Электрические приводы, разработанные для замены гидравлических и пневматических систем: практическое руководство по промышленной автоматизации

На протяжении десятилетий пневматические цилиндры и гидравлические приводы доминировали в промышленном управлении движением. Их популярность обусловлена простыми методами управления, высокой силой и несложным монтажом. Клапан срабатывает, рабочая среда перемещается, а привод выдвигается или втягивается. Принцип легко понять и еще проще обслуживать.

Однако современные производственные предприятия сталкиваются с растущей необходимостью повышать энергоэффективность, сокращать потребность в техническом обслуживании, устранять утечки и добиваться большей точности позиционирования. Эти требования ускорили внедрение электрических приводов в отраслях от упаковки и сборки до производства полупроводников и автоматизации технологических процессов.

В отличие от традиционных систем с гидро- и пневмоприводами, электрические приводы обеспечивают точное позиционирование, программируемые профили движения, повторяемость перемещений и диагностику в реальном времени. Инженеры могут управлять ускорением, скоростью, замедлением и положением остановки без регуляторов давления, дросселей расхода или механической регулировки.

Исторически эти преимущества сопровождались существенным недостатком. Электрические системы управления движением часто требовали сервоприводов, программирования ПЛК, коммуникационных сетей, программного обеспечения для настройки, систем обратной связи от энкодеров и специальных знаний в области управления движением.

Для многих предприятий, особенно заменяющих простые пневматические цилиндры, эта сложность стала серьезным препятствием для внедрения.

Современные интегрированные платформы электрических приводов стремятся устранить эту проблему, объединяя механику привода, электронику управления двигателем и программное обеспечение для настройки в единый комплекс. В результате получается система, обеспечивающая преимущества электрического управления движением при сохранении простоты эксплуатации, благодаря которой пневматические системы стали столь популярны.

В этой статье рассматривается платформа e-Actuator компании SMC и анализируется, как интегрированные электрические системы управления движением помогают производителям перейти от традиционных технологий гидро- и пневмоприводов.

Для предприятий, модернизирующих инфраструктуру автоматизации, эти технологии все чаще дополняют передовые системы PLC и PAC, промышленные HMI-платформы и решения для управления движением, используемые в современных производственных процессах.

Рисунок 1. Серия e-Actuator в демонстрационном устройстве от SMC.

Почему производители заменяют пневматические и гидравлические приводы

Пневматические системы остаются одной из наиболее широко используемых технологий управления движением в промышленной автоматизации. Сжатый воздух доступен на большинстве предприятий, а пневматические цилиндры обеспечивают надежную работу во многих сферах применения.

Гидравлические системы по-прежнему доминируют в приложениях, требующих чрезвычайно высокого усилия, включая прессы, тяжёлую технику, оборудование для формовки металла и крупные промышленные исполнительные механизмы.

Несмотря на эти преимущества, технологии гидро- и пневмопривода создают ряд эксплуатационных проблем.

Системы сжатого воздуха по своей природе неэффективны. Значительные потери энергии происходят при сжатии, распределении, хранении и выпуске воздуха. В эксплуатируемых в течение длительного времени зданиях часто возникают утечки воздуха, увеличивая затраты на электроэнергию и не выполняя полезной работы.

Гидравлические системы связаны с другими проблемами. Загрязнение жидкости, износ уплотнений, утечки, экологические факторы и постоянная необходимость в обслуживании увеличивают совокупную стоимость эксплуатации.

Электрические исполнительные механизмы напрямую решают многие из этих проблем.

• Отсутствие расхода сжатого воздуха
• Отсутствие необходимости в обслуживании гидравлической жидкости
• Отсутствие проблем с утечками
• Сниженный уровень шума при работе
• Повышенная точность позиционирования
• Программируемые профили движения
• Встроенная диагностика
• Более высокая энергоэффективность

Возможно, самое главное преимущество электрических исполнительных механизмов заключается в том, что они обеспечивают точное управление перемещением, а не просто перемещение между двумя фиксированными конечными точками.

