Elektromos működtetők, amelyek a folyadékenergia-rendszereket váltják ki: Gyakorlati ipari automatizálási útmutató

Évtizedeken át a pneumatikus hengerek és hidraulikus működtetők uralták az ipari mozgásvezérlést. Népszerűségük az egyszerű vezérlési módszerekből, a robusztus erőkifejtésből és az egyszerű telepítésből fakad. Egy szelep működésbe lép, a folyadék mozog, és a működtető kinyúlik vagy behúzódik. A koncepció könnyen érthető és még könnyebben karbantartható.

Ugyanakkor a modern gyártó létesítmények egyre nagyobb nyomás alatt állnak az energiahatékonyság javítása, a karbantartási igények csökkentése, a szivárgások megszüntetése és a nagyobb pozíciópontosság elérése érdekében. Ezek a követelmények felgyorsították az elektromos működtetők iparágak közötti elterjedését, a csomagolástól és összeszereléstől a félvezetőgyártásig és a folyamatautomatizálásig.

A hagyományos folyadékhajtású rendszerekkel ellentétben az elektromos működtetők pontos pozícióvezérlést, programozható mozgásprofilokat, ismételhető mozgást és valós idejű diagnosztikai képességeket biztosítanak. A mérnökök szabályozhatják a gyorsulást, sebességet, lassulást és a megállási pozíciót anélkül, hogy nyomásszabályozókra, áramlásszabályozókra vagy mechanikai beállításokra támaszkodnának.

Történelmileg ezek az előnyök jelentős hátránnyal jártak. Az elektromos mozgásrendszerek gyakran igényeltek szervohajtásokat, PLC programozást, kommunikációs hálózatokat, hangolószoftvert, enkóder visszacsatolást és speciális mozgásvezérlési szakértelmet.

Sok létesítmény számára, különösen azoknak, amelyek egyszerű pneumatikus hengereket cserélnek le, ez a komplexitás jelentős elfogadási akadályt jelentett.

A modern integrált elektromos működtető platformok ezt a kihívást úgy próbálják megoldani, hogy a működtető mechanikáját, a motorvezérlő elektronikát és a konfigurációs szoftvert egyetlen csomagba integrálják. Az eredmény egy olyan rendszer, amely az elektromos mozgás előnyeit nyújtja, miközben megőrzi azt az egyszerű működést, ami a pneumatikus rendszereket oly népszerűvé tette.

Ez a cikk az SMC e-Actuator platformját vizsgálja, és bemutatja, hogyan segítik az integrált elektromos mozgásrendszerek a gyártókat abban, hogy elmozduljanak a hagyományos folyadékenergiás technológiáktól.

Az automatizálási infrastruktúrát modernizáló létesítményeknél ezek a technológiák egyre inkább kiegészítik a fejlett PLC és PAC rendszereket, ipari HMI platformokat és mozgásvezérlési megoldásokat, amelyeket a modern gyártási folyamatokban használnak.

1. ábra. Az e-Actuator sorozat egy bemutató egységben az SMC-től.

Miért cserélik le a gyártók a pneumatikus és hidraulikus működtetőket

A pneumatikus rendszerek továbbra is az ipari automatizálás egyik legszélesebb körben használt mozgástechnológiái. A sűrített levegő a legtöbb gyárban könnyen elérhető, és a pneumatikus hengerek megbízható működést biztosítanak számos alkalmazásban.

A hidraulikus rendszerek továbbra is dominálnak az extrém nagy erő kimenetet igénylő alkalmazásokban, beleértve a sajtolókat, nehézgépeket, fémalakító berendezéseket és nagy ipari aktuátorokat.

Ezek az előnyök ellenére a folyadékenergia-technológiák több működési kihívást is felvetnek.

A sűrített levegős rendszerek eleve hatástalanok. Jelentős energia veszteségek lépnek fel a levegő sűrítésénél, elosztásánál, tárolásánál és kipufogásánál. A levegőszivárgások gyakran alakulnak ki az öregedő létesítményekben, növelve az energia költségeket anélkül, hogy hasznos munkát végeznének.

A hidraulikus rendszerek más jellegű problémákat vetnek fel. A folyadék szennyeződése, a tömítések romlása, szivárgások, környezeti szempontok és a folyamatos karbantartási igények növelik az élettartam költségeit.

Az elektromos aktuátorok közvetlenül kezelik ezeket a problémákat.

• Nincs sűrített levegő fogyasztás
• Nincs hidraulika folyadék karbantartás
• Nincs szivárgási probléma
• Alacsonyabb működési zaj
• Javított pozicionálási pontosság
• Programozható mozgásprofilok
• Integrált diagnosztika
• Magasabb energiahatékonyság

Talán a legfontosabb, hogy az elektromos aktuátorok pontos mozgásvezérlést biztosítanak, nem csupán két rögzített végpont között mozognak.

