Гидравликалық және пневматикалық жүйелердің орнына қолдануға арналған электр жетектері: өнеркәсіптік автоматтандыру бойынша практикалық нұсқаулық

Ондаған жылдар бойы пневматикалық цилиндрлер мен гидравликалық жетектер өнеркәсіптік қозғалысты басқаруда басымдыққа ие болды. Олардың танымалдығы басқару әдістерінің қарапайымдылығына, күш шығару қуатының жоғары болуына және орнатудың жеңілдігіне байланысты. Клапан іске қосылады, сұйықтық қозғалады, ал жетек созылады немесе кері тартылады. Бұл тұжырымдаманы түсіну оңай, ал оған қызмет көрсету одан да оңай.

Алайда заманауи өндіріс орындары энергия тиімділігін арттыруға, техникалық қызмет көрсету талаптарын азайтуға, ағып кетулерді жоюға және позициялау дәлдігін арттыруға барған сайын көбірек қысым көріп отыр. Бұл талаптар орау мен құрастырудан бастап жартылай өткізгіштер өндірісі мен технологиялық процестерді автоматтандыруға дейінгі салаларда электрлік жетектердің енгізілуін жеделдетті.

Дәстүрлі сұйықтық қуатымен жұмыс істейтін жүйелерден айырмашылығы, электрлік жетектер позицияны дәл басқаруды, бағдарламаланатын қозғалыс профильдерін, қайталанатын қозғалысты және нақты уақыттағы диагностикалық мүмкіндіктерді қамтамасыз етеді. Инженерлер қысым реттегіштеріне, ағынды басқару элементтеріне немесе механикалық реттеулерге сүйенбей-ақ, үдеуді, жылдамдықты, баяулауды және тоқтау позициясын басқара алады.

Тарихи тұрғыдан алғанда, бұл артықшылықтардың елеулі кемшілігі де болды. Электрлік қозғалыс жүйелері көбіне сервожетектерді, PLC бағдарламалауын, байланыс желілерін, баптау бағдарламалық жасақтамасын, энкодердің кері байланыс жүйелерін және қозғалысты басқару саласындағы арнайы білікті талап ететін.

Көптеген кәсіпорындар үшін, әсіресе қарапайым пневматикалық цилиндрлерді алмастыратын нысандарда, бұл күрделілік енгізуге елеулі кедергі болды.

Заманауи біріктірілген электрлік жетектер платформалары жетек механизмдерін, қозғалтқышты басқару электроникасын және конфигурациялау бағдарламалық жасақтамасын бір пакетке біріктіру арқылы бұл мәселені жоюға тырысады. Нәтижесінде пневматикалық жүйелерді соншалықты танымал еткен пайдалану қарапайымдылығын сақтай отырып, электрлік қозғалыстың артықшылықтарын ұсынатын жүйе пайда болады.

Бұл мақалада SMC компаниясының e-Actuator платформасы қарастырылып, біріктірілген электрлік қозғалыс жүйелері өндірушілерге дәстүрлі сұйықтықтық қуат технологияларынан бас тартуға қалай көмектесіп жатқаны зерттеледі.

Автоматтандыру инфрақұрылымын жаңғыртып жатқан кәсіпорындарда бұл технологиялар заманауи өндіріс операцияларында кеңінен қолданылатын озық PLC және PAC жүйелерін, өнеркәсіптік HMI платформаларын және қозғалысты басқару шешімдерін барған сайын толықтыра түсуде.

1-сурет. SMC компаниясының демонстрациялық қондырғысындағы e-Actuator сериясы.

Өндірушілер пневматикалық және гидравликалық жетектерді неге алмастырып жатыр

Пневматикалық жүйелер өнеркәсіптік автоматтандыруда ең кең қолданылатын қозғалыс технологияларының бірі болып қала береді. Сығылған ауа зауыттардың көпшілігінде қолжетімді, ал пневматикалық цилиндрлер көптеген қолданбалар үшін сенімді жұмыс істейді.

Гидравликалық жүйелер аса жоғары күш шығару қажет болатын қолданбаларда, соның ішінде престерде, ауыр техникада, металл қалыптау жабдықтарында және ірі өнеркәсіптік атқарушы механизмдерде әлі де басым.

Осы артықшылықтарға қарамастан, сұйықтықтық қуат технологиялары пайдалану барысында бірнеше қиындық туғызады.

Сығылған ауа жүйелері табиғатынан тиімсіз. Ауаны сығу, тарату, сақтау және шығару кезінде энергияның елеулі бөлігі жоғалады. Ескі нысандарда ауа жиі ағып кетеді, бұл пайдалы жұмыс атқармай-ақ энергия шығындарын арттырады.

Гидравликалық жүйелердің мәселелері өзгеше. Сұйықтықтың ластануы, тығыздағыштардың тозуы, ағып кетулер, қоршаған ортаға қатысты факторлар және тұрақты техникалық қызмет көрсету талаптары бүкіл пайдалану кезеңіндегі шығындарды арттырады.

Электрлік атқарушы механизмдер осы мәселелердің көпшілігін тікелей шешеді.

• Сығылған ауаны тұтынбайды
• Гидравликалық сұйықтыққа қызмет көрсетудің қажеті жоқ
• Ағып кетуге қатысты алаңдаушылықтың болмауы
• Жұмыс кезіндегі шудың төмен деңгейі
• Позициялау дәлдігінің жақсаруы
• Бағдарламаланатын қозғалыс профильдері
• Біріктірілген диагностика
• Жоғары энергия тиімділігі

Ең маңыздысы, электрлік атқарушы механизмдер екі бекітілген шеткі нүкте арасында ғана қозғалтпай, қозғалысты дәл басқаруды қамтамасыз етеді.

