Elektrické pohony navržené jako náhrada hydraulických systémů: Praktická příručka průmyslové automatizace

Desítky let dominovaly průmyslovému řízení pohybu pneumatické válce a hydraulické pohony. Jejich popularita vychází z jednoduchých metod řízení, robustního výkonu síly a snadné instalace. Ventil se aktivuje, kapalina se pohybuje a pohon se vysouvá nebo zasouvá. Koncept je snadno pochopitelný a ještě snáze udržovatelný.

Moderní výrobní zařízení však čelí rostoucím tlakům na zlepšení energetické účinnosti, snížení nároků na údržbu, eliminaci úniků a dosažení vyšší přesnosti polohování. Tyto požadavky urychlily přijetí elektrických pohonů v průmyslových odvětvích od balení a montáže až po výrobu polovodičů a procesní automatizaci.

Na rozdíl od tradičních systémů poháněných kapalinou poskytují elektrické pohony přesné řízení polohy, programovatelné pohybové profily, opakovatelný pohyb a diagnostické schopnosti v reálném čase. Inženýři mohou řídit zrychlení, rychlost, zpomalení a zastavovací polohu bez závislosti na regulátorech tlaku, řízení průtoku nebo mechanických úpravách.

Historicky tyto výhody přicházely s významnou nevýhodou. Elektrické pohony často vyžadovaly servo pohony, programování PLC, komunikační sítě, ladicí software, zpětnovazební enkodéry a specializované znalosti řízení pohybu.

Pro mnoho zařízení, zejména těch, která nahrazují jednoduché pneumatické válce, byla tato složitost hlavní překážkou přijetí.

Moderní integrované platformy elektrických pohonů se snaží tento problém odstranit kombinací mechaniky pohonu, elektroniky řízení motoru a konfiguračního softwaru do jednoho balíčku. Výsledkem je systém, který přináší výhody elektrického pohybu a zároveň zachovává provozní jednoduchost, díky níž byly pneumatické systémy tak oblíbené.

Tento článek zkoumá platformu e-Actuator od SMC a ukazuje, jak integrované elektrické pohonné systémy pomáhají výrobcům přecházet od tradičních technologií poháněných kapalinou.

Pro zařízení modernizující automatizační infrastrukturu tyto technologie stále častěji doplňují pokročilé PLC & PAC systémy, průmyslové HMI platformy a řešení pro řízení pohybu používané v moderních výrobních provozech.

Obrázek 1. Řada e-Actuator v demonstrační jednotce od SMC.

Proč výrobci nahrazují pneumatické a hydraulické pohony

Pneumatické systémy zůstávají jednou z nejrozšířenějších technologií pohybu v průmyslové automatizaci. Stlačený vzduch je ve většině továren snadno dostupný a pneumatické válce nabízejí spolehlivý provoz pro mnoho aplikací.

Hydraulické systémy nadále dominují aplikacím vyžadujícím extrémně vysoký výstup síly, včetně lisů, těžkých strojů, zařízení pro tváření kovů a velkých průmyslových akčních členů.

Navzdory těmto výhodám přinášejí technologie kapalinové energie několik provozních výzev.

Systémy se stlačeným vzduchem jsou inherentně neefektivní. Významné energetické ztráty vznikají při stlačování vzduchu, distribuci, skladování a výfuku. Úniky vzduchu se často vyvíjejí v průběhu stárnutí zařízení, což zvyšuje náklady na energii bez přínosu užitečné práce.

Hydraulické systémy představují jiné problémy. Kontaminace kapaliny, degradace těsnění, úniky, environmentální aspekty a průběžné požadavky na údržbu zvyšují náklady na životní cyklus.

Elektrické akční členy řeší mnoho z těchto problémů přímo.

• Žádná spotřeba stlačeného vzduchu
• Žádná údržba hydraulické kapaliny
• Žádné obavy z úniků
• Nižší provozní hluk
• Zlepšená přesnost polohování
• Programovatelné profily pohybu
• Integrovaná diagnostika
• Vyšší energetická účinnost

Možná nejdůležitější je, že elektrické akční členy poskytují přesnou kontrolu nad pohybem, nikoli pouze pohyb mezi dvěma pevnými koncovými body.