Ez a képesség lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy rugalmas gyártórendszereket hozzanak létre, amelyek több terméket, receptet és működési módot támogatnak mechanikai beállítások nélkül.

Az elektromos mozgásrendszerek hagyományos bonyolultsága

Bár az elektromos aktuátorok jelentős teljesítményelőnyöket kínálnak, a hagyományos szervó alapú mozgásrendszerek gyakran jóval több mérnöki munkát igényelnek, mint a pneumatikus telepítések.

Egy hagyományos elektromos mozgásmegoldás általában tartalmazza:

• Szervó motor
• Szervó hajtás
• Mozgásvezérlő
• Encoder visszacsatolás
• Kommunikációs hálózat
• Programozó szoftver
• Energiaelosztó hardver
• Biztonsági integráció

Sok ipari létesítményben a mérnököknek egyszerűen csak egy hengerre van szükségük, hogy A pozícióból B pozícióba mozduljon. Egy teljes szervórendszer telepítése egy ilyen egyszerű igényhez felesleges bonyolultságot és költséget jelenthet.

Ez a kihívás magyarázza, hogy a pneumatikus hengerek miért maradnak elterjedtek korlátaik ellenére.

A hagyományos mozgásvezérlő rendszer konfigurálásához, üzembe helyezéséhez és karbantartásához szükséges mérnöki munka gyakran meghaladja az előnyöket egyszerű lineáris mozgás alkalmazások esetén.

Az integrált elektromos aktuátorok megpróbálják áthidalni ezt a szakadékot azzal, hogy szervószintű pozicionálási teljesítményt nyújtanak, miközben megőrzik a hagyományos folyadékenergia-vezérlési módszerek egyszerűségét.

Az SMC e-Actuator koncepció megértése

Az SMC EQFS e-Actuator sorozat a mozgásvezérlést gyakorlati szemszögből közelíti meg.

Ahelyett, hogy a mérnököknek külön motorokat, hajtásokat, visszacsatoló rendszereket és vezérlőket kellene vásárolniuk, az aktuátor ezeket az alkatrészeket egy kompakt egységbe integrálja.

Ez az architektúra drasztikusan csökkenti a telepítés bonyolultságát.

Az integrált vezérlő automatikusan kezeli:

• Pozícióvezérlés
• Motorkommutáció
• Gyorsítási vezérlés
• Lassítási vezérlés
• Pozíció-visszacsatolás
• Mozgásszekvencia
• Hibamonitorozás

Ennek eredményeként a felhasználó úgy lép kapcsolatba a működtetővel, mint egy pneumatikus hengerrel.

Egyszerű digitális bemenetek vezérlik a mozgást, miközben a belső vezérlő kezeli a bonyolult számításokat és vezérlési algoritmusokat a háttérben.

2. ábra. Integrált vezérlő dedikált áramellátási, I/O és konfigurációs interfészekkel.

Integrált vezérlők: az elektromos mozgás telepítésének egyszerűsítése

Az elektromos működtetők elfogadásának egyik legnagyobb akadálya hagyományosan a vezérlők bonyolultsága volt.

A hagyományos szervórendszerek gyakran kiterjedt konfigurációt és speciális szakértelmet igényelnek.

Az integrált vezérlőarchitektúrák egyszerűsítik a telepítést azáltal, hogy a mozgásintelligenciát közvetlenül a működtető egységbe ágyazzák.

Telepítési szempontból a mérnökök elsősorban három csatlakozással dolgoznak:

• 24 V DC tápbemenet
• Digitális I/O felület
• Konfigurációs felület

Ez a kialakítás megszünteti a különálló mozgásvezérlő rendszerekhez gyakran kapcsolódó kábelezési bonyolultság nagy részét.

A gépgyártók előnye a csökkentett kapcsolószekrény helyigény, az egyszerűsített dokumentáció és a gyorsabb üzembe helyezési eljárások.

A karbantartó személyzet is profitál, mert a hibakeresés jelentősen egyszerűbbé válik, amikor a hajtás és a működtető egységes rendszerként működik.

Az elektromos infrastruktúra előnyei a folyadékrendszerekkel szemben

Az elektromos működtetők egyik gyakran figyelmen kívül hagyott előnye a létesítményi infrastruktúra.

A pneumatikus rendszerek kiterjedt támogató berendezéseket igényelnek, mielőtt egyetlen működtető működésbe léphetne.

Ez az infrastruktúra magában foglalhatja:

• Levegőkompresszorok
• Szárítók
• Szűrők
• Nyomásszabályozók
• Tárolótartályok
• Elosztócsövek
• Szivárgáskezelési programok

A hidraulikus rendszerek hasonlóan jelentős infrastruktúra beruházásokat igényelnek.

