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, надеждното силово действие и лесния монтаж. Един клапан се задейства, флуидът се придвижва, а задвижващият механизъм се изтласква или прибира. Концепцията е лесна за разбиране и още по-лесна за поддръжка.

Съвременните производствени предприятия обаче са изправени пред все по-голям натиск да подобрят енергийната ефективност, да намалят изискванията за поддръжка, да елиминират 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 производство на полупроводници и автоматизация на процеси.

За разлика от традиционните системи с флуидно задвижване, електрическите задвижващи механизми осигуряват прецизен контрол на позицията, програмируеми профили на движение, повтаряемо 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 дебита или механични настройки.

Исторически тези предимства бяха съпътствани от 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 областта на управлението на движението.

За много предприятия, особено за тези, които заменят обикновени пневматични цилиндри, тази сложност представляваше сериозна пречка пред внедряването.

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

В тази статия се разглежда платформата e-Actuator на SMC и се изследва как интегрираните електрически системи за управление на движението помагат на производителите да преминат от традиционните технологии за пренос на енергия чрез флуиди.

За предприятията, които модернизират инфраструктурата си за автоматизация, тези технологии все повече допълват усъвършенстваните 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 продължават да бъдат 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 при множество приложения.

Хидравличните системи продължават да доминират в приложенията, изискващи изключително висока изходна сила, включително преси, тежки машини, оборудване за формоване на метали и големи промишлени актуатори.

Въпреки тези предимства технологиите за флуидни силови системи създават редица експлоатационни предизвикателства.

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

Хидравличните системи създават различни предизвикателства. Замърсяването на течността, влошаването на състоянието на уплътненията, течовете, екологичните съображения и постоянните изисквания за поддръжка увеличават разходите през целия жизнен цикъл.

Електрическите актуатори се справят пряко с много от тези проблеми.

• Няма консумация на сгъстен въздух
• Не се изисква поддръжка на хидравлична течност
• Няма опасност от течове
• По-нисък работен шум
• Подобрена точност на позициониране
• Програмируеми профили на движение
• Интегрирана диагностика
• По-висока енергийна ефективност

Може би най-важното е, че електрическите актуатори осигуряват прецизен контрол върху движението, вместо просто да преместват механизма 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 актуатори предлагат значителни предимства по отношение на производителността, традиционните системи за управление на движението на базата на серво технология често изискват значително повече инженерни усилия от пневматичните инсталации.

Конвенционалното електрическо решение за управление на движението обикновено включва:

• Серво двигател
• Серво задвижване
• Контролер за управление на движението
• Обратна връзка от енкодер
• Комуникационна мрежа
• Софтуер за програмиране
• Оборудване за разпределение на електрозахранването
• Интегриране на системи 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 ненужни сложност и разходи.

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

Инженерните усилия, необходими за конфигуриране, пускане в експлоатация и поддръжка на традиционна система за управление на движението, често надхвърлят ползите при приложения с прости линейни движения.

Интегрираните електрически актуатори се стремят да преодолеят тази разлика, като осигуряват позициониране с производителност на серво система, същевременно запазвайки простотата на традиционните методи за управление на флуидни силови системи.

Концепцията за SMC e-Actuator

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

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

Тази архитектура значително опростява инсталирането.

Интегрираният контролер управлява автоматично:

• Управление на позицията
• Комкутация 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 командите за движение, докато вътрешният контролер извършва сложните изчисления и алгоритми за управление, които работят на заден план.

Фигура 2. Интегриран контролер със специални интерфейси за захранване, входове/изходи и конфигуриране.

Интегрирани контролери: опростяване на внедряването на електрически системи за движение

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

Традиционните серво системи често изискват обширно конфигуриране и специализирани познания.

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

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

• Захранващ вход 24 VDC
• Цифров интерфейс за входове/изходи
• Интерфейс за конфигуриране

Тази конструкция премахва голяма част от сложността на окабеляването, обичайно свързана 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 се възползва, тъй като 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 значително спомагателно оборудване, преди да може да работи дори един изпълнителен механизъм.

Тази инфраструктура може да включва:

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

Хидравличните системи също изискват значителни инвестиции в инфраструктура.

Тези системи обикновено включват помпи, резервоари, клапани, топлообменници, филтриращи системи и разклонени тръбопроводни мрежи.

Електрическите задвижващи механизми премахват много от тези изисквания.

Инфраструктура за разпределение на електроенергия вече съществува в повечето промишлени обекти. Прокарването на електрически 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 движение на места, където сгъстеният въздух може да не е наличен или инсталирането му да е прекалено скъпо.

Разбиране на захранващите и входно-изходните връзки

e-Actuator използва опростен подход към окабеляването, който съответства на обичайните практики в индустриалната автоматизация.

Захранващият конектор приема стандартно управляващо захранване от 24 VDC, което осигурява съвместимост със съществуващите индустриални 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 пиновете 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 задвижващият механизъм използва захранващото напрежение като вътрешна 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 минимизират електрическия шум и проблемите с комуникацията.

