управлението на общата референция спомагат за надеждната работа, като същевременно ограничават електрическия шум и проблемите с комуникацията.

Инженерите, интегриращи електрически изпълнителни механизми със системи Allen-Bradley ControlLogix, Siemens SIMATIC S7 или Schneider Modicon Quantum, трябва да проверят стандартните практики за обща силова референция по време на монтажа.

Промишлени приложения, които се възползват най-много от електрически изпълнителни механизми

Не всяко пневматично или хидравлично приложение трябва автоматично да бъде преобразувано в електрическо движение.

Някои приложения обаче могат да се възползват значително от технологията на електрическите изпълнителни механизми.

Примерите включват:

• Опаковъчни машини
• Системи за вземане и поставяне
• Оборудване за сглобяване
• Производство на електронни изделия
• Фармацевтично производство
• Производство на храни и напитки
• Лабораторна автоматизация
• Оборудване за производство на полупроводници

Тези приложения често изискват повтаряемо позициониране, гъвкави профили на движение и по-малки изисквания за поддръжка.

Електрическите изпълнителни механизми предлагат предимства, които трудно могат да бъдат постигнати с традиционни хидравлични и пневматични системи.

С продължаващото внедряване на стратегии за интелигентни фабрики в производствените среди системите за електрически контролирано движение все повече съответстват на целите на Индустрия 4.0, насочени към свързаност, диагностика, ефективност и оперативна видимост.

Софтуерно конфигуриране: Когато електрическото движение става практично

За много инженери софтуерното конфигуриране е най-голямото предизвикателство при преминаването от пневматични цилиндри към електрически изпълнителни механизми.

Традиционните платформи за управление на движението често изискват обширна настройка на параметри, конфигуриране на комуникациите, конфигуриране на осите, процедури за настройка и експертни познания по програмиране.

Целта на платформата e-Actuator е коренно различна.

Вместо да показва стотици параметри за движение, софтуерът се фокусира само върху настройването на необходимите параметри за обичайни индустриални приложения.

Този подход значително съкращава времето за въвеждане в експлоатация, като същевременно запазва предимствата на електрическото задвижване.

Конфигурационният софтуер автоматично идентифицира свързания модел задвижващ механизъм и показва само съответните параметри за настройка.

В резултат на това инженерите прекарват по-малко време в навигация из сложни менюта и повече време в оптимизиране на производителността на машината.

Свързване към e-Actuator Setup Tool

Конфигурирането се извършва чрез специалния инструмент e-Actuator Setup Tool, предоставен от SMC.

Софтуерът комуникира чрез специалния конфигурационен порт M12, разположен на интегрирания контролер.

След установяване на комуникацията софтуерът автоматично разпознава:

• Тип на задвижващия механизъм
• Дължина на хода
• Версия на контролера
• Налични работни режими
• Текущи настройки на параметрите

Този процес на автоматично разпознаване премахва много от ръчните процедури за настройка, традиционно свързани със серво системите.

За производителите на машини, които внедряват множество задвижващи механизми, тази възможност може значително да съкрати времето за пускане в експлоатация.

Техниците по въвеждане в експлоатация могат бързо да проверяват конфигурациите, да коригират настройките и да валидират работата без задълбочени познания по програмиране.

Фигура 4. Налични работни режими в инструмента e-Actuator Setup Tool.

Обяснение на работните режими

Един от най-иновативните аспекти на платформата е способността ѝ да имитира познатото поведение на пневматичните клапани.

Техниците по поддръжката и операторите на машини вече разбират как работят пневматичните разпределителни клапани.

Чрез възпроизвеждането на тези методи за управление кривата на обучение при електрическото задвижване значително се скъсява.

Платформата предлага три основни работни режима.

Режим с един соленоид

Този режим работи подобно на пневматичен клапан с пружинно връщане.

Когато цифровият вход се активира, задвижващият механизъм се придвижва към зададената позиция.

Когато сигналът бъде премахнат, задвижващият механизъм автоматично се връща в началната си позиция.

Този работен режим е идеален за:

• Системи за изхвърляне на детайли
• Прости устройства за позициониране
• Затягащи механизми
• Отхвърлящи врати
• Товаро-разтоварни станции

Много приложения с пневматични цилиндри могат да бъдат директно заменени чрез този метод на управление.

Режим с два соленоида

Режимът с два соленоида имитира поведението на разпределителен клапан с два соленоида, който обикновено се използва в пневматичната автоматизация.

Един цифров вход командва изтеглянето, а втори вход командва прибирането.

Задвижващият механизъм запазва позицията си, докато не получи нова команда.