Бұл мүмкіндік инженерлерге механикалық реттеулерсіз бірнеше өнімді, рецептіні және жұмыс режимін қолдай алатын икемді өндірістік жүйелер жасауға мүмкіндік береді.

Электрлік қозғалыс жүйелерінің дәстүрлі күрделілігі

Электрлік атқарушы механизмдер өнімділік тұрғысынан елеулі артықшылықтар ұсынғанымен, дәстүрлі сервоға негізделген қозғалыс жүйелері көбіне пневматикалық қондырғыларға қарағанда айтарлықтай көп инженерлік жұмысты талап етеді.

Кәдімгі электрлік қозғалыс шешімі әдетте мыналарды қамтиды:

• Серво қозғалтқышы
• Серво жетегі
• Қозғалыс контроллері
• Энкодердің кері байланысы
• Байланыс желісі
• Бағдарламалау бағдарламалық құралы
• Қуатты тарату жабдығы
• Қауіпсіздікті біріктіру

Көптеген өнеркәсіптік нысандарда инженерлерге цилиндрді A позициясынан B позициясына жылжыту ғана қажет. Осындай қарапайым талап үшін толық серво жүйесін орнату қажетсіз күрделілік пен шығынға әкелуі мүмкін.

Осы қиындықтар шектеулеріне қарамастан пневматикалық цилиндрлердің неліктен әлі де кең қолданылатынын түсіндіреді.

Дәстүрлі қозғалысты басқару жүйесін конфигурациялау, іске қосу және оған қызмет көрсету үшін қажет инженерлік жұмыс қарапайым сызықтық қозғалыс қолданбаларындағы артықшылықтардан жиі асып түседі.

Біріктірілген электрлік атқарушы механизмдер дәстүрлі сұйықтықтық қуатты басқару әдістерінің қарапайымдылығын сақтай отырып, сервожетек деңгейіндегі позициялау өнімділігін қамтамасыз ету арқылы осы алшақтықты жоюға тырысады.

SMC e-Actuator тұжырымдамасын түсіну

SMC EQFS e-Actuator сериясы қозғалысты басқаруға практикалық тұрғыдан қарайды.

Инженерлерден қозғалтқыштарды, жетектерді, кері байланыс жүйелерін және контроллерлерді бөлек сатып алуды талап етудің орнына, атқарушы механизм бұл құрамдастарды ықшам жинаққа біріктіреді.

Бұл архитектура орнату күрделілігін айтарлықтай азайтады.

Біріктірілген контроллер автоматты түрде мыналарды басқарады:

• Орынды басқару
• Қозғалтқышты коммутациялау
• Үдеуді басқару
• Баяулатуды басқару
• Кері позициялық байланыс
• Қозғалыстардың реттілігі
• Ақауларды бақылау

Нәтижесінде пайдаланушы атқарушы механизммен пневматикалық цилиндрмен жұмыс істегендей әрекеттеседі.

Қарапайым цифрлық кірістер қозғалысты басқарады, ал ішкі контроллер сахна сыртында орындалатын күрделі есептеулер мен басқару алгоритмдерін өңдейді.

2-сурет. Арнайы қуат, енгізу/шығару және конфигурация интерфейстері бар біріктірілген контроллер.

Біріктірілген контроллерлер: электрлік қозғалысты орналастыруды жеңілдету

Электрлік атқарушы механизмдерді енгізудегі ең елеулі кедергілердің бірі тарихи тұрғыдан контроллердің күрделілігі болды.

Дәстүрлі сервожүйелер көбіне ауқымды конфигурацияны және арнайы біліктілікті қажет етеді.

Біріктірілген контроллер архитектуралары қозғалысты басқару функцияларын тікелей атқарушы механизм жинағына енгізу арқылы орналастыруды жеңілдетеді.

Орнату тұрғысынан инженерлер негізінен үш қосылыммен жұмыс істейді:

• 24 VDC қуат кірісі
• Цифрлық енгізу/шығару интерфейсі
• Конфигурация интерфейсі

Бұл конструкция дербес қозғалысты басқару жүйелеріне тән сымдар күрделілігінің едәуір бөлігін жояды.

Машина жасаушыларға панель кеңістігіне қойылатын талаптардың азаюы, құжаттаманың жеңілдеуі және іске қосу рәсімдерінің жылдамдауы тиімді.

Жетек пен атқарушы механизм біртұтас жүйе ретінде жұмыс істегенде, ақауларды іздеу едәуір жеңілдейтіндіктен, техникалық қызмет көрсету персоналы да ұтады.

Сұйықтық жүйелерімен салыстырғандағы электр инфрақұрылымының артықшылықтары

Электрлік атқарушы механизмдердің жиі ескерілмейтін артықшылықтарының бірі нысан инфрақұрылымына қатысты.

Пневматикалық жүйелер бір ғана атқарушы механизм жұмыс істей бастағанға дейін ауқымды қосалқы жабдықты қажет етеді.