Ezek a rendszerek általában tartalmaznak szivattyúkat, tartályokat, szelepeket, hőcserélőket, szűrőrendszereket és kiterjedt csőhálózatokat.

Az elektromos működtetők sok ilyen követelményt megszüntetnek.

Az áramelosztó infrastruktúra már a legtöbb ipari létesítményben létezik. Az elektromos csatlakozások kiterjesztése távoli helyekre gyakran sokkal egyszerűbb, mint új sűrített levegő- vagy hidraulikai hálózatok telepítése.

Ez az előny különösen fontos a létesítménybővítések és modernizációs projektek során.

A mérnökök mozgásrendszereket telepíthetnek olyan helyeken, ahol a sűrített levegő nem elérhető vagy telepítése túl költséges.

Az áramellátás és az I/O csatlakozások megértése

Az e-Actuator egyszerű kábelezési megoldást alkalmaz, amely illeszkedik a közös ipari automatizálási gyakorlatokhoz.

A táp csatlakozó szabványos 24 VDC vezérlőfeszültséget kap, ami kompatibilitást biztosít a meglévő ipari tápellátó rendszerekkel.

A legtöbb modern automatizálási platform már 24 VDC tápfeszültség-architektúrát használ az érzékelők, vezérlők, HMI-k és kommunikációs eszközök számára.

Ez a kompatibilitás egyszerűsíti a rendszerintegrációt.

3. ábra. Az integrált vezérlő által használt táp- és digitális I/O lábkiosztás.

A digitális bemeneti architektúra kissé eltér a hagyományos PLC bemeneti modulokétól.

Mivel az aktuátor belsőleg a tápfeszültséghez viszonyít, a külső eszközöknek közös elektromos referenciát kell megosztaniuk.

E kapcsolat megértése fontos a rendszerintegráció során.

A megfelelő földelés és a közös referencia kezelése segít megbízható működést biztosítani, miközben minimalizálja az elektromos zajt és a kommunikációs problémákat.

Azok a mérnökök, akik elektromos aktuátorokat integrálnak Allen-Bradley ControlLogix, Siemens SIMATIC S7 vagy Schneider Modicon Quantum rendszerekkel, telepítéskor ellenőrizzék a közös tápfeszültség-referencia gyakorlatokat.

Ipari alkalmazások, amelyek a legtöbbet profitálnak az elektromos aktuátorokból

Nem minden pneumatikus vagy hidraulikus alkalmazást kell automatikusan elektromos mozgásra átállítani.

Ugyanakkor bizonyos alkalmazások jelentős előnyöket élvezhetnek az elektromos aktuátor technológiából.

Példák közé tartoznak:

• Csomagológépek
• Pick-and-place rendszerek
• Összeszerelő berendezések
• Elektronikai gyártás
• Gyógyszeripari feldolgozás
• Élelmiszer- és italgyártás
• Laboratóriumi automatizálás
• Félvezető berendezések

Ezek az alkalmazások gyakran ismételhető pozícionálást, rugalmas mozgásprofilokat és csökkentett karbantartási igényeket követelnek meg.

Az elektromos aktuátorok olyan előnyöket kínálnak, amelyeket nehéz elérni hagyományos folyadékenergia-rendszerekkel.

Ahogy a gyártási környezetek egyre inkább okosgyári stratégiákat alkalmaznak, az elektromosan vezérelt mozgásrendszerek egyre inkább illeszkednek az Ipar 4.0 céljaihoz, amelyek a kapcsolódásra, diagnosztikára, hatékonyságra és működési átláthatóságra összpontosítanak.

Szoftverkonfiguráció: ahol az elektromos mozgás gyakorlati lesz

Sok mérnök számára a szoftverkonfiguráció jelenti a legnagyobb kihívást, amikor pneumatikus hengerekről elektromos aktuátorokra váltanak.

A hagyományos mozgásvezérlő platformok gyakran kiterjedt paraméterbeállítást, kommunikációs leképezést, tengelykonfigurációt, hangolási eljárásokat és programozási szakértelmet igényelnek.

Az e-Actuator platform célja alapvetően eltérő.

Ahelyett, hogy több száz mozgásparamétert tárna fel, a szoftver csak a gyakori ipari alkalmazásokhoz szükséges beállításokra koncentrál.

Ez a megközelítés drasztikusan lerövidíti a beüzemelési időt, miközben megőrzi az elektromos mozgás teljesítményelőnyeit.

A konfigurációs szoftver automatikusan azonosítja a csatlakoztatott működtető modellt, és csak a releváns paramétereket jeleníti meg beállításra.