Tato schopnost umožňuje inženýrům vytvářet flexibilní výrobní systémy schopné podporovat více produktů, receptur a provozních režimů bez mechanických úprav.

Tradiční složitost elektrických pohonných systémů

Ačkoli elektrické akční členy nabízejí významné výkonnostní výhody, tradiční servopohony často vyžadují podstatně více inženýrského úsilí než pneumatické instalace.

Konvenční elektrické řešení pohybu obvykle zahrnuje:

• Servo motor
• Servo pohon
• Řídicí jednotka pohybu
• Zpětná vazba enkodéru
• Komunikační síť
• Programovací software
• Hardware pro distribuci energie
• Integrace bezpečnosti

V mnoha průmyslových zařízeních inženýři jednoduše potřebují, aby válec přešel z pozice A do pozice B. Instalace kompletního servosystému pro tak jednoduchý požadavek může přinést zbytečnou složitost a náklady.

Tento problém vysvětluje, proč jsou pneumatické válce stále běžné i přes jejich omezení.

Inženýrské úsilí potřebné k nastavení, uvedení do provozu a údržbě tradičního systému řízení pohybu často převyšuje přínosy u jednoduchých aplikací lineárního pohybu.

Integrované elektrické akční členy se snaží překlenout tuto mezeru tím, že poskytují polohovací výkon na úrovni serva a zároveň zachovávají jednoduchost tradičních metod řízení pomocí kapalinové energie.

Pochopení konceptu SMC e-Actuator

Řada SMC EQFS e-Actuator přistupuje k řízení pohybu z praktického hlediska.

Místo toho, aby inženýři museli kupovat samostatné motory, pohony, zpětné vazby a řídicí jednotky, integruje akční člen tyto komponenty do kompaktní sestavy.

Tato architektura výrazně snižuje složitost instalace.

Integrovaný řadič automaticky spravuje:

• Řízení polohy
• Komutace motoru
• Řízení zrychlení
• Řízení zpomalení
• Zpětná vazba polohy
• Sekvenování pohybu
• Monitorování poruch

Výsledkem je, že uživatel pracuje s aktuátorem podobně jako s pneumatickým válcem.

Jednoduché digitální vstupy řídí pohyb, zatímco interní řadič zpracovává složité výpočty a řídicí algoritmy na pozadí.

Obrázek 2. Integrovaný řadič s vyhrazenými rozhraními pro napájení, I/O a konfiguraci.

Integrované řídicí jednotky: Zjednodušení nasazení elektrického pohybu

Jednou z největších překážek při zavádění elektrických pohonů byla historicky složitost řídicích jednotek.

Tradiční servosystémy často vyžadují rozsáhlou konfiguraci a specializované znalosti.

Integrované řídicí architektury zjednodušují nasazení tím, že vkládají inteligenci pohybu přímo do sestavy aktuátoru.

Z hlediska instalace inženýři pracují především se třemi připojeními:

• Napájení 24 V DC
• Digitální I/O rozhraní
• Konfigurační rozhraní

Tento design eliminuje velkou část složitosti zapojení, která je běžná u samostatných systémů řízení pohybu.

Výrobci strojů profitují z menších požadavků na prostor v rozvaděči, zjednodušené dokumentace a rychlejších uvedení do provozu.

Údržbářský personál také těží z toho, že diagnostika poruch je výrazně jednodušší, když pohon a aktuátor fungují jako jednotný systém.

Výhody elektrické infrastruktury oproti fluidním systémům

Jednou z často přehlížených výhod elektrických pohonů je infrastruktura zařízení.

Pneumatické systémy vyžadují rozsáhlé podpůrné vybavení, než může fungovat jediný pohon.

Tato infrastruktura může zahrnovat:

• Vzduchové kompresory
• Sušičky
• Filtry
• Regulátory tlaku
• Zásobní nádrže
• Distribuční potrubí
• Programy pro řízení úniků

Hydraulické systémy vyžadují stejně rozsáhlé investice do infrastruktury.