Бұл инфрақұрылымға мыналар кіруі мүмкін:

• Ауа компрессорлары
• Кептіргіштер
• Сүзгілер
• Қысым реттегіштері
• Сақтау резервуарлары
• Тарату құбырлары
• Ағып кетулерді басқару бағдарламалары

Гидравликалық жүйелер де инфрақұрылымға қомақты инвестицияны қажет етеді.

Бұл жүйелерге әдетте сорғылар, резервуарлар, клапандар, жылу алмастырғыштар, сүзу жүйелері және кең ауқымды құбыр желілері кіреді.

Электр жетектері осы талаптардың көбін жояды.

Қуатты тарату инфрақұрылымы өнеркәсіптік нысандардың көпшілігінде бұрыннан бар. Қашықтағы орындарға электр қосылымдарын жеткізу көбіне жаңа сығылған ауа немесе гидравликалық желілерді орнатудан әлдеқайда оңай.

Бұл артықшылық нысанды кеңейту және жаңғырту жобаларында ерекше маңызды болады.

Инженерлер сығылған ауа қолжетімсіз немесе оны орнату тым қымбат болуы мүмкін орындарда қозғалыс жүйелерін орналастыра алады.

Қуат және енгізу/шығару қосылымдарын түсіну

e-Actuator жалпы өнеркәсіптік автоматтандыру тәжірибелеріне сай келетін қарапайым сым жүргізу тәсілін пайдаланады.

Қуат коннекторы стандартты 24 VDC басқару қуатын қабылдайды, бұл қолданыстағы өнеркәсіптік қуат жүйелерімен үйлесімділікті қамтамасыз етеді.

Қазіргі заманғы автоматтандыру платформаларының көпшілігі сенсорларға, контроллерлерге, HMI құрылғыларына және байланыс жабдығына арналған 24 VDC қуат архитектураларын қолданып қойған.

Бұл үйлесімділік жүйені біріктіруді жеңілдетеді.

3-сурет. Біріктірілген контроллерде пайдаланылатын қуат және цифрлық I/O түйреуіштерінің тағайындалуы.

Цифрлық кіріс архитектурасы көптеген дәстүрлі PLC кіріс модульдерінен сәл өзгеше.

Жетек қуат көзінің кернеуін ішкі түрде сілтеме ретінде пайдаланатындықтан, сыртқы құрылғылар ортақ электрлік сілтемені пайдалануы керек.

Жүйені біріктіру кезінде осы байланысты түсіну маңызды болады.

Дұрыс жерге тұйықтау және ортақ сілтемені басқару сенімді жұмысты қамтамасыз етуге, сонымен қатар электрлік шу мен байланыс мәселелерін азайтуға көмектеседі.

Электрлік жетектерді Allen-Bradley ControlLogix, Siemens SIMATIC S7 немесе Schneider Modicon Quantum жүйелерімен біріктіретін инженерлер орнату кезінде ортақ қуаттық сілтеме тәжірибелерінің сақталуын тексеруі керек.

Электрлік жетектерден ең көп пайда көретін өнеркәсіптік қолданбалар

Әрбір пневматикалық немесе гидравликалық қолданбаны автоматты түрде электрлік қозғалысқа ауыстыру қажет емес.

Алайда кейбір қолданбалар электрлік жетек технологиясынан айтарлықтай пайда көре алады.

Мысалдар:

• Қаптама машиналары
• Алып орналастыру жүйелері
• Құрастыру жабдығы
• Электроника өндірісі
• Фармацевтикалық өндіріс
• Тамақ және сусын өндірісі
• Зертханалық автоматтандыру
• Жартылай өткізгіш жабдығы

Мұндай қолданбалар көбіне қайталанымды позициялауды, икемді қозғалыс профильдерін және техникалық қызмет көрсету қажеттілігінің аз болуын талап етеді.

Электрлік жетектер дәстүрлі сұйықтықтық қуат жүйелерімен қол жеткізу қиын артықшылықтарды ұсынады.

Өндірістік орталар ақылды зауыт стратегияларын енгізуді жалғастырған сайын, электрмен басқарылатын қозғалыс жүйелері байланыстылыққа, диагностикаға, тиімділікке және операциялық көрінуге бағытталған Industry 4.0 мақсаттарына барған сайын сай келеді.

Бағдарламалық конфигурация: электрлік қозғалыс практикалық шешімге айналатын тұс

Көптеген инженерлер үшін пневматикалық цилиндрлерден электрлік жетектерге көшу кезінде бағдарламалық конфигурация ең үлкен алаңдаушылық туғызады.

Дәстүрлі қозғалысты басқару платформалары көбіне параметрлерді ауқымды түрде баптауды, байланыстарды сәйкестендіруді, ось конфигурациясын, реттеу рәсімдерін және бағдарламалау тәжірибесін талап етеді.

e-Actuator платформасының мақсаты түбегейлі өзгеше.

Жүздеген қозғалыс параметрін ұсынудың орнына, бағдарламалық құрал жалпы өнеркәсіптік қолданбаларға қажетті баптауларды ғана конфигурациялауға бағытталған.

Бұл тәсіл электрлік қозғалыстың өнімділік артықшылықтарын сақтай отырып, іске қосу уақытын айтарлықтай қысқартады.

Конфигурациялау бағдарламалық құралы қосылған атқарушы механизмнің моделін автоматты түрде анықтап, реттеуге қажетті параметрлерді ғана көрсетеді.