Эта возможность позволяет инженерам создавать гибкие производственные системы, способные поддерживать выпуск различных продуктов, рецептур и режимов работы без механической переналадки.

Традиционная сложность электрических систем управления движением

Хотя электрические исполнительные механизмы обеспечивают значительные преимущества по производительности, традиционные системы управления движением на основе сервоприводов часто требуют существенно больше инженерных усилий, чем пневматические установки.

Обычное электрическое решение для управления движением, как правило, включает:

• Сервомотор
• Сервопривод
• Контроллер движения
• Обратная связь от энкодера
• Сеть передачи данных
• Программное обеспечение для программирования
• Оборудование распределения питания
• Интеграция систем безопасности

На многих промышленных предприятиях инженерам нужно лишь перемещать цилиндр из положения A в положение B. Установка полноценной сервосистемы для такой простой задачи может привести к неоправданному усложнению и дополнительным расходам.

Эта проблема объясняет, почему пневматические цилиндры остаются широко распространёнными, несмотря на свои ограничения.

Инженерные усилия, необходимые для настройки, ввода в эксплуатацию и обслуживания традиционной системы управления движением, часто перевешивают преимущества в приложениях с простым линейным перемещением.

Интегрированные электрические исполнительные механизмы призваны устранить этот разрыв, обеспечивая точность позиционирования на уровне сервоприводов и сохраняя простоту традиционных методов управления гидро- и пневмосистемами.

Концепция электронных исполнительных механизмов SMC

Серия электронных исполнительных механизмов SMC EQFS рассматривает управление движением с практической точки зрения.

Вместо того чтобы заставлять инженеров приобретать отдельные двигатели, приводы, системы обратной связи и контроллеры, этот исполнительный механизм объединяет эти компоненты в компактный узел.

Такая архитектура значительно упрощает установку.

Встроенный контроллер автоматически управляет следующими функциями:

• Управление положением
• Коммутация двигателя
• Управление ускорением
• Управление замедлением
• Обратная связь по положению
• Последовательность движений
• Мониторинг неисправностей

В результате пользователь взаимодействует с исполнительным механизмом почти так же, как с пневматическим цилиндром.

Простые цифровые входы задают команды движения, а внутренний контроллер выполняет сложные вычисления и алгоритмы управления, работающие в фоновом режиме.

Рисунок 2. Встроенный контроллер с отдельными интерфейсами питания, ввода-вывода и конфигурации.

Встроенные контроллеры: упрощение внедрения электрических систем управления движением

Одним из наиболее существенных исторических препятствий для внедрения электрических исполнительных механизмов была сложность контроллеров.

Традиционные серво-системы часто требуют обширной настройки и специальных знаний.

Архитектуры со встроенным контроллером упрощают установку, встраивая функции управления движением непосредственно в узел исполнительного механизма.

С точки зрения установки инженеры в основном работают с тремя подключениями:

• Вход питания 24 В пост. тока
• Интерфейс цифрового ввода-вывода
• Интерфейс конфигурации

Такая конструкция устраняет значительную часть сложности с проводкой, обычно связанной с автономными системами управления движением.

Производители машин получают преимущества благодаря уменьшению требований к свободному месту в шкафу, упрощению документации и ускорению процедур ввода в эксплуатацию.

Персонал по техническому обслуживанию также получает преимущества, поскольку поиск и устранение неисправностей становится значительно проще, когда привод и исполнительный механизм работают как единая система.

Преимущества электрической инфраструктуры перед гидравлическими и пневматическими системами

Одно из часто упускаемых из виду преимуществ электрических исполнительных механизмов связано с инфраструктурой объекта.

Пневматическим системам требуется обширное вспомогательное оборудование, прежде чем сможет заработать хотя бы один исполнительный механизм.