Ennek eredményeként a mérnökök kevesebb időt töltenek bonyolult menükben való navigálással, és több időt a gép teljesítményének optimalizálásával.

Csatlakozás az e-Actuator Setup Tool-hoz

A konfigurációt az SMC által biztosított dedikált e-Actuator Setup Tool segítségével végzik.

A szoftver az integrált vezérlőn található dedikált M12 konfigurációs porton keresztül kommunikál.

A kommunikáció létrejötte után a szoftver automatikusan felismeri:

• Működtető típusa
• Lökethossz
• Vezérlő verziója
• Elérhető üzemmódok
• Jelenlegi paraméterbeállítások

Ez az automatikus felismerési folyamat megszünteti a szervórendszerekhez hagyományosan kapcsolódó sok manuális beállítási lépést.

Gépgyártók számára, akik több működtetőt telepítenek, ez a képesség jelentősen csökkentheti az indítási időt.

A beüzemelő technikusok gyorsan ellenőrizhetik a konfigurációkat, beállíthatják a paramétereket és érvényesíthetik a működést bővebb programozási ismeretek nélkül.

4. ábra. Elérhető üzemmódok az e-Actuator Setup Tool-ban.

Üzemmódok magyarázata

A platform egyik leginnovatívabb tulajdonsága, hogy képes utánozni a megszokott pneumatikus szelep viselkedést.

A karbantartó technikusok és gépkezelők már értik, hogyan működnek a pneumatikus irányító szelepek.

Ezeknek a vezérlési módszereknek a lemásolásával az elektromos mozgás tanulási görbéje jelentősen csökken.

A platform három fő üzemmódot kínál.

Egymágnesszelep mód

Ez az üzemmód hasonlóan viselkedik, mint egy rugóvisszatérítéses pneumatikus szelep.

Amikor a digitális bemenet aktiválódik, a működtető a parancsolt pozíció felé mozog.

Amikor a jel megszűnik, a működtető automatikusan visszatér a kiindulási helyzetébe.

Ez az üzemmód ideális:

• Alkatrész kidobó rendszerek
• Egyszerű pozicionáló eszközök
• Rögzítő mechanizmusok
• Elutasító kapuk
• Betöltő állomások

Sok pneumatikus henger alkalmazás közvetlenül helyettesíthető ezzel a vezérlési módszerrel.

Dupla mágnesszelep mód

A dupla mágnesszelep mód a pneumatikus automatizálásban gyakran használt dupla mágnesszelep irányító szelep viselkedését utánozza.

Az egyik digitális bemenet a kinyúlást, míg a másik a behúzást vezérli.

A működtető a helyzetét megtartja, amíg új parancsot nem kap.

Ez a megközelítés nagyobb vezérlési rugalmasságot kínál, és szorosan hasonlít a hagyományos ipari géptervezésekhez.

Alkalmazások közé tartoznak:

• Átviteli rendszerek
• Anyagmozgató berendezések
• Automatizált összeszerelő állomások
• Indexelő mechanizmusok
• Csomagológépek

Zárt középpontú mód

A zárt középpontú mód olyan képességet vezet be, amely a legtöbb hagyományos pneumatikus hengerben nem elérhető.

A kinyúlási és behúzási pozíciók mellett a működtető egy köztes pozícióba is mozgatható.

Ez hárompozíciós vezérlést tesz lehetővé csupán két digitális bemenet használatával.

A konfigurálható középpozíción való megállás képessége lehetőséget teremt kifinomultabb gépműködésre anélkül, hogy teljes szervó mozgásvezérlőre lenne szükség.

Alkalmazások közé tartoznak:

• Többpozíciós alkatrészkezelés
• Szelektáló rendszerek
• Ellenőrző állomások
• Átviteli mechanizmusok
• Termékpozícionáló rendszerek

Ez a funkció kiemeli az elektromos működtetők egyik fő előnyét a hagyományos folyadékhajtású technológiákkal szemben.

A pneumatikus és a szervóvezérlés közötti szakadék áthidalása

A működési módok egy fontos ipari automatizálásban zajló trendet mutatnak be.

A gyártók egyre inkább olyan megoldásokat keresnek, amelyek ötvözik a hagyományos automatizálás egyszerűségét a modern digitális technológiák rugalmasságával.

Az elektromos működtetők egyedi helyet foglalnak el ebben az átmenetben.

Jelentősen nagyobb funkcionalitást nyújtanak, mint a pneumatikus hengerek, miközben elkerülik a teljes szervó mozgásplatformokkal járó bonyolultság nagy részét.

Ez az egyensúly különösen vonzó a gépgyártók számára, akik olyan berendezéseket fejlesztenek ügyfeleiknek, akik nem feltétlenül rendelkeznek speciális mozgásszabályozási szakértelemmel.