Нәтижесінде инженерлер күрделі мәзірлерді шарлауға аз уақыт жұмсап, машина өнімділігін оңтайландыруға көбірек уақыт бөледі.

e-Actuator Setup Tool құралына қосылу

Конфигурациялау SMC ұсынған арнайы e-Actuator Setup Tool құралы арқылы орындалады.

Бағдарламалық құрал біріктірілген контроллерде орналасқан арнайы M12 конфигурациялау порты арқылы байланысады.

Байланыс орнатылғаннан кейін бағдарламалық құрал автоматты түрде мыналарды анықтайды:

• Атқарушы механизм түрі
• Жүріс ұзындығы
• Контроллер нұсқасы
• Қолжетімді жұмыс режимдері
• Ағымдағы параметрлер баптаулары

Бұл автоматты анықтау процесі сервожүйелерге дәстүрлі түрде тән көптеген қолмен орындалатын баптау процедураларын жояды.

Бірнеше атқарушы механизмді енгізетін машина өндірушілері үшін бұл мүмкіндік іске қосу уақытын едәуір қысқартуы мүмкін.

Іске қосу мамандары конфигурацияларды жылдам тексеріп, параметрлерді реттеп және кең бағдарламалау білімінсіз жұмысты тексере алады.

4-сурет. e-Actuator Setup Tool құралында қолжетімді жұмыс режимдері.

Жұмыс режимдері туралы түсіндірме

Платформаның ең инновациялық аспектілерінің бірі — таныс пневматикалық клапанның жұмысын имитациялау мүмкіндігі.

Техникалық қызмет көрсету мамандары мен машина операторлары пневматикалық бағыттаушы клапандардың қалай жұмыс істейтінін бұрыннан түсінеді.

Осы басқару әдістерін қайталау электрлік қозғалысты меңгеру қисығын едәуір жеңілдетеді.

Платформа үш негізгі жұмыс режимін ұсынады.

Бір соленоид режимі

Бұл режим серіппелі қайтарымы бар пневматикалық клапанға ұқсас жұмыс істейді.

Цифрлық кіріс іске қосылғанда, атқарушы механизм пәрмен берілген орынға қарай жылжиды.

Сигнал өшірілген кезде, атқарушы механизм автоматты түрде бастапқы орнына қайтады.

Бұл жұмыс режимі мына жағдайларға өте қолайлы:

• Бөлшектерді шығару жүйелері
• Қарапайым орналастыру құрылғылары
• Қысқыш механизмдер
• Ақаулы өнімді шығару қақпалары
• Жүктеу станциялары

Көптеген пневматикалық цилиндр қолданбаларын осы басқару әдісімен тікелей алмастыруға болады.

Қос соленоид режимі

Қос соленоид режимі пневматикалық автоматтандыруда жиі қолданылатын қос соленоидты бағыттаушы клапанның жұмысын қайталайды.

Бір цифрлық кіріс созуды, ал екінші кіріс кері тартуды басқарады.

Жаңа пәрмен алынғанға дейін атқарушы механизм өз орнын сақтайды.

Бұл тәсіл басқару икемділігін арттырып, дәстүрлі өнеркәсіптік машиналардың құрылымына барынша ұқсайды.

Қолдану салалары:

• Тасымалдау жүйелері
• Материалдарды өңдеу жабдықтары
• Автоматтандырылған құрастыру станциялары
• Индекстеу механизмдері
• Қаптама жабдығы

Жабық орталық режимі

Жабық орталық режимі кәдімгі пневматикалық цилиндрлердің көпшілігінде жоқ мүмкіндікті ұсынады.

Созылу және кері тартылу позицияларына қоса, жетек аралық позицияға да жылжи алады.

Бұл тек екі цифрлық кірісті пайдаланып, үш позициялы басқаруды қамтамасыз етеді.

Конфигурацияланатын орталық қалыпта тоқтау мүмкіндігі толық сервожетек контроллерін қажет етпей, машинаның күрделірек жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.

Қолдану салалары:

• Бөлшектерді бірнеше қалыпта өңдеу
• Сұрыптау жүйелері
• Инспекция станциялары
• Тасымалдау механизмдері
• Өнімді орналастыру жүйелері

Бұл функционал электр жетектердің дәстүрлі сұйықтық қуаты технологияларына қарағанда негізгі артықшылықтарының бірін көрсетеді.

Пневматика мен сервобасқару арасындағы алшақтықты жою

Жұмыс режимдері өнеркәсіптік автоматтандырудың барлық салаларында орын алып жатқан маңызды үрдісті көрсетеді.

Өндірушілер дәстүрлі автоматтандырудың қарапайымдылығын заманауи цифрлық технологиялардың икемділігімен үйлестіретін шешімдерді барған сайын көбірек іздеуде.

Электр жетектері осы өтпелі кезеңде бірегей орын алады.

Олар пневматикалық цилиндрлерге қарағанда едәуір кең функционал ұсынады, әрі толық сервожетек платформаларына тән күрделіліктің көп бөлігін болдырмайды.

Бұл теңгерім мамандандырылған қозғалысты басқару тәжірибесі болмауы мүмкін клиенттерге арналған жабдық әзірлейтін машина жасаушылар үшін әсіресе тартымды.

Қарапайым цифрлық командалар техникалық қызмет көрсету қызметкерлеріне таныс болып қала береді, ал жетілдірілген қозғалыс профильдері инженерлік топтар үшін қолжетімді.

Біріктірілген қозғалыс профильдерінің артықшылықтары

Пневматикалық цилиндрлердің ең үлкен шектеулерінің бірі — қозғалысты дәл басқарудың болмауы.