Tyto systémy obvykle zahrnují čerpadla, zásobníky, ventily, výměníky tepla, filtrační systémy a rozsáhlé potrubní sítě.

Elektrické pohony eliminují mnoho z těchto požadavků.

Infrastruktura pro distribuci energie již existuje ve většině průmyslových zařízení. Prodloužení elektrických připojení do vzdálených míst je často výrazně jednodušší než instalace nových sítí stlačeného vzduchu nebo hydrauliky.

Tato výhoda je obzvláště důležitá při rozšiřování a modernizaci zařízení.

Inženýři mohou nasadit pohybové systémy na místech, kde není k dispozici stlačený vzduch nebo je jeho instalace příliš nákladná.

Pochopení napájení a I/O připojení

e-Actuator využívá jednoduchý způsob zapojení, který odpovídá běžným průmyslovým automatizačním praktikám.

Napájecí konektor přijímá standardní 24 VDC řídicí napájení, což umožňuje kompatibilitu s existujícími průmyslovými napájecími systémy.

Většina moderních automatizačních platforem již využívá 24 VDC napájecí architekturu pro senzory, řadiče, HMI a komunikační zařízení.

Tato kompatibilita usnadňuje integraci systému.

Obrázek 3. Přiřazení pinů napájení a digitálního I/O používané integrovaným řadičem.

Architektura digitálního vstupu se mírně liší od mnoha konvenčních PLC vstupních modulů.

Protože pohon interně odkazuje na napájecí napětí, musí externí zařízení sdílet společný elektrický referenční bod.

Pochopení tohoto vztahu je důležité během integrace systému.

Správné uzemnění a řízení společného referenčního bodu pomáhají zajistit spolehlivý provoz a minimalizovat elektrický šum a komunikační problémy.

Inženýři integrující elektrické pohony se systémy Allen-Bradley ControlLogix, Siemens SIMATIC S7 nebo Schneider Modicon Quantum by měli během instalace ověřit běžné praktiky společného napájecího referenčního bodu.

Průmyslové aplikace, které nejvíce profitují z elektrických pohonů

Ne každá pneumatická nebo hydraulická aplikace by měla být automaticky převedena na elektrický pohyb.

Nicméně některé aplikace mohou výrazně těžit z technologie elektrických pohonů.

Příklady zahrnují:

• Obalové stroje
• Systémy pick-and-place
• Montážní zařízení
• Výroba elektroniky
• Farmaceutické zpracování
• Výroba potravin a nápojů
• Laboratorní automatizace
• Zařízení pro polovodiče

Tyto aplikace často vyžadují opakovatelnou polohu, flexibilní pohybové profily a snížené nároky na údržbu.

Elektrické pohony přinášejí výhody, které je obtížné dosáhnout pomocí tradičních systémů s kapalinovým pohonem.

Jak výrobní prostředí stále více přijímají strategie chytrých továren, elektricky řízené pohybové systémy se stále více sladí s cíli Průmyslu 4.0 zaměřenými na konektivitu, diagnostiku, efektivitu a provozní přehlednost.

Softwarová konfigurace: Kde se elektrický pohyb stává praktickým

Pro mnoho inženýrů představuje softwarová konfigurace největší obavu při přechodu z pneumatických válců na elektrické pohony.

Tradiční platformy pro řízení pohybu často vyžadují rozsáhlé nastavení parametrů, mapování komunikace, konfiguraci os, ladicí postupy a programátorské znalosti.

Cíl platformy e-Actuator je zásadně odlišný.

Místo vystavení stovek parametrů pohybu se software zaměřuje pouze na nastavení potřebná pro běžné průmyslové aplikace.

Tento přístup výrazně zkracuje dobu uvádění do provozu a zároveň zachovává výhody elektrického pohybu.

Konfigurační software automaticky identifikuje připojený model pohonu a zobrazí pouze relevantní parametry k úpravě.

Díky tomu inženýři tráví méně času procházením složitých menu a více času optimalizací výkonu stroje.

Připojení k nástroji e-Actuator Setup Tool

Konfigurace se provádí pomocí vyhrazeného nástroje e-Actuator Setup Tool poskytovaného společností SMC.