Эта инфраструктура может включать:

• Воздушные компрессоры
• Осушители
• Фильтры
• Регуляторы давления
• Накопительные баки
• Распределительные трубопроводы
• Программы управления утечками

Гидравлические системы требуют столь же значительных инвестиций в инфраструктуру.

Такие системы обычно включают насосы, резервуары, клапаны, теплообменники, системы фильтрации и разветвлённые трубопроводные сети.

Электрические приводы устраняют многие из этих требований.

Инфраструктура распределения электроэнергии уже существует на большинстве промышленных объектов. Прокладывать электрические подключения к удалённым местам часто значительно проще, чем устанавливать новые сети сжатого воздуха или гидравлические сети.

Это преимущество становится особенно важным при расширении и модернизации объектов.

Инженеры могут устанавливать системы управления движением в местах, где сжатый воздух может отсутствовать или его подведение может быть чрезмерно дорогим.

Понимание силовых подключений и подключений ввода-вывода

В e-Actuator используется простая схема подключения, соответствующая распространённым методам промышленной автоматизации.

Разъём питания принимает стандартное управляющее питание 24 VDC, обеспечивая совместимость с существующими промышленными системами электропитания.

В большинстве современных платформ автоматизации уже используются архитектуры питания 24 VDC для датчиков, контроллеров, HMI и коммуникационного оборудования.

Такая совместимость упрощает интеграцию системы.

Рисунок 3. Назначение контактов питания и цифровых входов/выходов, используемых встроенным контроллером.

Архитектура цифровых входов немного отличается от архитектуры многих стандартных входных модулей ПЛК.

Поскольку привод внутри себя использует напряжение питания как опорное, внешние устройства должны иметь общий электрический опорный потенциал.

Понимание этой взаимосвязи становится важным при интеграции системы.

Надлежащее заземление и управление общим опорным потенциалом помогают обеспечить надёжную работу, одновременно сводя к минимуму электрические помехи и проблемы связи.

Инженерам, интегрирующим электрические приводы с системами Allen-Bradley ControlLogix, Siemens SIMATIC S7 или Schneider Modicon Quantum, следует при установке проверить типовые методы использования общего силового потенциала.

Промышленные применения, которые больше всего выигрывают от электрических приводов

Не каждое пневматическое или гидравлическое применение следует автоматически переводить на электрическое движение.

Однако некоторые применения могут значительно выиграть от использования технологии электрических приводов.

Примеры включают:

• Упаковочное оборудование
• Системы pick-and-place
• Сборочное оборудование
• Производство электронных изделий
• Фармацевтическое производство
• Производство продуктов питания и напитков
• Лабораторная автоматизация
• Оборудование для производства полупроводников

Для таких применений часто требуются повторяемое позиционирование, гибкие профили движения и сниженные требования к техническому обслуживанию.

Электрические приводы обеспечивают преимущества, которых трудно достичь с помощью традиционных гидравлических и пневматических систем.

По мере того как производственные предприятия продолжают внедрять стратегии умного производства, системы управления электрическим движением всё больше соответствуют целям Индустрии 4.0, ориентированным на подключённость, диагностику, эффективность и прозрачность рабочих процессов.

Конфигурация программного обеспечения: где электрическое движение становится практичным

Для многих инженеров конфигурация программного обеспечения представляет собой главную проблему при переходе от пневматических цилиндров к электрическим приводам.

Традиционные платформы управления движением часто требуют extensive настройки параметров, сопоставления коммуникаций, конфигурации осей, процедур настройки и навыков программирования.

Назначение платформы e-Actuator принципиально отличается.

Вместо отображения сотен параметров движения программное обеспечение сосредоточено только на настройке параметров, необходимых для распространённых промышленных применений.

Этот подход существенно сокращает время ввода в эксплуатацию, сохраняя преимущества электрического движения.

Программное обеспечение для настройки автоматически определяет модель подключённого исполнительного механизма и отображает только соответствующие параметры для регулировки.