Az egyszerű digitális parancsok továbbra is ismerősek a karbantartó személyzet számára, miközben a fejlett mozgásprofilok elérhetők a mérnöki csapatoknak.

Integrált mozgásprofilok előnyei

A pneumatikus hengerek egyik legnagyobb korlátja a pontos mozgásszabályozás hiánya.

Bár a folyáskorlátozók befolyásolhatják a sebességet, az ismételhető gyorsulási és lassulási profilok elérése továbbra is nehézséget jelent.

A pneumatikus hengerek általában olyan gyorsan mozognak, amilyen gyorsan a rendszer nyomása és a terhelési feltételek engedik.

Ez gyakran a következőket eredményezi:

• Mechanikai ütés
• Termékkárosodás
• Zajképződés
• Alkatrészek kopása
• Csökkent pozíciópontosság

Az elektromos működtetők programozható mozgásprofilokkal oldják meg ezeket a problémákat.

A vezérlő folyamatosan szabályozza a motor kimenetét, hogy a mozgás a teljes útvonalon kontrollált legyen.

Ez simább működést, jobb ismételhetőséget és hosszabb berendezés-élettartamot eredményez.

Nagy sebességű gyártási környezetekben az ütközési erők csökkentése jelentősen javíthatja a gépek megbízhatóságát és a termék minőségét.

Ez az előny önmagában gyakran indokolja a pneumatikus rendszerekről az elektromos mozgástechnológiákra való áttérést.

Sebesség, gyorsulás és pozíció paraméterek beállítása

Talán az egyik legnagyobb előnye az elektromos működtetőknek a folyadékhajtású rendszerekkel szemben a mozgásjellemzők teljes körű szabályozhatósága.

A pneumatikus hengereknél a mérnökök általában az áramlásszabályzó szelepeket és a szabályozó beállításokat módosítják a sebesség befolyásolására. Bár ez a megközelítés sok alkalmazásnál működik, a teljesítmény változhat a terhelési feltételek, a levegőnyomás ingadozása és az alkatrészek kopása miatt.

Az elektromos működtetők kiküszöbölik ezeket a változókat azáltal, hogy a mozgásparaméterek közvetlenül a vezérlőben definiálhatók.

A nyomás- és áramláskorlátozások helyett a mérnökök pontos értékeket állíthatnak be a következőkre:

• Gyorsulási ráta
• Maximális haladási sebesség
• Lassulási ráta
• Célpozíciók
• Köztes pozíciók
• Mozgásidőzítés

Ez a szintű vezérlés jelentősen javítja a konzisztenciát a gyártási ciklusok során.

Minden mozgás ugyanazt a profilt követi a kisebb környezeti vagy működési eltérések ellenére is.

5. ábra. A pozíció, sebesség, gyorsulás és lassulás beállításai konfigurálhatók a beállító szoftveren keresztül.

Miért fontosak a mozgásprofilok a modern gyártásban

A mozgásminőség egyre fontosabbá vált a gyártórendszerek fejlődésével.

A régebbi gyártóberendezések gyakran a sebességet helyezték előtérbe mindenek felett. Amíg a henger gyorsan kinyúlt és visszahúzódott, a rendszer elérte a célját.

A mai gyártási környezetek sokkal többet követelnek meg.

A gyártósorok ma már kényes termékeket, könnyű anyagokat, precíziós szerelvényeket és erősen testreszabott termékváltozatokat kezelnek.

A túlzott ütközési erők károsíthatják a termékeket, rontják a minőséget és gyorsítják a berendezés kopását.

A programozható mozgásprofilok segítenek megszüntetni ezeket a problémákat.

Az elektromos működtetők nem ütköznek hirtelen mechanikai végállásokba, hanem fokozatosan gyorsulnak, szabályozott sebességgel haladnak, és simán lassulnak a célpozíció elérése előtt.

Az előnyök a következők:

• Csökkentett mechanikai ütés
• Alacsonyabb rezgésszint
• Javított termékminőség
• Hosszabb gépi élettartam
• Csökkentett karbantartási költségek
• Nagyobb pozíciópontosság

Ezek az előnyök különösen fontosak olyan iparágakban, mint az elektronikai gyártás, gyógyszeripari termelés, félvezetőgyártás és automatizált összeszerelési műveletek.

Konfigurálható pozícionálás a mechanikai végállásokon túl

A hagyományos pneumatikus hengerek általában két rögzített mechanikai határ között működnek.

Ha más pozíció szükséges, a mérnököknek gyakran mechanikai ütközőket kell felszerelniük, újratervezniük a hardvert, vagy más működtető lökethosszát kell kiválasztaniuk.

Az elektromos működtetők lényegesen nagyobb rugalmasságot biztosítanak.