Software komunikuje přes vyhrazený konfigurační port M12 umístěný na integrovaném řadiči.

Po navázání komunikace software automaticky detekuje:

• Typ pohonu
• Délka zdvihu
• Verze řadiče
• Dostupné provozní režimy
• Aktuální nastavení parametrů

Tento automatický detekční proces eliminuje mnoho manuálních nastavení tradičně spojených se servosystémy.

Pro výrobce strojů nasazující více pohonů může tato schopnost výrazně zkrátit dobu spuštění.

Technici při uvádění do provozu mohou rychle ověřit konfigurace, upravit nastavení a potvrdit funkčnost bez rozsáhlých programovacích znalostí.

Obrázek 4. Dostupné provozní režimy v nástroji e-Actuator Setup Tool.

Vysvětlení provozních režimů

Jedním z nejvíce inovativních aspektů platformy je její schopnost napodobit známé chování pneumatických ventilů.

Údržbáři a obsluha strojů již rozumí fungování pneumatických směrových ventilů.

Replikací těchto metod řízení se výrazně zkracuje křivka učení elektrického pohybu.

Platforma nabízí tři hlavní provozní režimy.

Režim s jedním solenoidem

Tento režim se chová podobně jako pneumatický ventil s pružinovým návratem.

Když je aktivován digitální vstup, pohon se pohybuje směrem k požadované pozici.

Když je signál odstraněn, pohon se automaticky vrátí do výchozí polohy.

Tento provozní režim je ideální pro:

• Systémy pro vyhazování dílů
• Jednoduchá polohovací zařízení
• Upínací mechanismy
• Odmítací brány
• Nakládací stanice

Mnoho aplikací pneumatických válců lze tímto způsobem řízení přímo nahradit.

Režim s dvojitým solenoidem

Režim s dvojitým solenoidem napodobuje chování dvousolenoidového směrového ventilu běžně používaného v pneumatické automatizaci.

Jeden digitální vstup řídí vysunutí, zatímco druhý vstup řídí zasunutí.

Pohon si udržuje svou pozici, dokud není přijmut nový příkaz.

Tento přístup nabízí větší flexibilitu řízení a velmi se podobá tradičním návrhům průmyslových strojů.

Aplikace zahrnují:

• Přenosové systémy
• Zařízení pro manipulaci s materiálem
• Automatizované montážní stanice
• Indexační mechanismy
• Baličky zařízení

Režim uzavřeného středu

Režim uzavřeného středu zavádí schopnost, která není dostupná u většiny konvenčních pneumatických válců.

Kromě pozic vysunutí a zasunutí se pohon může přesunout do mezilehlé pozice.

To umožňuje řízení ve třech pozicích pouze se dvěma digitálními vstupy.

Schopnost zastavit na konfigurovatelné střední pozici vytváří příležitosti pro sofistikovanější provoz stroje bez nutnosti plnohodnotného servo řadiče pohybu.

Aplikace zahrnují:

• Manipulace s díly na více pozicích
• Třídicí systémy
• Kontrolní stanice
• Převodní mechanismy
• Systémy polohování výrobků

Tato funkce zdůrazňuje jednu z hlavních výhod elektrických pohonů oproti konvenčním technologiím poháněným kapalinou.

Překlenutí propasti mezi pneumatikou a servo řízením

Provozní režimy ukazují důležitý trend v průmyslové automatizaci.

Výrobci stále častěji hledají řešení, která kombinují jednoduchost tradiční automatizace s flexibilitou moderních digitálních technologií.

Elektrické pohony zaujímají jedinečnou pozici v tomto přechodu.

Poskytují výrazně větší funkčnost než pneumatické válce a zároveň se vyhýbají většině složitosti spojené s plnohodnotnými servo pohybovými platformami.

Tato rovnováha je zvláště atraktivní pro výrobce strojů, kteří vyvíjejí zařízení pro zákazníky bez specializovaných znalostí řízení pohybu.

Jednoduché digitální příkazy jsou stále známé údržbářům, zatímco pokročilé pohybové profily jsou k dispozici inženýrským týmům.