Дроссельдік реттегіштер жылдамдыққа әсер ете алғанымен, үдеу мен баяулаудың қайталанатын профильдеріне қол жеткізу қиын болып қала береді.

Пневматикалық цилиндрлер әдетте жүйе қысымы мен жүктеме жағдайлары мүмкіндік берген жылдамдықпен қозғалады.

Бұл көбіне мыналарға әкеледі:

• Механикалық соққы
• Өнімнің зақымдануы
• Шу шығуы
• Компоненттердің тозуы
• Орналасу дәлдігінің төмендеуі

Электр жетектері бұл мәселелерді бағдарламаланатын қозғалыс профильдері арқылы шешеді.

Контроллер бүкіл жүріс жолында басқарылатын қозғалысқа қол жеткізу үшін қозғалтқыштың шығыс қуатын үздіксіз реттейді.

Нәтижесінде жұмыс бірқалыпты болып, қайталанғыштық жақсарады және жабдықтың қызмет ету мерзімі ұзарады.

Жоғары жылдамдықты өндіріс орталарында соққы күштерін азайту машинаның сенімділігі мен өнім сапасын едәуір жақсарта алады.

Осы артықшылықтың өзі пневматикалық жүйелерден электрлік қозғалыс технологияларына көшуді жиі ақтайды.

Жылдамдық, үдеу және орналасу параметрлерін конфигурациялау

Электр жетектердің сұйықтық қуатымен жұмыс істейтін жүйелерге қарағанда ең үлкен артықшылығы — қозғалыс сипаттамаларын толық басқару мүмкіндігі.

Пневматикалық цилиндрлерде инженерлер жылдамдыққа әсер ету үшін әдетте ағынды реттейтін клапандар мен реттегіш параметрлерін баптайды. Бұл тәсіл көптеген қолданбаларда жұмыс істегенімен, өнімділік жүктеме жағдайларына, ауа қысымының ауытқуларына және компоненттердің тозуына байланысты өзгеруі мүмкін.

Электр жетектері қозғалыс параметрлерін контроллер ішінде тікелей анықтауға мүмкіндік беру арқылы бұл айнымалыларды жояды.

Қысым мен ағынды шектеулерге сүйенудің орнына, инженерлер мына мәндерді дәл белгілей алады:

• Үдеу қарқыны
• Максималды қозғалыс жылдамдығы
• Баяулау қарқыны
• Мақсатты позициялар
• Аралық позициялар
• Жүріп өту уақыты

Басқарудың бұл деңгейі өндірістік циклдер арасындағы тұрақтылықты едәуір жақсартады.

Әрбір қозғалыс қоршаған ортадағы немесе жұмыс барысындағы болмашы өзгерістерге қарамастан, бір профиль бойынша орындалады.

5-сурет. Позиция, жылдамдық, үдеу және баяулау параметрлерін баптау бағдарламалық жасақтамасы арқылы конфигурациялауға болады.

Қазіргі өндірісте қозғалыс профильдері неге маңызды

Өндіріс жүйелері дамыған сайын қозғалыс сапасы барған сайын маңызды бола түсті.

Ескі өндірістік жабдық көбіне жылдамдықты бәрінен жоғары қойды. Цилиндр тез шығып және кері кірсе, жүйе өз мақсатына жетті деп есептелетін.

Бүгінгі өндірістік орта әлдеқайда көп мүмкіндікті талап етеді.

Қазіргі өндіріс желілері нәзік өнімдермен, жеңіл материалдармен, дәл құрастырылымдармен және жоғары деңгейде бейімделген өнім нұсқаларымен жұмыс істейді.

Шамадан тыс соққы күштері өнімдерді зақымдауы, сапаны төмендетуі және жабдықтың тозуын жеделдетуі мүмкін.

Бағдарламаланатын қозғалыс профильдері бұл мәселелерді жоюға көмектеседі.

Механикалық тіректерге күрт соғылудың орнына, электр жетектері біртіндеп үдей алады, басқарылатын қозғалыс жылдамдығын сақтайды және мақсатты позицияға жетпей тұрып бірқалыпты баяулайды.

Артықшылықтарға мыналар жатады:

• Механикалық соққының азаюы
• Діріл деңгейінің төмендеуі
• Өнім сапасының жақсаруы
• Машинаның қызмет ету мерзімінің ұзаруы
• Техникалық қызмет көрсету шығындарының азаюы
• Позициялаудың жоғары дәлдігі

Бұл артықшылықтар электроника өндірісі, фармацевтикалық өндіріс, жартылай өткізгіштер жасау және автоматтандырылған құрастыру операциялары сияқты салаларда ерекше маңызды.

Механикалық соңғы тіректерден тыс конфигурацияланатын позициялау

Дәстүрлі пневматикалық цилиндрлер әдетте екі бекітілген механикалық шек арасында жұмыс істейді.

Егер басқа позиция қажет болса, инженерлерге көбіне механикалық тіректер орнату, құрылғыны қайта жобалау немесе жетектің жүріс ұзындығын өзгерту қажет болады.

Электр жетектері айтарлықтай жоғары икемділікті қамтамасыз етеді.

Бағдарламалық жасақтама инженерлерге операциялық позицияларды жетектің физикалық жүріс шектеріне тәуелсіз анықтауға мүмкіндік береді.

Бұл бір жетектің механикалық өзгеріссіз бірнеше машина конфигурациясын қолдауына мүмкіндік береді.