В результате инженеры тратят меньше времени на работу со сложными меню и больше — на оптимизацию производительности машины.

Подключение к e-Actuator Setup Tool

Настройка выполняется с помощью специального инструмента e-Actuator Setup Tool, предоставляемого SMC.

Программное обеспечение взаимодействует через выделенный конфигурационный порт M12, расположенный на встроенном контроллере.

После установления связи программное обеспечение автоматически определяет:

• Тип исполнительного механизма
• Длина хода
• Версия контроллера
• Доступные режимы работы
• Текущие настройки параметров

Этот процесс автоматического обнаружения устраняет многие процедуры ручной настройки, традиционно связанные с сервосистемами.

Для производителей машин, устанавливающих несколько исполнительных механизмов, эта функция может значительно сократить время запуска.

Специалисты по вводу в эксплуатацию могут быстро проверить конфигурации, изменить настройки и подтвердить работу системы без глубоких знаний программирования.

Рисунок 4. Доступные режимы работы в инструменте настройки e-Actuator.

Объяснение режимов работы

Одна из самых инновационных особенностей платформы — её способность имитировать привычное поведение пневматических клапанов.

Технические специалисты по обслуживанию и операторы станков уже понимают принцип работы пневматических направляющих клапанов.

Благодаря воспроизведению этих методов управления процесс освоения электрического движения значительно упрощается.

Платформа предлагает три основных режима работы.

Режим одиночного соленоида

Этот режим работает аналогично пневматическому клапану с возвратной пружиной.

При активации цифрового входа исполнительный механизм перемещается в заданное положение.

При снятии сигнала исполнительный механизм автоматически возвращается в исходное положение.

Этот режим работы идеально подходит для:

• Системы выталкивания деталей
• Простые устройства позиционирования
• Зажимные механизмы
• Отбраковывающие заслонки
• Загрузочные станции

Многие применения пневматических цилиндров можно напрямую заменить с помощью этого метода управления.

Режим двойного соленоида

Режим двойного соленоида имитирует работу направляющего клапана с двумя соленоидами, обычно используемого в пневматической автоматике.

Один цифровой вход управляет выдвижением, а второй — втягиванием.

Исполнительный механизм сохраняет своё положение до получения новой команды.

Этот подход обеспечивает более гибкое управление и во многом напоминает традиционные конструкции промышленных машин.

Применения включают:

• Системы перемещения
• Оборудование для перемещения материалов
• Автоматизированные сборочные станции
• Механизмы индексирования
• Упаковочное оборудование

Режим замкнутого центра

Режим замкнутого центра обеспечивает возможность, недоступную для большинства обычных пневматических цилиндров.

Помимо положений выдвижения и втягивания, привод может перемещаться в промежуточное положение.

Это позволяет реализовать трёхпозиционное управление, используя всего два цифровых входа.

Возможность останавливаться в настраиваемом центральном положении открывает возможности для более сложной работы машины без необходимости использования полноценного контроллера сервопривода.

Применения включают:

• Многопозиционная обработка деталей
• Системы сортировки
• Станции контроля
• Механизмы перемещения
• Системы позиционирования продукции

Эта функциональность подчёркивает одно из главных преимуществ электрических приводов перед традиционными технологиями с использованием рабочих жидкостей.

Объединение пневматики и сервоприводного управления

Режимы работы демонстрируют важную тенденцию, происходящую во всей промышленной автоматизации.

Производители всё чаще ищут решения, сочетающие простоту традиционной автоматизации с гибкостью современных цифровых технологий.

Электрические приводы занимают уникальное положение в рамках этого перехода.

Они обеспечивают значительно более широкие функциональные возможности, чем пневматические цилиндры, и при этом позволяют избежать значительной части сложности, связанной с полноценными сервоприводными платформами.

Такой баланс особенно привлекателен для производителей машин, разрабатывающих оборудование для клиентов, которые могут не обладать специальными знаниями в области управления движением.