Инженерите, които интегрират електрически задвижващи 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.

Индустриални приложения, които се възползват най-много от електрически задвижващи механизми

Не всяко пневматично или хидравлично приложение трябва автоматично да се преобразува към електрическо движение.

Въпреки това някои приложения могат да се възползват значително от технологията на електрическите задвижващи механизми.

Примерите включват:

• Опаковъчни машини
• Системи за позициониране и преместване
• 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 повторяемо позициониране, гъвкави профили на движение и по-малки изисквания за поддръжка.

Електрическите задвижващи механизми предлагат предимства, които са трудни за постигане с традиционни системи за флуидна мощност.

С продължаващото внедряване на стратегии за интелигентни фабрики в производствената среда, електрически управляваните системи за движение все повече се съобразяват с целите на Индустрия 4.0, насочени към свързаност, диагностика, ефективност и оперативна видимост.

Софтуерно конфигуриране: Където електрическото движение става практично

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

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

Целта на платформата e-Actuator е коренно различна.

Вместо да показва стотици параметри на движението, софтуерът се фокусира само върху конфигурирането на настройките, необходими за обичайни индустриални приложения.

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

Конфигурационният софтуер автоматично идентифицира модела на свързания изпълнителен 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 с помощта на 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 изпълнителния механизъм
• Дължина на хода
• Версия на контролера
• Налични работни режими
• Текущи настройки на параметрите

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

За производителите на машини, които внедряват множество изпълнителни 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 функционират пневматичните разпределителни клапани.

Чрез възпроизвеждане на тези методи на управление кривата на обучение за електрическо движение 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, изпълнителният механизъм се придвижва към зададената позиция.

Когато сигналът бъде премахнат, изпълнителният механизъм автоматично се връща в изходната си позиция.

Този работен режим е идеален за:

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

Много приложения с пневматични цилиндри могат да бъдат директно заменени с 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 управлява разтварянето, а втори вход управлява прибирането.

Изпълнителният 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
• Оборудване за опаковане

Режим със затворен център

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

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

Това позволява управление в три позиции само с 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 движение.

Приложенията включват:

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

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

Преодоляване на разликата между пневматиката и сервоуправлението

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

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

Електрическите изпълнителни механизми заемат уникална позиция в този преход.

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

Този баланс е особено привлекателен за производителите на машини, които разработват оборудване за клиенти, разполагащи с ограничен опит в специализираното управление на движението.

Елементарните цифрови команди остават познати на техническия персонал по поддръжката, а 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 върху 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 изпълнителни механизми решават тези проблеми чрез програмируеми профили на движение.

Контролерът непрекъснато регулира изходната мощност на двигателя, за да осигури контролирано движение по цялата траектория на хода.

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 машините и качеството на продуктите.

Само това предимство често е достатъчно основание за преминаване от пневматични системи към технологии за електрическо задвижване.

Конфигуриране на параметрите за скорост, ускорение и позиция

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

При пневматичните цилиндри инженерите обикновено регулират клапаните за управление на дебита и настройките на регулатора, за да влияят върху скоростта. Макар този подход да работи за много приложения, характеристиките могат да варират в зависимост от условията на натоварване, 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 дебита, инженерите могат да задават точни стойности за:

• Скорост на ускоряване
• Максимална скорост на движение
• Скорост на забавяне
• Целеви позиции
• Междинни позиции
• Време за преместване

Това ниво на контрол значително подобрява постоянството между производствените цикли.

Всяко движение следва един и същ профил независимо от незначителни промени в околната среда или условията на работа.

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 разгъваше и прибираше бързо, системата постигаше целта си.

Днешната производствена среда изисква много повече.

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

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 ускорят, да поддържат контролирана скорост на движение и плавно да намалят 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
• Намалени 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.

Конфигуриране на позиционирането 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 задават 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
• Автоматизирани пренастройки
• 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 енергетика към електрическо задвижване е тясно свързан с по-широките инициативи на Индустрия 4.0.

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

Пневматичните цилиндри обикновено предлагат ограничена обратна връзка.

В най-добрия случай инженерите могат да монтират външни сензори, за да определят крайните изходно и прибрано положения.

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

Примерите включват:

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

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

Когато са интегрирани с модерни индустриални комуникационни мрежи и индустриални компютърни 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 използването 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 при:

• Неефективност при компресията
• Загуби в разпределителните тръбопроводи
• Падове на налягането
• Изтичане на въздух
• Загуби във вентилите
• Загуби при изпускане

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

Електрическите задвижващи механизми преобразуват електрическата енергия директно в механично движение.

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

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

Тези икономии често подобряват изчислената обща 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 енергетика изискват постоянна поддръжка, за да се гарантира надеждна работа.