Този подход предлага по-голяма гъвкавост при управлението и много наподобява традиционните конструкции на индустриални машини.

Приложенията включват:

• Трансферни системи
• Оборудване за обработка на материали
• Автоматизирани монтажни станции
• Механизми за индексиране
• Опаковъчно оборудване

Режим със затворен център

Режимът със затворен център въвежда възможност, която липсва при повечето конвенционални пневматични цилиндри.

Освен в позициите на изтегляне и прибиране, задвижващият механизъм може да се премести в междинна позиция.

Това позволява управление на три позиции само с помощта на два цифрови входа.

Възможността за спиране в конфигурируема централна позиция създава възможности за по-сложна работа на машината, без да е необходим пълноценен серво контролер за управление на движението.

Приложенията включват:

• Обработка на детайли в множество позиции
• Системи за сортиране
• Инспекционни станции
• Трансферни механизми
• Системи за позициониране на продукти

Тази функционалност подчертава едно от основните предимства на електрическите задвижващи механизми пред конвенционалните технологии с флуидно задвижване.

Преодоляване на разликата между пневматичното и сервоуправлението

Режимите на работа демонстрират важна тенденция, която се развива в цялата индустриална автоматизация.

Производителите все по-често търсят решения, които съчетават простотата на традиционната автоматизация с гъвкавостта на съвременните цифрови технологии.

Електрическите задвижващи механизми заемат уникално място в този преход.

Те осигуряват значително по-голяма функционалност от пневматичните цилиндри, като същевременно избягват голяма част от сложността, свързана с пълноценните серво платформи за управление на движението.

Този баланс е особено привлекателен за производителите на машини, които разработват оборудване за клиенти, които може да не разполагат със специализирани познания в областта на управлението на движението.

Опростените цифрови команди остават познати на персонала по поддръжката, докато усъвършенстваните профили на движение са достъпни за инженерните екипи.

Предимства на интегрираните профили на движение

Едно от най-големите ограничения на пневматичните цилиндри е липсата на прецизен контрол на движението.

Въпреки че регулаторите на дебита могат да влияят на скоростта, постигането на повторяеми профили на ускорение и забавяне остава трудно.

Пневматичните цилиндри обикновено се движат толкова бързо, колкото позволяват налягането в системата и условията на натоварване.

Това често води до:

• Механичен удар
• Повреда на продукта
• Генериране на шум
• Износване на компонентите
• Намалена точност на позициониране

Електрическите задвижващи механизми решават тези проблеми чрез програмируеми профили на движение.

Контролерът непрекъснато регулира изходната мощност на двигателя, за да постигне контролирано движение по целия ход.

Това води до по-плавна работа, по-добра повторяемост и по-дълъг експлоатационен живот на оборудването.

В производствени среди с висока скорост намаляването на ударните сили може значително да подобри надеждността на машината и качеството на продукта.

Само това предимство често е достатъчно основание за преминаване от пневматични системи към електрически технологии за управление на движението.

Конфигуриране на параметрите за скорост, ускорение и позиция

Може би най-голямото предимство на електрическите задвижващи механизми пред системите с флуидно задвижване е пълният контрол върху характеристиките на движението.

При пневматичните цилиндри инженерите обикновено регулират клапаните за контрол на потока и настройките на регулатора, за да влияят върху скоростта. Макар този подход да работи при много приложения, характеристиките могат да варират в зависимост от натоварването, колебанията в налягането на въздуха и износването на компонентите.

Електрическите задвижващи механизми елиминират тези променливи, като позволяват параметрите на движението да се задават директно в контролера.

Вместо да разчитат на ограничения на налягането и потока, инженерите могат да задават точни стойности за:

• Степен на ускорение
• Максимална скорост на движение
• Степен на забавяне
• Целеви позиции
• Междинни позиции
• Време на хода

Това ниво на контрол значително подобрява постоянството между производствените цикли.

Всяко движение следва един и същ профил независимо от малките промени в околната среда или работните условия.

Фигура 5. Настройките за позиция, скорост, ускорение и забавяне могат да се конфигурират чрез софтуера за настройка.

Защо профилите на движение са важни в съвременното производство

Качеството на движението става все по-важно с развитието на производствените системи.

По-старото производствено оборудване често поставяше скоростта над всичко останало. Докато цилиндърът се разтягаше и прибираше бързо, системата постигаше целта си.

Съвременната производствена среда изисква много повече.

Производствените линии вече обработват деликатни продукти, леки материали, прецизни сглобки и силно персонализирани продуктови варианти.

Прекомерните ударни сили могат да повредят продуктите, да влошат качеството и да ускорят износването на оборудването.