Простые цифровые команды остаются привычными для специалистов по техническому обслуживанию, а расширенные профили движения доступны инженерным командам.

Преимущества интегрированных профилей движения

Одно из главных ограничений пневматических цилиндров — отсутствие точного управления движением.

Хотя регуляторы расхода могут влиять на скорость, добиться повторяемых профилей ускорения и замедления по-прежнему сложно.

Пневматические цилиндры обычно перемещаются с такой скоростью, которую позволяют давление в системе и условия нагрузки.

Это часто приводит к:

• Механический удар
• Повреждение продукции
• Возникновение шума
• Износ компонентов
• Снижение точности позиционирования

Электрические приводы решают эти проблемы с помощью программируемых профилей движения.

Контроллер непрерывно регулирует выходную мощность двигателя, обеспечивая управляемое движение на всём пути перемещения.

Это обеспечивает более плавную работу, повышенную повторяемость и более длительный срок службы оборудования.

В условиях высокоскоростного производства снижение ударных нагрузок может значительно повысить надёжность оборудования и качество продукции.

Одного этого преимущества часто достаточно, чтобы оправдать переход от пневматических систем к электрическим технологиям управления движением.

Настройка параметров скорости, ускорения и положения

Возможно, главное преимущество электрических приводов перед системами с гидро- и пневмоприводом — полный контроль характеристик движения.

В пневматических цилиндрах инженеры обычно регулируют дроссельные клапаны и настройки регуляторов, чтобы влиять на скорость. Хотя этот подход подходит для многих применений, характеристики могут изменяться в зависимости от нагрузки, колебаний давления воздуха и износа компонентов.

Электрические приводы устраняют эти переменные, позволяя задавать параметры движения непосредственно в контроллере.

Вместо зависимости от ограничений давления и расхода инженеры могут задавать точные значения для:

• Скорость ускорения
• Максимальная скорость перемещения
• Скорость замедления
• Целевые положения
• Промежуточные положения
• Время перемещения

Такой уровень контроля значительно повышает стабильность производственных циклов.

Каждое движение следует одному и тому же профилю независимо от незначительных изменений окружающей среды или условий эксплуатации.

Рисунок 5. Настройки положения, скорости, ускорения и замедления можно конфигурировать с помощью программного обеспечения для настройки.

Почему профили движения важны в современном производстве

Качество движения становится все более важным по мере развития производственных систем.

Старое производственное оборудование часто ставило скорость превыше всего. Если цилиндр быстро выдвигался и втягивался, система считала задачу выполненной.

Современные производственные среды требуют гораздо большего.

Сегодня производственные линии работают с хрупкими изделиями, легкими материалами, прецизионными сборочными узлами и сильно индивидуализированными вариантами продукции.

Чрезмерные ударные нагрузки могут повреждать продукцию, снижать качество и ускорять износ оборудования.

Программируемые профили движения помогают устранить эти проблемы.

Вместо резкого удара о механические упоры электрические приводы могут постепенно ускоряться, поддерживать контролируемую скорость перемещения и плавно замедляться перед достижением целевого положения.

Преимущества включают:

• Снижение механических ударных нагрузок
• Снижение уровня вибрации
• Повышение качества продукции
• Увеличение срока службы машины
• Снижение затрат на техническое обслуживание
• Более высокая точность позиционирования

Эти преимущества особенно важны в таких отраслях, как производство электроники, фармацевтическое производство, изготовление полупроводников и автоматизированные сборочные операции.

Настраиваемое позиционирование за пределами механических концевых упоров

Традиционные пневматические цилиндры обычно работают между двумя фиксированными механическими пределами.

Если требуется другое положение, инженерам часто необходимо устанавливать механические упоры, изменять конструкцию оборудования или выбирать привод с другой длиной хода.

Электрические приводы обеспечивают значительно большую гибкость.

Программное обеспечение позволяет инженерам задавать рабочие положения независимо от физических пределов хода привода.

Это означает, что один привод может поддерживать несколько конфигураций машины без механической модификации.