Обичайните дейности по поддръжката включват:

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

Електрическите задвижващи механизми 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, внедряващи програми за техническо обслужване, ориентирано 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 задвижващия механизъм, което улеснява пускането в експлоатация и бъдещите промени в конфигурацията.

Индустриални приложения, при които електрическите задвижващи механизми носят най-голяма стойност

Въпреки че електрическите задвижващи механизми 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 в еднаква степен от електрическото задвижване.

Прости приложения за избутване и прибиране, работещи непрекъснато с 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 системи за сглобяване
• Опаковъчни машини
• Оборудване за опаковане в кашони
• Станции за инспекция на продукти
• Роботизирани системи за трансфер
• Електронни производствени линии
• Производствени линии за 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 задвижващи механизми.

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

• Позициониране на продукти
• Работа с картонени кутии
• Задвижване на шибъри
• Отхвърляне на детайли
• Зареждане на кашони
• Позициониране на етикети

С увеличаването на разнообразието от продукти производителите често изпитват затруднения с продължителните процедури за пренастройване.

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

Електрическите задвижващи механизми позволяват тези настройки да се извършват автоматично.

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

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

Тази възможност значително съкращава времето за пренастройване, като същевременно подобрява повторяемостта.

Много OEM производители на опаковъчно оборудване вече комбинират електрически задвижващи механизми с индустриални HMI системи, за да създадат удобни за потребителя интерфейси за настройка, които улесняват работата с машината.

Автоматизирани системи за сглобяване

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

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

Електрическите задвижващи механизми осигуряват повторяемо позициониране, което подпомага:

• Вмъкване на компоненти
• Монтаж чрез запресоване
• Позициониране на крепежни елементи
• Монтаж на конектори
• 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 по причини, свързани с устойчивото развитие.

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 задвижващи механизми предлагат и допълнителни предимства, включително:

• Намалено потребление на енергия
• Подобрена постоянност на позиционирането
• По-ниски изисквания за поддръжка
• Опростени процедури за санитарна обработка
• Подобрена повторяемост на процеса

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

Предимства при проектирането за производители на машини и оригинално оборудване

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

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

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

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

Предимствата за производителите на оригинално оборудване включват:

• Намален брой компоненти
• Опростен електрически дизайн
• По-бърз монтаж
• Намалени изисквания за пространство в електрическия шкаф
• Опростена документация
• По-кратки цикли на пускане в експлоатация

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

Интеграция със съвременни PLC платформи

Една от причините електрическите задвижващи 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
• Серия Omron CJ
• Schneider Modicon Quantum

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

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

Кога пневматичните системи все още са подходящи

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

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

Пневматичните цилиндри често остават по-изгодни, когато:

• Необходими са изключително високи честоти на циклите
• Точността на позициониране не е критична
• Налице е съществуваща инфраструктура за сгъстен въздух
• Първоначалната цена е основната грижа
• Условията на околната среда са сурови
• Достатъчно е просто движение от край до край

Най-успешните инженерни решения произтичат от оценка на общите разходи за целия жизнен цикъл, вместо от изключително фокусиране върху първоначалната покупна цена.

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

Бъдещето на управлението на индустриалните задвижвания

Бъдещето на индустриалната автоматизация вероятно ще включва все по-широко внедряване на интелигентни системи за електрическо задвижване.

Няколко тенденции в индустрията продължават да стимулират този преход:

• Инициативи по 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 задвижвания едновременно решават много от тези предизвикателства.

Те осигуряват подобрена диагностика, работа с конфигуриране чрез софтуер, по-висока енергийна ефективност и опростена поддръжка, като същевременно остават достъпни за техници, запознати с традиционните автоматизационни системи.

С развитието на технологията на контролерите електрическите задвижвания вероятно ще стават още по-лесни за внедряване, като същевременно предлагат все по-усъвършенствани възможности.

Заключение

Електрическите задвижвания вече не са ограничени до сложни приложения със сервоуправление. Съвременните интегрирани решения, като платформата SMC e-Actuator, показват как електрическото задвижване може да постигне простотата, традиционно свързвана с пневматичните системи, като същевременно осигурява предимствата на съвременната технология за управление на двигатели — прецизност, гъвкавост и ефективност.

Чрез интегриране на контролерите директно в сглобения възел на задвижването, опростяване на изискванията за окабеляване и предоставяне на интуитивни софтуерни инструменти за конфигуриране, тези системи премахват много от пречките, които преди са възпрепятствали внедряването на електрически задвижвания.

За производителите, които се стремят към по-висока ефективност, по-малко поддръжка, по-точно позициониране и по-голяма производствена гъвкавост, електрическите задвижвания са убедителна алтернатива на конвенционалните флуидни силови системи. Макар че пневматичните и хидравличните технологии ще продължат да изпълняват важни роли в промишлеността, интегрираните решения за електрическо задвижване се превръщат във все по-привлекателна опция за автоматизационните системи от следващо поколение.