A szoftver lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy a működtető fizikai mozgáshatárától függetlenül határozzák meg az üzemeltetési pozíciókat.

Ez azt jelenti, hogy egyetlen működtető több gépbeállítást is támogat mechanikai módosítás nélkül.

Példák közé tartoznak:

• Termékspecifikus receptek
• Többféle csomagolási méret
• Rugalmas összeszerelési műveletek
• Automatizált átállások
• Adaptív gyártórendszerek

Ahogy a gyártók egyre inkább rugalmas gyártási stratégiákat követnek, ez a képesség jelentős versenyelőnnyé válik.

Ahelyett, hogy a gépeket fizikailag állítanák be a gyártási sorozatok között, a kezelők egyszerűen kiválaszthatnak egy új receptet a gép felületén.

A működtető automatikusan mozog az új konfigurációs paraméterek szerint.

Ipar 4.0 és az okos gyártás előnyei

A folyadékenergia-rendszerekről az elektromos mozgásra való áttérés szorosan illeszkedik a szélesebb körű Ipar 4.0 kezdeményezésekhez.

A modern gyárak egyre inkább kapcsolt berendezésekre támaszkodnak, amelyek működési átláthatóságot, diagnosztikai információkat és teljesítményelemzést biztosítanak.

A pneumatikus hengerek általában korlátozott visszacsatolást kínálnak.

Legjobb esetben a mérnökök külső érzékelőket telepíthetnek a kinyújtott és behúzott pozíciók meghatározásához.

Az elektromos működtetők természetüknél fogva sokkal gazdagabb működési adatokat generálnak.

Példák közé tartoznak:

• Pozíció-visszacsatolás
• Mozgásállapot
• Ciklusszámok
• Hibajelenségek
• Mozgásidőzítés
• Teljesítménytrendek
• Üzemeltetési előzmények

Ez az információ támogatja az előrejelző karbantartási kezdeményezéseket és javítja a berendezések általános hatékonyságát.

Amikor modern Ipari Kommunikációs Hálózatokkal és Ipari Számítástechnikai Platformokkal integrálják, az elektromos működtetők értékes adatforrásokká válnak a kapcsolt gyártási környezetekben.

Energiahatékonysági összehasonlítás: elektromos vs pneumatikus rendszerek

Az energiahatékonyság továbbra is az egyik legerősebb érv az elektromos működtetők alkalmazása mellett.

A sűrített levegőt gyakran a gyártóüzem egyik legdrágább közművének tartják.

A sűrített levegő előállítása jelentős elektromos energiát igényel.

További veszteségek jelentkeznek:

• Sűrítés hatékonysági veszteségei
• Elosztócső-veszteségek
• Nyomásesések
• Levegőszivárgások
• Szelepes veszteségek
• Kipufogási veszteségek

Ipari tanulmányok gyakran becslik, hogy a gyárakban előállított sűrített levegő jelentős része soha nem végez hasznos munkát.

Az elektromos működtetők az elektromos energiát közvetlenül mechanikai mozgássá alakítják.

Ez a közvetlen átalakítási folyamat általában sokkal magasabb teljes rendszerhatékonyságot ér el.

Az olyan létesítményeknél, amelyek több száz működtetőt üzemeltetnek több gyártósoron, az összesített energia-megtakarítás jelentős lehet.

Ezek a megtakarítások gyakran javítják a teljes tulajdonlási költségszámítást az elektromos és pneumatikus technológiák összehasonlításakor.

A karbantartási igények csökkentése

A karbantartási szempontok túlmutatnak az energiafogyasztáson.

A folyadékenergia-rendszerek folyamatos figyelmet igényelnek a megbízható működés fenntartásához.

Gyakori karbantartási tevékenységek közé tartoznak:

• Szivárgásfelismerés
• Tömítés cseréje
• Szűrő karbantartása
• Nyomásbeállítás
• Kenés kezelése
• Levegőminőség-ellenőrzés
• Hidraulika folyadék cseréje

Az elektromos működtetők sok ilyen követelményt megszüntetnek.

Bár a mechanikai alkatrészek továbbra is rendszeres ellenőrzést igényelnek, a sűrített levegő és a hidraulika folyadékok hiánya egyszerűsíti a hosszú távú karbantartási stratégiákat.

Sok létesítmény, amely megbízhatóság-központú karbantartási programokat folytat, egyre inkább az elektromos mozgásrendszereket tekinti a nem tervezett leállások és a karbantartási terhelés csökkentésének eszközének.

6. ábra. A mozgásparaméterek közvetlenül a működtetőbe írhatók, egyszerűsítve az üzembe helyezést és a jövőbeni konfigurációs változtatásokat.