Výhody integrovaných pohybových profilů

Jedním z největších omezení pneumatických válců je nedostatek přesné kontroly pohybu.

I když průtokové regulátory mohou ovlivnit rychlost, dosažení opakovatelných profilů zrychlení a zpomalení zůstává obtížné.

Pneumatické válce se obvykle pohybují tak rychle, jak to dovoluje tlak systému a zatížení.

To často způsobuje:

• Mechanický náraz
• Poškození výrobku
• Generování hluku
• Opotřebení součástí
• Snížená přesnost polohování

Elektrické pohony řeší tyto problémy pomocí programovatelných pohybových profilů.

Řadič neustále reguluje výkon motoru, aby dosáhl řízeného pohybu po celé dráze.

To vede k plynulejšímu provozu, lepší opakovatelnosti a delší životnosti zařízení.

V prostředí rychlé výroby může snížení nárazových sil výrazně zlepšit spolehlivost strojů a kvalitu výrobků.

Tato výhoda sama často ospravedlňuje přechod z pneumatických systémů na elektrické pohybové technologie.

Konfigurace parametrů rychlosti, zrychlení a polohy

Možná největší výhodou elektrických pohonů oproti systémům poháněným kapalinou je úplná kontrola nad charakteristikami pohybu.

U pneumatických válců inženýři obvykle upravují regulační ventily a nastavení regulátorů, aby ovlivnili rychlost. Tento přístup funguje u mnoha aplikací, ale výkon může kolísat v závislosti na zatížení, výkyvech tlaku vzduchu a opotřebení komponent.

Elektrické pohony eliminují tyto proměnné tím, že umožňují definovat parametry pohybu přímo v řídicím systému.

Místo spoléhání se na omezení tlaku a průtoku mohou inženýři stanovit přesné hodnoty pro:

• Rychlost zrychlení
• Maximální rychlost pohybu
• Rychlost zpomalení
• Cílové polohy
• Mezilehlé polohy
• Časování pohybu

Tato úroveň kontroly výrazně zlepšuje konzistenci napříč výrobními cykly.

Každý pohyb následuje stejný profil bez ohledu na drobné environmentální nebo provozní odchylky.

Obrázek 5. Nastavení polohy, rychlosti, zrychlení a zpomalení lze konfigurovat pomocí softwaru pro nastavení.

Proč jsou pohybové profily důležité v moderní výrobě

Kvalita pohybu se stává stále důležitější, jak se výrobní systémy vyvíjejí.

Starší výrobní zařízení často upřednostňovalo rychlost nade vše. Dokud válec rychle vysouval a zasouval, systém plnil svůj cíl.

Dnešní výrobní prostředí vyžaduje mnohem více.

Výrobní linky nyní zpracovávají jemné produkty, lehké materiály, přesné sestavy a vysoce přizpůsobené varianty produktů.

Nadměrné nárazové síly mohou poškodit produkty, snížit kvalitu a urychlit opotřebení zařízení.

Programovatelné pohybové profily pomáhají tyto problémy eliminovat.

Místo nárazového zastavení o mechanické dorazy mohou elektrické pohony postupně zrychlovat, udržovat kontrolovanou rychlost pohybu a plynule zpomalovat před dosažením cílové polohy.

Mezi přínosy patří:

• Snížený mechanický náraz
• Nižší úroveň vibrací
• Zlepšená kvalita produktu
• Delší životnost stroje
• Snížené náklady na údržbu
• Vyšší přesnost polohování

Tyto výhody jsou obzvláště důležité v odvětvích jako výroba elektroniky, farmaceutická produkce, výroba polovodičů a automatizované montážní operace.

Konfigurovatelné polohování za mechanickými dorazy

Tradiční pneumatické válce obvykle pracují mezi dvěma pevnými mechanickými koncovými body.

Pokud je potřeba jiná poloha, inženýři často musí instalovat mechanické dorazy, přepracovat hardware nebo zvolit jinou délku zdvihu pohonu.

Elektrické pohony poskytují výrazně větší flexibilitu.

Software umožňuje inženýrům definovat provozní polohy nezávisle na fyzických limitech pohybu pohonu.