Мысалдар:

• Өнімге арналған рецептуралар
• Қаптамалардың бірнеше өлшемі
• Икемді құрастыру операциялары
• Автоматтандырылған қайта баптау
• Бейімделгіш өндіріс жүйелері

Өндірушілер икемді өндіріс стратегияларын барған сайын қолға алып жатқандықтан, бұл мүмкіндік маңызды бәсекелестік артықшылыққа айналады.

Өндірістік іске қосулар арасында жабдықты қолмен реттеудің орнына, операторлар машина интерфейсі арқылы жаңа рецепті жай ғана таңдай алады.

Атқарушы механизм жаңа конфигурация параметрлеріне сәйкес автоматты түрде қозғалады.

Industry 4.0 және ақылды өндірістің артықшылықтары

Сұйықтық қуатынан электрлік қозғалысқа көшу Industry 4.0-нің кең ауқымды бастамаларымен тығыз үйлеседі.

Заманауи зауыттар пайдалану көрінісін, диагностикалық ақпаратты және өнімділік талдауын ұсына алатын желіге қосылған жабдыққа барған сайын тәуелді болып келеді.

Пневматикалық цилиндрлер әдетте шектеулі кері байланыс ұсынады.

Ең жақсы жағдайда инженерлер созылған және тартылған күйлерді анықтау үшін сыртқы датчиктер орнатуы мүмкін.

Электрлік атқарушы механизмдер табиғи түрде әлдеқайда мол пайдалану деректерін жасайды.

Мысалдар:

• Кері позициялық байланыс
• Қозғалыс күйі
• Циклдер саны
• Қате жағдайлары
• Жүріп өту уақыты
• Өнімділік үрдістері
• Пайдалану тарихы

Бұл ақпарат болжамды техникалық қызмет көрсету бастамаларын қолдап, жабдықтың жалпы тиімділігін арттыра алады.

Заманауи Өнеркәсіптік коммуникациялық желілермен және Өнеркәсіптік есептеу платформаларымен біріктірілген кезде электрлік атқарушы механизмдер желіге қосылған өндірістік орталарда құнды дереккөздерге айналады.

Энергия тиімділігін салыстыру: электрлік және пневматикалық жүйелер

Энергия тиімділігі электрлік атқарушы механизмдерді енгізудің ең мықты дәлелдерінің бірі болып қала береді.

Сығылған ауа өндірістік нысандағы ең қымбат ресурстардың бірі ретінде жиі сипатталады.

Сығылған ауа өндіру үшін едәуір электр энергиясы қажет.

Қосымша шығындар мына жолдармен туындайды:

• Сығу кезіндегі тиімсіздік
• Тарату құбырларындағы шығындар
• Қысымның төмендеуі
• Ауа ағуы
• Клапан шығындары
• Шығару кезіндегі шығындар

Салалық зерттеулер зауыттарда өндірілетін сығылған ауаның едәуір пайызы ешқашан пайдалы жұмыс атқармайтынын жиі көрсетеді.

Электрлік атқарушы механизмдер электр энергиясын тікелей механикалық қозғалысқа түрлендіреді.

Бұл тікелей түрлендіру үдерісі жүйенің жалпы тиімділігін әдетте әлдеқайда жоғары деңгейге жеткізеді.

Бірнеше өндірістік желіде жүздеген атқарушы механизм жұмыс істейтін нысандарда жинақталған энергия үнемі айтарлықтай болуы мүмкін.

Электрлік және пневматикалық технологияларды салыстырған кезде, бұл үнемдеу көбіне иеленудің жалпы құнын жақсартады.

Техникалық қызмет көрсету қажеттіліктерін азайту

Техникалық қызмет көрсету мәселелері энергия тұтынумен ғана шектелмейді.

Сұйықтық қуаты жүйелері сенімді жұмысты қамтамасыз ету үшін тұрақты назар аударуды қажет етеді.

Жалпы техникалық қызмет көрсету әрекеттеріне мыналар жатады:

• Ағып кетуді анықтау
• Тығыздағышты ауыстыру
• Сүзгіге қызмет көрсету
• Қысымды реттеу
• Майлау жүйесін басқару
• Ауа сапасын бақылау
• Гидравликалық сұйықтықты ауыстыру

Электр жетектері осы талаптардың көбін жояды.

Механикалық құрамдастар әлі де мерзімді тексеруді қажет ететініне қарамастан, сығылған ауаның және гидравликалық сұйықтықтардың болмауы ұзақ мерзімді техникалық қызмет көрсету стратегияларын жеңілдетеді.

Сенімділікке бағдарланған техникалық қызмет көрсету бағдарламаларын жүзеге асыратын көптеген кәсіпорындар жоспарланбаған тоқтап қалулар мен техникалық қызмет көрсету жүктемесін азайту әдісі ретінде электр қозғалыс жүйелерін барған сайын көбірек қарастырады.

6-сурет. Қозғалыс параметрлерін тікелей жетекке жазуға болады, бұл іске қосу жұмыстарын және болашақ конфигурация өзгерістерін жеңілдетеді.

Электр жетектері ең жоғары құндылық беретін өнеркәсіптік қолданбалар

Электр жетектері көптеген пневматикалық цилиндрлерді алмастыра алғанымен, инвестицияның ең жоғары қайтарымы көбіне икемділікті, дәлдікті және қайталанымдылықты қажет ететін қолданбаларда байқалады.