Ipari alkalmazások, ahol az elektromos működtetők a legnagyobb értéket nyújtják

Bár az elektromos működtetők sok pneumatikus hengert képesek helyettesíteni, a legnagyobb megtérülés gyakran a rugalmasságot, pontosságot és ismételhetőséget igénylő alkalmazásokban jelentkezik.

Nem minden gép profitál egyformán az elektromos mozgásból.

Az egyszerű, folyamatosan nagy sebességgel működő toló-visszahúzó alkalmazások még mindig előnyben részesíthetik a pneumatikus technológiát az alacsonyabb kezdeti költségek miatt.

Azonban a vezérelt pozicionálást, termékváltást vagy több működési módot igénylő alkalmazások gyakran profitálnak az elektromos megoldásokból.

Néhány legsikeresebb alkalmazás:

• Automatizált összeszerelő rendszerek
• Csomagológépek
• Dobozcsomagoló berendezések
• Termékellenőrző állomások
• Robotátviteli rendszerek
• Elektronikai gyártósorok
• Orvosi eszközök gyártása
• Félvezető feldolgozó berendezések

Ezekben a környezetekben a mozgásparaméterek szoftveres módosításának képessége a hardveres beállítások helyett jelentős működési előnyöket teremt.

Csomagológépek modernizálása

A csomagológépek az elektromos működtetők alkalmazásának egyik legnagyobb lehetőségét jelentik.

A hagyományos csomagolórendszerek gyakran több tucat pneumatikus hengert tartalmaznak, amelyek felelősek:

• Termék pozicionálás
• Kartondoboz kezelés
• Kapuműködtetés
• Alkatrész elutasítás
• Doboz betöltés
• Címke pozicionálás

Ahogy a termékválaszték növekszik, a gyártók gyakran küzdenek a hosszú átállási eljárásokkal.

Mechanikai beállításokra akkor van szükség, amikor a csomagolás méretei változnak.

Az elektromos működtetők lehetővé teszik, hogy ezek a beállítások automatikusan történjenek.

A megállók és vezetők kézi áthelyezése helyett az operátorok egyszerűen kiválasztanak egy új termék receptet.

A gép ezután automatikusan beállítja a működtetők pozícióit a tárolt konfigurációs paraméterek szerint.

Ez a képesség jelentősen csökkenti az átállási időt, miközben javítja az ismételhetőséget.

Sok csomagoló OEM most elektromos működtetőket kombinál az Ipari HMI rendszerekkel, hogy felhasználóbarát beállítási felületeket hozzon létre, amelyek egyszerűsítik a gépek működtetését.

Automatizált összeszerelő rendszerek

Az összeszerelési műveletek gyakran sokkal nagyobb pozícionálási pontosságot igényelnek, mint amit a pneumatikus hengerek megbízhatóan biztosítani tudnak.

Az alkatrészeknek pontosan kell illeszkedniük a behelyezés, rögzítés, hegesztés vagy ellenőrzés előtt.

Az elektromos működtetők ismételhető pozícionálási teljesítményt nyújtanak, amely támogatja:

• Alkatrész behelyezés
• Sajtolt illesztésű összeszerelés
• Rögzítőelemek pozícionálása
• Csatlakozó beszerelés
• Alkatrészátviteli műveletek

Mivel a pozícionálás szoftveresen definiált, a mérnökök könnyen módosíthatják a mozgásprofilokat a termékek fejlődésével.

Ez a rugalmasság egyre értékesebb a gyártási környezetekben, ahol több termékváltozatot állítanak elő közös gyártóberendezéseken.

Élelmiszer- és italgyártás

Az élelmiszeripari létesítmények továbbra is alternatívákat keresnek a pneumatikus rendszerek helyett mind működési, mind fenntarthatósági okokból.

A sűrített levegő továbbra is gyakori az élelmiszer-feldolgozó üzemekben, de a levegőfogyasztás csökkentése jelentősen javíthatja az energiahatékonyságot.

Az elektromos működtetők további előnyöket kínálnak, többek között:

• Csökkentett energiafogyasztás
• Javított pozícionálási következetesség
• Alacsonyabb karbantartási igény
• Egyszerűsített higiéniai eljárások
• Javított folyamatismételhetőség

Olyan alkalmazások, mint a töltés, válogatás, csomagolás és anyagmozgatás gyakran profitálnak az elektromos mozgásrendszerek pontos vezérlési jellemzőiből.

Gépgyártók és OEM tervezési előnyök

A gépgyártók folyamatos nyomás alatt állnak, hogy csökkentsék a mérnöki munkát, miközben javítják a gépek teljesítményét.

Az integrált elektromos működtetők segítenek mindkét célt elérni.

A hagyományos mozgásrendszerek gyakran több beszállító – működtető gyártók, hajtásforgalmazók, kábelbeszállítók és vezérlőrendszer-szolgáltatók – koordinációját igénylik.