Програмируемите профили на движение помагат за отстраняването на тези проблеми.

Вместо да се удрят рязко в механичните ограничители, електрическите задвижващи механизми могат постепенно да ускоряват, да поддържат контролирана скорост на движение и плавно да намаляват скоростта преди достигане на целевата позиция.

Предимствата включват:

• Намален механичен удар
• По-ниски нива на вибрации
• Подобрено качество на продуктите
• По-дълъг експлоатационен живот на машините
• По-ниски разходи за поддръжка
• По-висока точност на позициониране

Тези предимства стават особено важни в отрасли като производството на електроника, фармацевтичното производство, производството на полупроводници и автоматизираните монтажни операции.

Конфигурируемо позициониране отвъд механичните крайни ограничители

Традиционните пневматични цилиндри обикновено работят между две фиксирани механични граници.

Ако е необходима различна позиция, инженерите често трябва да монтират механични ограничители, да преработят хардуера или да изберат задвижващ механизъм с различна дължина на хода.

Електрическите задвижващи механизми осигуряват значително по-голяма гъвкавост.

Софтуерът позволява на инженерите да дефинират работни позиции независимо от физическите граници на хода на задвижващия механизъм.

Това означава, че един задвижващ механизъм може да поддържа множество конфигурации на машината без механични модификации.

Примерите включват:

• Рецепти, специфични за продукта
• Множество размери на опаковките
• Гъвкави монтажни операции
• Автоматизирана смяна
• Адаптивни производствени системи

Тъй като производителите все повече се стремят към стратегии за гъвкаво производство, тази възможност се превръща в значително конкурентно предимство.

Вместо физически да настройват машините между производствените серии, операторите могат просто да изберат нова рецепта чрез интерфейса на машината.

Задвижващият механизъм автоматично се премества според новите конфигурационни параметри.

Ползи от Индустрия 4.0 и интелигентното производство

Преходът от флуидна силова техника към електрическо движение е тясно свързан с по-широките инициативи на Индустрия 4.0.

Съвременните фабрики все повече разчитат на свързано оборудване, способно да предоставя оперативна видимост, диагностична информация и анализи на производителността.

Пневматичните цилиндри обикновено предлагат ограничена обратна връзка.

В най-добрия случай инженерите могат да инсталират външни сензори, за да определят изтегленото и изтегленото навън положение.

Електрическите задвижващи механизми по своята същност генерират много по-богати оперативни данни.

Примерите включват:

• Обратна връзка за позицията
• Състояние на движението
• Брой цикли
• Условия на грешки
• Време на хода
• Тенденции в производителността
• История на експлоатацията

Тази информация може да подпомогне инициативите за прогнозна поддръжка и да подобри общата ефективност на оборудването.

Когато са интегрирани със съвременни индустриални комуникационни мрежи и индустриални изчислителни платформи, електрическите задвижващи механизми се превръщат в ценни източници на данни в свързани производствени среди.

Сравнение на енергийната ефективност: електрически и пневматични системи

Енергийната ефективност остава един от най-силните аргументи в полза на внедряването на електрически задвижващи механизми.

Сгъстеният въздух често се описва като един от най-скъпите комунални ресурси в производственото предприятие.

Производството на сгъстен въздух изисква значително количество електрическа енергия.

Допълнителни загуби възникват чрез:

• Неефективност при компресиране
• Загуби по разпределителните тръбопроводи
• Спадове на налягането
• Течове на въздух
• Загуби от клапаните
• Загуби от изпускане

Проучванията в индустрията често изчисляват, че значителен процент от сгъстения въздух, произведен във фабриките, никога не извършва полезна работа.

Електрическите задвижващи механизми преобразуват електрическата енергия директно в механично движение.

Този процес на директно преобразуване обикновено осигурява много по-висока обща ефективност на системата.

За предприятия, експлоатиращи стотици задвижващи механизми по множество производствени линии, кумулативните икономии на енергия могат да станат значителни.

Тези икономии често подобряват изчислението на общата стойност на притежание при сравняване на електрически и пневматични технологии.

Намаляване на изискванията за поддръжка

Съображенията, свързани с поддръжката, надхвърлят потреблението на енергия.

Системите за флуидна силова техника изискват постоянна поддръжка, за да се гарантира надеждна работа.

Обичайните дейности по поддръжката включват:

• Откриване на течове
• Подмяна на уплътнението
• Обслужване на филтъра
• Регулиране на налягането
• Управление на смазването
• Мониторинг на качеството на въздуха
• Смяна на хидравличната течност

Електрическите задвижвания премахват много от тези изисквания.