To znamená, že jeden pohon může podporovat více konfigurací stroje bez mechanických úprav.

Příklady zahrnují:

• Produktově specifické receptury
• Různé velikosti balení
• Flexibilní montážní operace
• Automatizované přepínání
• Adaptivní výrobní systémy

Jak výrobci stále více usilují o flexibilní výrobní strategie, tato schopnost se stává významnou konkurenční výhodou.

Místo fyzického nastavování strojů mezi výrobními cykly mohou operátoři jednoduše vybrat nový recept přes rozhraní stroje.

Pohon se automaticky pohybuje podle nových konfiguračních parametrů.

Výhody Průmyslu 4.0 a chytré výroby

Přechod od pohonu kapalinou k elektrickému pohybu úzce souvisí s širšími iniciativami Průmyslu 4.0.

Moderní továrny stále více spoléhají na propojené zařízení schopné poskytovat provozní přehled, diagnostické informace a analýzy výkonu.

Pneumatické válce obvykle nabízejí omezenou zpětnou vazbu.

V nejlepším případě mohou inženýři instalovat externí senzory pro určení vysunuté a zasunuté polohy.

Elektrické pohony přirozeně generují mnohem bohatší provozní data.

Příklady zahrnují:

• Zpětná vazba polohy
• Stav pohybu
• Počty cyklů
• Stavy chyb
• Časování pohybu
• Vývoj výkonu
• Provozní historie

Tyto informace mohou podpořit iniciativy prediktivní údržby a zlepšit celkovou efektivitu zařízení.

Při integraci s moderními průmyslovými komunikačními sítěmi a průmyslovými výpočetními platformami se elektrické pohony stávají cennými zdroji dat v propojených výrobních prostředích.

Porovnání energetické účinnosti: elektrické vs pneumatické systémy

Energetická účinnost zůstává jedním z nejsilnějších argumentů pro zavádění elektrických pohonů.

Stlačený vzduch je často označován za jednu z nejdražších služeb ve výrobním závodě.

Výroba stlačeného vzduchu vyžaduje značnou elektrickou energii.

Další ztráty vznikají prostřednictvím:

• Neúčinnosti komprese
• Ztráty v rozvodních potrubích
• Poklesy tlaku
• Úniky vzduchu
• Ztráty na ventilech
• Ztráty výfukem

Průmyslové studie často odhadují, že významné procento stlačeného vzduchu vyrobeného ve výrobních závodech nikdy neplní užitečnou práci.

Elektrické pohony přímo přeměňují elektrickou energii na mechanický pohyb.

Tento přímý konverzní proces obvykle dosahuje mnohem vyšší celkové účinnosti systému.

Pro provozy s stovkami pohonů na více výrobních linkách mohou kumulativní úspory energie být značné.

Tyto úspory často zlepšují celkový výpočet nákladů na vlastnictví při porovnávání elektrických a pneumatických technologií.

Snižování požadavků na údržbu

Úvahy o údržbě přesahují spotřebu energie.

Systémy poháněné kapalinou vyžadují průběžnou pozornost pro zajištění spolehlivého provozu.

Běžné údržbové činnosti zahrnují:

• Detekce úniků
• Výměna těsnění
• Údržba filtru
• Nastavení tlaku
• Řízení mazání
• Monitorování kvality vzduchu
• Výměna hydraulické kapaliny

Elektrické pohony eliminují mnoho z těchto požadavků.

Ačkoli mechanické součásti stále vyžadují pravidelnou kontrolu, absence stlačeného vzduchu a hydraulických kapalin zjednodušuje dlouhodobé strategie údržby.

Mnoho provozů, které usilují o programy údržby zaměřené na spolehlivost, stále častěji považuje elektrické pohony za způsob, jak snížit neplánované prostoje a pracovní zátěž údržby.

Obrázek 6. Parametry pohybu lze přímo zapsat do pohonu, což zjednodušuje uvedení do provozu a budoucí změny konfigurace.

Průmyslové aplikace, kde elektrické pohony přinášejí největší hodnotu

Ačkoli elektrické pohony mohou nahradit mnoho pneumatických válců, největší návratnost investice se často dosahuje v aplikacích vyžadujících flexibilitu, přesnost a opakovatelnost.