Электр қозғалысы кез келген машинаға бірдей пайда әкелмейді.

Жоғары жылдамдықта үздіксіз жұмыс істейтін қарапайым итеру және кері тарту қолданбаларында бастапқы құнының төмен болуына байланысты пневматикалық технология әлі де тиімді болуы мүмкін.

Алайда басқарылатын позициялауды, өнімді ауыстыруды немесе бірнеше жұмыс режимін қажет ететін қолданбалар көбіне электр шешімдерінің артықшылықтарын пайдаланады.

Ең сәтті енгізу мысалдарының кейбірі:

• Автоматтандырылған құрастыру жүйелері
• Қаптама машиналары
• Қораптарды қаптамаға салу жабдығы
• Өнімді тексеру станциялары
• Роботтандырылған тасымалдау жүйелері
• Электроника өндіру желілері
• Медициналық құрылғылар өндіру
• Жартылай өткізгіштерді өңдеу жабдығы

Мұндай ортада қозғалыс параметрлерін аппараттық реттеулердің орнына бағдарламалық жасақтама арқылы өзгерту мүмкіндігі пайдалану тұрғысынан елеулі артықшылықтар береді.

Қаптама машиналарын жаңғырту

Қаптама жабдығы электр жетектерін енгізудің ең үлкен мүмкіндіктерінің бірін ұсынады.

Дәстүрлі қаптама жүйелерінде көбіне мына міндеттерді атқаратын ондаған пневматикалық цилиндр болады:

• Өнімді орналастыру
• Қораптарды өңдеу
• Қақпақшаны басқару
• Бөлшектерді қабылдамау
• Қораптарды тиеу
• Жапсырманың орналасуы

Өнім түрлерінің саны артқан сайын өндірушілер ұзақ қайта баптау рәсімдеріне жиі тап болады.

Қаптама өлшемдері өзгерген сайын механикалық реттеулер қажет болады.

Электр жетектері бұл реттеулерді автоматты түрде орындауға мүмкіндік береді.

Тіреуіштер мен бағыттағыштардың орнын қолмен өзгертудің орнына, операторлар жаңа өнім рецептурасын таңдайды.

Содан кейін машина сақталған конфигурация параметрлеріне сәйкес жетек позицияларын автоматты түрде реттейді.

Бұл мүмкіндік қайта баптау уақытын едәуір қысқартып, қайталанымдылықты жақсартады.

Қазір көптеген қаптама жабдығын өндірушілер электр жетектерін өнеркәсіптік HMI жүйелерімен біріктіріп, машинаны басқаруды жеңілдететін, пайдалануға ыңғайлы баптау интерфейстерін жасайды.

Автоматтандырылған құрастыру жүйелері

Құрастыру операциялары көбіне пневматикалық цилиндрлер сенімді түрде қамтамасыз ете алатын дәлдіктен едәуір жоғары орналастыру дәлдігін талап етеді.

Кірістіру, бекіту, дәнекерлеу немесе инспекциялау процедуралары орындалмас бұрын компоненттер дәл туралануы керек.

Электрлік атқарушы механизмдер мынадай процестерді қолдайтын қайталанымды орналастыру өнімділігін ұсынады:

• Компоненттерді кірістіру
• Пресс-қондыру арқылы құрастыру
• Бекіткіштерді орналастыру
• Коннекторларды орнату
• Бөлшектерді тасымалдау операциялары

Орналастыру бағдарламалық құрал арқылы анықталатындықтан, инженерлер өнімдер өзгерген сайын қозғалыс профильдерін оңай өзгерте алады.

Бұл икемділік ортақ өндірістік жабдықта бірнеше өнім нұсқасын шығаратын өндірістік орталарда барған сайын құнды бола түседі.

Тамақ өнімдері мен сусындар өндірісі

Тамақ өнімдерін өндіретін кәсіпорындар пайдалану және тұрақты даму себептеріне байланысты пневматикалық жүйелерге балама нұсқаларды зерттеуді жалғастыруда.

Сығылған ауа тамақ өнімдерін өңдеу зауыттарында әлі де кеңінен қолданылады, алайда жалпы ауа тұтынуды азайту энергия тиімділігін айтарлықтай арттыра алады.

Электрлік атқарушы механизмдер мынадай қосымша артықшылықтар береді:

• Энергия тұтынудың азаюы
• Орналастыру дәлдігінің тұрақтылығының жақсаруы
• Техникалық қызмет көрсету талаптарының азаюы
• Санитарлық тазалау рәсімдерінің жеңілдеуі
• Процестің қайталанғыштығының жақсаруы

Толтыру, сұрыптау, орау және материалдарды өңдеу сияқты қолданбалар электрлік қозғалыс жүйелері ұсынатын дәл басқару сипаттамаларының пайдасын жиі көреді.

Машина жасаушылар мен OEM өндірушілеріне арналған жобалау артықшылықтары

Машина жасаушылар машинаның өнімділігін арттыра отырып, инженерлік жұмыстарды азайту үшін үнемі қысымға ұшырайды.

Интеграцияланған электрлік атқарушы механизмдер екі мақсатқа да қол жеткізуге көмектеседі.

Дәстүрлі қозғалыс жүйелері көбіне бірнеше жеткізушінің, соның ішінде атқарушы механизм өндірушілерінің, жетектер жеткізушілерінің, кабель жеткізушілерінің және басқару жүйесі провайдерлерінің өзара үйлесімді жұмысын талап етеді.