Egy integrált működtető platform sok komplexitást egyesít.

Az OEM-ek számára előnyök:

• Csökkentett alkatrészszám
• Egyszerűsített elektromos tervezés
• Gyorsabb összeszerelés
• Csökkentett kapcsolószekrény helyigény
• Egyszerűsített dokumentáció
• Rövidebb üzembe helyezési ciklusok

Ezek az előnyök jelentősen csökkenthetik a gépfejlesztési költségeket, miközben javítják a szabványosítást az eszközplatformok között.

Integráció a modern PLC platformokkal

Az egyik oka annak, hogy az elektromos működtetők egyre népszerűbbek, a modern ipari vezérlőrendszerekkel való kompatibilitásuk.

Az egyszerű digitális bemeneti architektúra lehetővé teszi a szinte bármely PLC platformmal való egyszerű integrációt.

Gyakori integrációs platformok közé tartoznak:

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

Mivel a működtető vezérlő belsőleg kezeli a mozgásszámításokat, a PLC-nek csak egyszerű parancsjeleket kell szolgáltatnia.

Ez az architektúra minimalizálja a programozási igényeket, miközben megőrzi a kompatibilitást a meglévő automatizálási infrastruktúrával.

Amikor a pneumatikus rendszerek még mindig értelmet nyernek

Az elektromos működtetők előnyei ellenére a pneumatikus technológia sok ipari alkalmazásban továbbra is rendkívül hatékony.

A mérnököknek objektíven kell értékelniük a követelményeket, nem feltételezve automatikusan, hogy az újabb technológiák a legjobb megoldást nyújtják.

A pneumatikus hengerek gyakran előnyösek, amikor:

• Rendkívül magas ciklusszámok szükségesek
• A pozíciópontosság nem kritikus
• Meglévő léginfrastruktúra áll rendelkezésre
• A kezdeti költség a legfőbb szempont
• Környezeti feltételek súlyosak
• Egyszerű, végponttól végpontig tartó mozgás elegendő

A legsikeresebb mérnöki döntések a teljes életciklus-költségek értékeléséből születnek, nem csupán a kezdeti beszerzési árra összpontosítva.

Sok létesítményben a pneumatikus, hidraulikus és elektromos mozgástechnológiák kombinációja nyújtja az optimális megoldást.

Az ipari mozgásvezérlés jövője

Az ipari automatizálás jövője valószínűleg az intelligens elektromos mozgásrendszerek egyre szélesebb körű alkalmazását fogja magában foglalni.

Számos ipari trend folyamatosan hajtja ezt az átmenetet:

• Ipar 4.0 kezdeményezések
• Előrejelző karbantartási programok
• Energiahatékonysági célok
• Rugalmas gyártási követelmények
• Digitális átalakulási projektek
• Munkaerőhiány

Az integrált elektromos működtetők egyszerre kezelik ezeket a kihívásokat.

Fejlett diagnosztikát, szoftveresen konfigurálható működést, javított energiahatékonyságot és egyszerűsített karbantartást biztosítanak, miközben hozzáférhetőek maradnak a hagyományos automatizálási rendszerekhez értő technikusok számára.

Ahogy a vezérlőtechnológia tovább fejlődik, az elektromos működtetők valószínűleg még könnyebben telepíthetővé válnak, miközben egyre kifinomultabb képességeket kínálnak.

Összefoglalás

Az elektromos működtetők már nem korlátozódnak bonyolult szervóvezérelt alkalmazásokra. A modern integrált megoldások, mint például az SMC e-Actuator platform, bemutatják, hogyan érheti el az elektromos mozgás a pneumatikus rendszerekhez hagyományosan kapcsolt egyszerűséget, miközben a modern motorvezérlési technológia pontosságát, rugalmasságát és hatékonysági előnyeit nyújtja.

Azáltal, hogy a vezérlőket közvetlenül a működtető egységbe integrálják, egyszerűsítik a kábelezési követelményeket, és intuitív szoftveres konfigurációs eszközöket biztosítanak, ezek a rendszerek számos olyan akadályt csökkentenek, amelyek korábban visszatartották az elektromos mozgás alkalmazását.

A gyártók számára, akik jobb hatékonyságot, csökkentett karbantartást, fokozott pozíciópontosságot és nagyobb termelési rugalmasságot keresnek, az elektromos működtetők vonzó alternatívát kínálnak a hagyományos folyadékenergia-rendszerekkel szemben. Bár a pneumatikus és hidraulikus technológiák továbbra is fontos ipari szerepet töltenek be, az integrált elektromos mozgásmegoldások egyre vonzóbb lehetőséggé válnak a következő generációs automatizálási rendszerek számára.