Ne každý stroj má z elektrického pohybu stejný prospěch.

Jednoduché aplikace s tlačením a zatahováním, které pracují nepřetržitě vysokou rychlostí, mohou stále preferovat pneumatickou technologii kvůli nižším počátečním nákladům.

Aplikace vyžadující řízené polohování, přestavby produktů nebo více provozních režimů často těží z elektrických řešení.

Některé z nejúspěšnějších nasazení zahrnují:

• Automatizované montážní systémy
• Obalové stroje
• Zařízení pro balení do krabic
• Stanice pro kontrolu produktů
• Robotické přenosové systémy
• Linky pro výrobu elektroniky
• Výroba lékařských přístrojů
• Zařízení pro zpracování polovodičů

V těchto prostředích schopnost měnit parametry pohybu pomocí softwaru místo hardwarových úprav přináší významné provozní výhody.

Modernizace obalových strojů

Obalové zařízení představuje jednu z největších příležitostí pro zavedení elektrických pohonů.

Tradiční obalové systémy často obsahují desítky pneumatických válců odpovědných za:

• Umístění produktu
• Manipulace s kartony
• Ovládání brány
• Odmítání dílů
• Nakládání krabic
• Umístění etikety

S rostoucí rozmanitostí produktů výrobci často bojují s dlouhými postupy přestavby.

Mechanické úpravy jsou nutné vždy, když se změní rozměry obalu.

Elektrické pohony umožňují, aby tyto úpravy probíhaly automaticky.

Místo ručního přemísťování dorazů a vodítek operátoři jednoduše vyberou nový výrobní recept.

Stroj pak automaticky upraví polohy pohonů podle uložených konfiguračních parametrů.

Tato schopnost výrazně zkracuje dobu přestavby a zároveň zlepšuje opakovatelnost.

Mnoho výrobců obalových strojů nyní kombinuje elektrické pohony s průmyslovými HMI systémy, aby vytvořili uživatelsky přívětivá rozhraní pro nastavení, která zjednodušují obsluhu strojů.

Automatizované montážní systémy

Montážní operace často vyžadují mnohem větší přesnost polohování, než jakou pneumatické válce spolehlivě poskytují.

Komponenty musí být přesně zarovnány před vložením, upevněním, svařováním nebo kontrolou.

Elektrické pohony nabízejí opakovatelné polohování, které podporuje:

• Vkládání komponent
• Lisovací montáž
• Polohování upevňovacích prvků
• Instalace konektorů
• Přesun dílů

Protože polohování je definováno softwarem, inženýři mohou snadno upravovat profily pohybu, jak se produkty vyvíjejí.

Tato flexibilita je stále cennější v výrobních prostředích, která produkují více variant produktů na sdíleném výrobním zařízení.

Výroba potravin a nápojů

Potravinářské výrobní závody nadále zkoumají alternativy k pneumatickým systémům jak z provozních, tak z udržitelných důvodů.

Stlačený vzduch je stále běžný v potravinářských závodech, ale snížení celkové spotřeby vzduchu může výrazně zlepšit energetickou účinnost.

Elektrické pohony poskytují další výhody včetně:

• Snížená spotřeba energie
• Zlepšená konzistence polohování
• Nižší požadavky na údržbu
• Zjednodušené postupy sanitace
• Zlepšená opakovatelnost procesu

Aplikace jako plnění, třídění, balení a manipulace s materiálem často těží z přesných řídicích vlastností elektrických pohybových systémů.

Výhody pro stavitele strojů a OEM design

Stavitelé strojů čelí neustálému tlaku na snížení inženýrské náročnosti a zároveň zlepšení výkonu strojů.

Integrované elektrické pohony pomáhají dosáhnout obou těchto cílů.

Tradiční pohybové systémy často vyžadují koordinaci mezi více dodavateli, včetně výrobců pohonů, dodavatelů pohonů, dodavatelů kabelů a poskytovatelů řídicích systémů.

Integrovaná platforma pohonů konsoliduje většinu této složitosti.