Примеры включают:

• Рецептуры для конкретных продуктов
• Несколько размеров упаковки
• Гибкие сборочные операции
• Автоматизированная переналадка
• Адаптивные производственные системы

По мере того как производители всё активнее внедряют стратегии гибкого производства, эта возможность становится значительным конкурентным преимуществом.

Вместо физической перенастройки оборудования между производственными циклами операторы могут просто выбрать новый рецепт через интерфейс машины.

Исполнительный механизм автоматически перемещается в соответствии с новыми параметрами конфигурации.

Преимущества Индустрии 4.0 и интеллектуального производства

Переход от гидравлических и пневматических систем к электрическому приводу тесно связан с более широкими инициативами в области Индустрии 4.0.

Современные заводы всё больше зависят от подключённого оборудования, способного предоставлять информацию о состоянии эксплуатации, диагностические данные и аналитику производительности.

Пневматические цилиндры обычно обеспечивают ограниченную обратную связь.

В лучшем случае инженеры могут установить внешние датчики для определения выдвинутого и втянутого положений.

Электрические исполнительные механизмы изначально генерируют гораздо более широкий спектр эксплуатационных данных.

Примеры включают:

• Обратная связь по положению
• Состояние движения
• Количество циклов
• Условия ошибок
• Время перемещения
• Тенденции производительности
• История эксплуатации

Эта информация может поддерживать инициативы по прогнозному техническому обслуживанию и повышать общую эффективность оборудования.

При интеграции с современными промышленными сетями связи и промышленными вычислительными платформами электрические исполнительные механизмы становятся ценными источниками данных в подключённых производственных средах.

Сравнение энергоэффективности: электрические и пневматические системы

Энергоэффективность остаётся одним из главных аргументов в пользу внедрения электрических исполнительных механизмов.

Сжатый воздух часто называют одним из самых дорогих ресурсов на производственном предприятии.

Производство сжатого воздуха требует значительного количества электрической энергии.

Дополнительные потери возникают из-за:

• Неэффективность сжатия
• Потери в распределительных трубопроводах
• Падение давления
• Утечки воздуха
• Потери в клапанах
• Потери на выхлопе

Согласно отраслевым исследованиям, значительная доля сжатого воздуха, производимого на предприятиях, никогда не выполняет полезную работу.

Электрические исполнительные механизмы напрямую преобразуют электрическую энергию в механическое движение.

Этот процесс прямого преобразования обычно обеспечивает гораздо более высокий общий КПД системы.

Для предприятий, эксплуатирующих сотни исполнительных механизмов на нескольких производственных линиях, совокупная экономия энергии может быть значительной.

Такая экономия часто улучшает расчёт общей стоимости владения при сравнении электрических и пневматических технологий.

Снижение требований к техническому обслуживанию

При техническом обслуживании необходимо учитывать не только энергопотребление.

Гидравлические и пневматические системы требуют постоянного внимания для обеспечения надёжной работы.

К распространённым мероприятиям по техническому обслуживанию относятся:

• Обнаружение утечек
• Замена уплотнений
• Техническое обслуживание фильтров
• Регулировка давления
• Управление смазкой
• Контроль качества воздуха
• Замена гидравлической жидкости

Электрические приводы устраняют многие из этих требований.

Хотя механические компоненты по-прежнему требуют периодического осмотра, отсутствие сжатого воздуха и гидравлических жидкостей упрощает долгосрочные стратегии технического обслуживания.

Многие предприятия, внедряющие программы технического обслуживания, ориентированного на надёжность, всё чаще рассматривают электрические системы движения как способ сокращения незапланированных простоев и объёма работ по техническому обслуживанию.

Рисунок 6. Параметры движения можно записывать непосредственно в привод, что упрощает ввод в эксплуатацию и последующее изменение конфигурации.