Интеграцияланған атқарушы механизм платформасы осы күрделіліктің едәуір бөлігін біріктіреді.

OEM өндірушілеріне арналған артықшылықтар:

• Компоненттер санының азаюы
• Электрлік жобалаудың жеңілдеуі
• Құрастырудың жылдамдауы
• Басқару панеліне қойылатын орын талаптарының азаюы
• Құжаттаманы жеңілдету
• Іске қосу циклдерінің қысқаруы

Бұл артықшылықтар жабдық платформаларындағы стандарттауды жақсарта отырып, машиналарды әзірлеу шығындарын айтарлықтай азайта алады.

Заманауи PLC платформаларымен интеграция

Электрлік атқарушы механизмдердің танымалдығы артып келе жатқанының бір себебі — олардың заманауи өнеркәсіптік басқару жүйелерімен үйлесімділігі.

Қарапайым цифрлық кіріс архитектурасы кез келген дерлік PLC платформасымен оңай интеграциялауға мүмкіндік береді.

Кең таралған интеграция платформаларына мыналар жатады:

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

Атқарушы механизм контроллері қозғалыс есептеулерін ішкі түрде орындайтындықтан, PLC-ге тек қарапайым командалық сигналдарды беру қажет.

Бұл архитектура қолданыстағы автоматтандыру инфрақұрылымымен үйлесімділікті сақтай отырып, бағдарламалау талаптарын барынша азайтады.

Пневматикалық жүйелер әлі де орынды болатын жағдайлар

Электр жетектерінің артықшылықтарына қарамастан, пневматикалық технология көптеген өнеркәсіптік қолданбаларда әлі де жоғары тиімділігін сақтап отыр.

Инженерлер жаңа технологиялар автоматты түрде ең жақсы шешім береді деп есептемей, талаптарды объективті бағалауы керек.

Пневматикалық цилиндрлер көбіне мына жағдайларда тиімді болып қала береді:

• Циклдердің өте жоғары жиілігі қажет болса
• Позициялау дәлдігі аса маңызды болмаса
• Қолданыстағы сығылған ауа инфрақұрылымы бар болса
• Бастапқы құн негізгі мәселе болса
• Қоршаған орта жағдайлары қатаң болса
• Басынан соңына дейінгі қарапайым қозғалыс жеткілікті болса

Ең сәтті инженерлік шешімдер бастапқы сатып алу бағасына ғана емес, бүкіл қызмет ету мерзіміндегі жалпы шығындарға баға беруге негізделеді.

Көптеген кәсіпорындарда пневматикалық, гидравликалық және электрлік қозғалыс технологияларын үйлестіру оңтайлы шешім береді.

Өнеркәсіптік қозғалысты басқарудың болашағы

Өнеркәсіптік автоматтандырудың болашағы интеллектуалды электрлік қозғалыс жүйелерінің кеңінен енгізілуімен байланысты болуы ықтимал.

Бірнеше салалық үрдіс бұл ауысымды одан әрі жеделдетіп отыр:

• Индустрия 4.0 бастамалары
• Болжамды техникалық қызмет көрсету бағдарламалары
• Энергия тиімділігі мақсаттары
• Икемді өндіріс талаптары
• Цифрлық трансформация жобалары
• Кадрлардың біліктілік тапшылығы

Біріктірілген электр жетектері осы қиындықтардың көпшілігін бір мезетте шешеді.

Олар дәстүрлі автоматтандыру жүйелерімен жұмыс істеуге дағдыланған техникалық мамандар үшін қолжетімді болып қала отырып, жетілдірілген диагностика, бағдарламалық жасақтама арқылы бапталатын жұмыс режимін, энергия тиімділігін арттыруды және техникалық қызмет көрсетуді жеңілдетуді қамтамасыз етеді.

Контроллер технологиясы дами берген сайын, электр жетектерін енгізу одан әрі жеңілдеп, барған сайын жетілдірілген мүмкіндіктер ұсынуы ықтимал.

Қорытынды

Электр жетектері енді күрделі сервобасқарылатын қолданбалармен ғана шектелмейді. SMC e-Actuator платформасы сияқты заманауи біріктірілген шешімдер электрлік қозғалыстың пневматикалық жүйелерге дәстүрлі түрде тән қарапайымдылыққа қол жеткізе отырып, заманауи қозғалтқыштарды басқару технологиясының дәлдік, икемділік және тиімділік артықшылықтарын ұсына алатынын көрсетеді.

Контроллерлерді жетек жинағына тікелей біріктіру, сымдарға қойылатын талаптарды жеңілдету және бағдарламалық жасақтаманы интуитивті баптау құралдарын ұсыну арқылы бұл жүйелер бұрын электрлік қозғалысты енгізуге кедергі болған көптеген тосқауылдарды азайтады.

Тиімділікті арттыруға, техникалық қызмет көрсету қажеттілігін азайтуға, позициялау дәлдігін жақсартуға және өндіріс икемділігін арттыруға ұмтылатын өндірушілер үшін электр жетектері дәстүрлі сұйықтықтық қуат жүйелеріне тартымды балама ұсынады. Пневматикалық және гидравликалық технологиялар өнеркәсіпте маңызды рөл атқара бергенімен, біріктірілген электрлік қозғалыс шешімдері келесі буын автоматтандыру жүйелері үшін барған сайын тартымды нұсқаға айналуда.