Výhody pro výrobce OEM zahrnují:

• Snížený počet komponent
• Zjednodušený elektrický návrh
• Rychlejší montáž
• Snížené požadavky na prostor v rozvaděči
• Zjednodušená dokumentace
• Krátčí doby uvedení do provozu

Tyto výhody mohou výrazně snížit náklady na vývoj strojů a zároveň zlepšit standardizaci napříč platformami zařízení.

Integrace s moderními PLC platformami

Jedním z důvodů, proč elektrické pohony získávají na popularitě, je jejich kompatibilita s moderními průmyslovými řídicími systémy.

Jednoduchá architektura digitálních vstupů umožňuje snadnou integraci téměř s jakoukoli PLC platformou.

Běžné integrační platformy zahrnují:

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

Protože řadič pohonu provádí výpočty pohybu interně, PLC musí poskytovat pouze jednoduché řídicí signály.

Tato architektura minimalizuje požadavky na programování a zároveň zachovává kompatibilitu se stávající automatizační infrastrukturou.

Kdy pneumatické systémy stále dávají smysl

Navzdory výhodám elektrických pohonů zůstává pneumatická technologie velmi efektivní pro mnoho průmyslových aplikací.

Inženýři by měli požadavky hodnotit objektivně, místo aby předpokládali, že novější technologie automaticky poskytují nejlepší řešení.

Pneumatické válce často zůstávají výhodné, když:

• Jsou vyžadovány extrémně vysoké cyklické frekvence
• Přesnost polohování není kritická
• Je k dispozici stávající vzduchová infrastruktura
• Hlavním kritériem je počáteční cena
• Provozní podmínky jsou náročné
• Jednoduchý pohyb od začátku do konce je dostačující

Nejúspěšnější inženýrská rozhodnutí vycházejí z hodnocení celkových nákladů na životní cyklus, nikoli pouze z počáteční pořizovací ceny.

V mnoha provozech poskytuje optimální řešení kombinace pneumatických, hydraulických a elektrických pohybových technologií.

Budoucnost průmyslového řízení pohybu

Budoucnost průmyslové automatizace pravděpodobně zahrnuje rostoucí přijetí inteligentních elektrických pohybových systémů.

Několik průmyslových trendů nadále podporuje tento přechod:

• Iniciativy Průmyslu 4.0
• Programy prediktivní údržby
• Cíle energetické účinnosti
• Požadavky na flexibilní výrobu
• Projekty digitální transformace
• Nedostatek kvalifikovaných pracovníků

Integrované elektrické pohony současně řeší mnoho z těchto výzev.

Poskytují pokročilou diagnostiku, softwarově konfigurovatelný provoz, lepší energetickou účinnost a zjednodušenou údržbu, přičemž zůstávají přístupné technikům obeznámeným s tradičními automatizačními systémy.

S dalším vývojem řídicích technologií se elektrické pohony pravděpodobně stanou ještě snadněji nasaditelnými a nabídnou stále sofistikovanější funkce.

Závěr

Elektrické pohony už nejsou omezeny pouze na složité aplikace s řízením servomotorů. Moderní integrovaná řešení, jako je platforma SMC e-Actuator, ukazují, jak může elektrický pohyb dosáhnout jednoduchosti tradičně spojované s pneumatickými systémy a zároveň nabídnout přesnost, flexibilitu a efektivitu moderní technologie řízení motorů.

Díky integraci řídicích jednotek přímo do sestavy pohonu, zjednodušení požadavků na kabeláž a poskytnutí intuitivních softwarových konfiguračních nástrojů tyto systémy odstraňují mnoho překážek, které dříve bránily přijetí elektrického pohybu.

Pro výrobce usilující o zlepšení efektivity, snížení údržby, zvýšení přesnosti polohování a větší výrobní flexibilitu představují elektrické pohony přesvědčivou alternativu k tradičním systémům poháněným kapalinami. Zatímco pneumatické a hydraulické technologie budou i nadále hrát důležitou roli v průmyslu, integrovaná elektrická pohybová řešení se stávají stále atraktivnější volbou pro automatizační systémy nové generace.