Въпреки че механичните компоненти все още изискват периодична инспекция, липсата на сгъстен въздух и хидравлични течности опростява стратегиите за дългосрочна поддръжка.

Много предприятия, които прилагат програми за техническо обслужване, ориентирани към надеждността, все по-често разглеждат електрическите системи за задвижване като средство за намаляване на непланираните престои и натоварването при поддръжка.

Фигура 6. Параметрите на движението могат да се записват директно в задвижването, което опростява въвеждането в експлоатация и бъдещите промени в конфигурацията.

Индустриални приложения, при които електрическите задвижвания осигуряват най-голяма стойност

Въпреки че електрическите задвижвания могат да заменят много пневматични цилиндри, най-голямата възвръщаемост на инвестицията често се постига при приложения, изискващи гъвкавост, точност и повторяемост.

Не всяка машина се възползва еднакво от електрическото задвижване.

Простите приложения за избутване и прибиране, работещи непрекъснато при висока скорост, все още могат да предпочитат пневматичната технология поради по-ниските първоначални разходи.

Въпреки това приложенията, изискващи контролирано позициониране, смяна на продуктите или множество работни режими, често се възползват от електрически решения.

Някои от най-успешните внедрявания включват:

• Автоматизирани монтажни системи
• Опаковъчни машини
• Оборудване за опаковане в кашони
• Станции за инспекция на продукти
• Роботизирани системи за прехвърляне
• Линии за производство на електроника
• Линии за производство на медицински изделия
• Оборудване за производство на полупроводници

В тези среди възможността за промяна на параметрите на движението чрез софтуер, вместо чрез хардуерни настройки, създава значителни оперативни предимства.

Модернизация на опаковъчните машини

Опаковъчното оборудване представлява една от най-големите възможности за внедряване на електрически задвижвания.

Традиционните опаковъчни системи често съдържат десетки пневматични цилиндри, отговорни за:

• Позициониране на продукти
• Обработка на кашони
• Задействане на шибъри
• Отхвърляне на дефектни части
• Зареждане на кашони
• Позициониране на етикети

С увеличаването на разнообразието от продукти производителите често се затрудняват с продължителните процедури за пренастройване.

Механичните настройки стават необходими винаги когато размерите на опаковката се променят.

Електрическите задвижвания позволяват тези настройки да се извършват автоматично.

Вместо ръчно да преместват ограничителите и водачите, операторите просто избират нова продуктова рецепта.

След това машината автоматично регулира позициите на задвижванията според съхранените конфигурационни параметри.

Тази възможност значително намалява времето за пренастройване и същевременно подобрява повторяемостта.

Много производители на оригинално оборудване за опаковъчната промишленост вече комбинират електрически задвижвания с индустриални HMI системи, за да създадат удобни за потребителя интерфейси за настройка, които опростяват работата с машината.

Автоматизирани монтажни системи

Операциите по сглобяване често изискват значително по-висока прецизност на позициониране, отколкото пневматичните цилиндри могат надеждно да осигурят.

Компонентите трябва да бъдат точно подравнени, преди да се извършат операции по вмъкване, закрепване, заваряване или инспекция.

Електрическите изпълнителни механизми осигуряват повторяемо позициониране, което подпомага:

• Вмъкване на компоненти
• Сглобяване чрез запресоване
• Позициониране на крепежни елементи
• Монтаж на съединители
• Операции по прехвърляне на детайли

Тъй като позиционирането се определя чрез софтуер, инженерите могат лесно да променят профилите на движение с развитието на продуктите.

Тази гъвкавост става все по-ценна в производствени среди, в които се произвеждат множество варианти на продукти върху едно и също производствено оборудване.

Производство на храни и напитки

Предприятията за производство на храни продължават да проучват алтернативи на пневматичните системи както по оперативни причини, така и поради съображения за устойчивост.

Сгъстеният въздух остава широко използван в предприятията за преработка на храни, но намаляването на общото потребление на въздух може значително да подобри енергийната ефективност.

Електрическите изпълнителни механизми предлагат и допълнителни предимства, включително:

• Намалена консумация на енергия
• Подобрена прецизност на позиционирането
• По-ниски изисквания за поддръжка
• Опростени процедури за санитарна обработка
• Подобрена повторяемост на процесите

Приложения като пълнене, сортиране, опаковане и обработка на материали често се възползват от прецизните характеристики на управление, предлагани от електрическите системи за движение.

Предимства за производителите на машини и OEM дизайна

Производителите на машини са под постоянен натиск да намаляват инженерните усилия, като същевременно подобряват производителността на машините.