Промышленные применения, в которых электрические приводы обеспечивают наибольшую ценность

Хотя электрические приводы могут заменить многие пневматические цилиндры, наибольшая отдача от инвестиций часто достигается в применениях, требующих гибкости, точности и повторяемости.

Не каждая машина в равной степени выигрывает от электрического привода.

Простые операции выдвижения и втягивания, выполняемые непрерывно на высокой скорости, могут по-прежнему отдавать предпочтение пневматическим технологиям из-за более низких первоначальных затрат.

Однако применение, требующее управляемого позиционирования, переналадки под разные продукты или нескольких режимов работы, часто получает преимущества от электрических решений.

К наиболее успешным внедрениям относятся:

• Автоматизированные сборочные системы
• Упаковочное оборудование
• Оборудование для укладки продукции в короба
• Станции контроля продукции
• Роботизированные системы перемещения
• Электронные производственные линии
• Производство медицинских изделий
• Оборудование для производства полупроводников

В таких условиях возможность изменять параметры движения программно, а не посредством аппаратной регулировки, создаёт значительные эксплуатационные преимущества.

Модернизация упаковочного оборудования

Упаковочное оборудование представляет собой одну из крупнейших областей для внедрения электрических приводов.

Традиционные упаковочные системы часто содержат десятки пневматических цилиндров, отвечающих за:

• Позиционирование продукции
• Обращение с картонной тарой
• Управление заслонками
• Отбраковка деталей
• Загрузка коробов
• Позиционирование этикеток

По мере расширения ассортимента продукции производители часто сталкиваются с длительными процедурами переналадки.

Механическая регулировка становится необходимой при изменении размеров упаковки.

Электрические приводы позволяют выполнять эти регулировки автоматически.

Вместо ручного перемещения упоров и направляющих операторы просто выбирают новый рецепт продукта.

Затем оборудование автоматически регулирует положения приводов в соответствии с сохранёнными параметрами конфигурации.

Это значительно сокращает время переналадки и повышает повторяемость результатов.

Многие производители оригинального упаковочного оборудования теперь объединяют электрические приводы с промышленными системами HMI, создавая удобные интерфейсы настройки, упрощающие эксплуатацию оборудования.

Автоматизированные сборочные системы

Сборочные операции часто требуют значительно более высокой точности позиционирования, чем пневматические цилиндры способны надёжно обеспечить.

Перед выполнением операций установки, крепления, сварки или контроля компоненты должны быть точно выровнены.

Электрические приводы обеспечивают повторяемое позиционирование, необходимое для:

• Установка компонентов
• Сборка с запрессовкой
• Позиционирование крепёжных элементов
• Установка соединителей
• Операции по перемещению деталей

Поскольку позиционирование задаётся программно, инженеры могут легко изменять профили движения по мере развития продукции.

Эта гибкость становится всё более ценной в производственной среде, где на общем оборудовании выпускается несколько вариантов продукции.

Производство продуктов питания и напитков

Предприятия пищевой промышленности продолжают искать альтернативы пневматическим системам как по эксплуатационным причинам, так и из соображений устойчивого развития.

Сжатый воздух по-прежнему широко используется на предприятиях пищевой промышленности, однако общее снижение его потребления может значительно повысить энергоэффективность.

Электрические приводы предоставляют дополнительные преимущества, включая:

• Снижение энергопотребления
• Повышение стабильности позиционирования
• Снижение требований к техническому обслуживанию
• Упрощение санитарной обработки
• Повышение повторяемости процессов

Такие операции, как дозирование, сортировка, упаковка и транспортировка материалов, часто выигрывают от точных характеристик управления, которые обеспечивают электрические системы движения.

Преимущества для разработчиков машин и OEM-производителей

Перед разработчиками машин постоянно стоит задача снизить объём инженерных работ и одновременно повысить производительность машин.

Интегрированные электрические приводы помогают достичь обеих целей.

Традиционные системы управления движением часто требуют координации между несколькими поставщиками, включая производителей приводов, поставщиков сервоприводов, кабелей и систем управления.

Интегрированная платформа приводов объединяет значительную часть этой сложности в единой системе.

Преимущества для OEM-производителей включают:

• Сокращение количества компонентов
• Упрощение электротехнического проектирования
• Ускорение сборки
• Снижение требований к площади электрического шкафа
• Упрощение документации
• Сокращение циклов ввода в эксплуатацию

Эти преимущества могут значительно снизить затраты на разработку машин и одновременно повысить стандартизацию оборудования на разных платформах.

Интеграция с современными платформами ПЛК

Одна из причин растущей популярности электрических приводов — их совместимость с современными промышленными системами управления.

Архитектура с простыми цифровыми входами обеспечивает лёгкую интеграцию практически с любой платформой ПЛК.

К распространённым платформам интеграции относятся:

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

Поскольку контроллер привода выполняет расчёты движения самостоятельно, ПЛК достаточно передавать простые командные сигналы.

Эта архитектура сводит к минимуму требования к программированию, сохраняя совместимость с существующей инфраструктурой автоматизации.

Когда пневматические системы по-прежнему целесообразны

Несмотря на преимущества электрических приводов, пневматические технологии остаются высокоэффективными для многих промышленных применений.

Инженерам следует объективно оценивать требования, а не считать, что более новые технологии автоматически обеспечивают лучшее решение.

Пневматические цилиндры часто остаются предпочтительным вариантом, когда:

• Требуются чрезвычайно высокие частоты циклов
• Точность позиционирования не является критичной
• Имеется существующая пневматическая инфраструктура
• Первоначальная стоимость является главным фактором
• Тяжёлые условия окружающей среды
• Достаточно простого перемещения от начала до конца

Наиболее успешные инженерные решения принимаются на основе оценки совокупной стоимости жизненного цикла, а не исключительно первоначальной цены приобретения.

На многих предприятиях оптимальным решением становится сочетание пневматических, гидравлических и электрических технологий перемещения.

Будущее промышленного управления движением

В будущем промышленной автоматизации, вероятно, будет всё шире применяться интеллектуальная электрическая приводная техника.

Этому переходу способствуют несколько продолжающихся отраслевых тенденций:

• Инициативы «Индустрия 4.0»
• Программы прогнозного технического обслуживания
• Цели повышения энергоэффективности
• Требования к гибкому производству
• Проекты цифровой трансформации
• Нехватка квалифицированных кадров

Интегрированные электрические приводы одновременно решают многие из этих задач.

Они обеспечивают расширенные средства диагностики, программно настраиваемую работу, повышенную энергоэффективность и упрощённое техническое обслуживание, оставаясь при этом доступными для специалистов, знакомых с традиционными системами автоматизации.

По мере дальнейшего развития технологий контроллеров электрические приводы, вероятно, станут ещё проще во внедрении, предлагая при этом всё более широкие функциональные возможности.

Заключение

Электрические приводы больше не ограничиваются сложными приложениями с сервоуправлением. Современные интегрированные решения, такие как платформа SMC e-Actuator, демонстрируют, как электрическое перемещение может обеспечить простоту, традиционно присущую пневматическим системам, одновременно предлагая преимущества точности, гибкости и эффективности современной технологии управления двигателями.

Благодаря интеграции контроллеров непосредственно в конструкцию привода, упрощению требований к электропроводке и наличию интуитивно понятных инструментов программной настройки эти системы устраняют многие препятствия, которые ранее сдерживали внедрение электрического перемещения.

Для производителей, стремящихся повысить эффективность, сократить затраты на техническое обслуживание, улучшить точность позиционирования и расширить гибкость производства, электрические приводы представляют собой привлекательную альтернативу традиционным гидро- и пневматическим системам. Хотя пневматические и гидравлические технологии по-прежнему будут играть важную роль в промышленности, интегрированные решения для электрического перемещения становятся всё более привлекательным вариантом для систем автоматизации следующего поколения.