Интегрираните електрически изпълнителни механизми помагат за постигането и на двете цели.

Традиционните системи за управление на движението често изискват координация между множество доставчици, включително производители на изпълнителни механизми, доставчици на задвижвания, доставчици на кабели и доставчици на системи за управление.

Интегрираната платформа за изпълнителни механизми обединява голяма част от тази сложност.

Предимствата за OEM производителите включват:

• По-малък брой компоненти
• Опростен електрически дизайн
• По-бърз монтаж
• По-малки изисквания за пространство в електрическия шкаф
• Опростена документация
• По-кратки цикли на въвеждане в експлоатация

Тези предимства могат значително да намалят разходите за разработване на машини, като същевременно подобрят стандартизацията между различните платформи за оборудване.

Интеграция със съвременни PLC платформи

Една от причините електрическите изпълнителни механизми да продължават да набират популярност е съвместимостта им със съвременните индустриални системи за управление.

Архитектурата с прости цифрови входове позволява лесна интеграция с практически всяка PLC платформа.

Сред широко използваните платформи за интеграция са:

• Allen-Bradley ControlLogix
• Allen-Bradley CompactLogix
• Siemens SIMATIC S7
• Mitsubishi MELSEC iQ-R
• Omron CJ Series
• Schneider Modicon Quantum

Тъй като контролерът на изпълнителния механизъм извършва изчисленията на движението вътрешно, PLC контролерът трябва да подава само прости командни сигнали.

Тази архитектура минимизира необходимостта от програмиране, като същевременно запазва съвместимостта със съществуващата инфраструктура за автоматизация.

Кога пневматичните системи все още са подходящи

Въпреки предимствата на електрическите задвижващи механизми пневматичната технология остава изключително ефективна за много промишлени приложения.

Инженерите трябва обективно да оценяват изискванията, вместо да приемат, че по-новите технологии автоматично осигуряват най-доброто решение.

Пневматичните цилиндри често остават по-изгодни, когато:

• Изискват се изключително високи честоти на циклите
• Точността на позициониране не е критична
• Налична е съществуваща инфраструктура за сгъстен въздух
• Първоначалната цена е основният фактор
• Условията на околната среда са сурови
• Достатъчно е просто движение от край до край

Най-успешните инженерни решения се основават на оценка на общите разходи за жизнения цикъл, вместо на изключително фокусиране върху първоначалната покупна цена.

В много предприятия комбинацията от пневматични, хидравлични и електрически технологии за управление на движението осигурява оптималното решение.

Бъдещето на управлението на индустриалното движение

Бъдещето на индустриалната автоматизация вероятно ще включва все по-широко внедряване на интелигентни електрически системи за управление на движението.

Няколко индустриални тенденции продължават да ускоряват този преход:

• Инициативи за Индустрия 4.0
• Програми за предиктивна поддръжка
• Цели за енергийна ефективност
• Изисквания за гъвкаво производство
• Проекти за цифрова трансформация
• Недостиг на квалифицирани кадри

Интегрираните електрически задвижващи механизми едновременно решават много от тези предизвикателства.

Те осигуряват усъвършенствана диагностика, софтуерно конфигурируема работа, по-висока енергийна ефективност и опростена поддръжка, като същевременно остават достъпни за техници, запознати с традиционните системи за автоматизация.

С напредването на технологията на контролерите електрическите задвижващи механизми вероятно ще станат още по-лесни за внедряване, като същевременно предлагат все по-сложни възможности.

Заключение

Електрическите задвижващи механизми вече не са ограничени до сложни приложения със сервоуправление. Съвременни интегрирани решения като платформата SMC e-Actuator показват как електрическото управление на движението може да постигне простотата, традиционно свързвана с пневматичните системи, като същевременно осигурява предимствата на прецизността, гъвкавостта и ефективността на съвременната технология за управление на двигатели.

Чрез интегриране на контролерите директно в конструкцията на задвижващия механизъм, опростяване на изискванията за окабеляване и предоставяне на интуитивни софтуерни инструменти за конфигуриране, тези системи премахват много от пречките, които преди възпираха внедряването на електрическо управление на движението.

За производителите, които се стремят към по-висока ефективност, по-малко поддръжка, по-прецизно позициониране и по-голяма производствена гъвкавост, електрическите задвижващи механизми предлагат убедителна алтернатива на конвенционалните флуидни силови системи. Макар че пневматичните и хидравличните технологии ще продължат да изпълняват важни промишлени функции, интегрираните електрически решения за управление на движението се превръщат във все по-привлекателна опция за автоматизационните системи от следващо поколение.