Неизбежно ли е заменянето на едноосевите задвижвания? Пет предимства в развитието на сервомоторни задвижвания с мултиосев EtherCAT

Архитектурна простота: Как мултиосевите сервоуправляващи контролери намаляват сложността на системата

Модулно разширяване без изолирани управляващи подсистеми

Мултиосевите сервоконтролери събират цялата логика за управление на едно място, вместо да има отделни контролери за всяка ос. Това заменя старите едноосеви системи, които работеха самостоятелно, като „малки острови“. Когато различните части на машина работят независимо по този начин, в сложни конфигурации възникват проблеми. С тези контролери всичко споделя едни и същи сигнали за синхронизация и планове за движение за всички оси. Резултатът? Система, която може лесно да се разширява, без да става прекалено сложна. Искате да добавите още една ос? Просто свържете двигателя – няма нужда от допълнителни контролери. Някои водещи фирми в областта на автоматизацията са установили, че техните клиенти реконфигурират машините си с 70 процента по-бързо при преминаване към нови производствени линии. Това е напълно логично, тъй като всичко работи съвместно, а не се противопоставя взаимно.

По-малко устройства, по-малко възможности за повреда, по-бързо разгъване на варианти на машини

Когато интегрираме осите заедно, това намалява броя на физическите компоненти с около 40 % в сравнение с отделни едноосови конфигурации. Това естествено означава, че вероятността нещо да се повреди, е по-малка. Наблюдаваме около 60 % по-малко кабели и съединители, които биха могли да се повредят от вибрации или да корозират с течение на времето. Средните точки, където сигналите преди изчезваха напълно, изчезват. Освен това, свързването на всичко чрез една обща енергийна система помага да се избегнат грешки при монтажа на кабелите, които се срещат твърде често. Благодарение на архитектурата с общ DC шин, енергията, генерирана при забавяне на осите, може действително да се използва повторно за захранване на съседни двигатели, което намалява максималните моментни нужди от мощност. Такива опростени конструкции правят пускането в експлоатация на нови машини значително по-бързо. Инженерните отдели могат да вземат вече тествани многоосови конфигурации и да ги прилагат за напълно нови продукти само за няколко седмици, вместо да чакат месеци, докато всичко се събере.

Преимущества на EtherCAT в архитектурите на многосервомоторни контролери

Детерминираност под 100 µs за 32+ оси чрез обща шина

Споделената шина на EtherCAT осигурява времена на отговор под 100 микросекунди за системи, управляващи 32 или повече оси в многосервомоторни контролери. Това, което отличава EtherCAT от традиционните мрежови конфигурации, е начина, по който обработва данните, докато те преминават през системата, вместо да спира при всеки отделен възел по пътя. Благодарение на разпределените часовници, които поддържат цялата система синхронизирана, нивото на джитър остава под една микросекунда. Такава точност във времето се превръща в измервания с точност до нанометър за бързо движещите се роботизирани ръце и CNC машини, които се използват в съвременните производствени предприятия. Фабриките, които работят с производствени линии, произвеждащи над хиляда изделия в минута, напълно разчитат на този ниво на прецизност. Освен това архитектурата на комуникационния път в EtherCAT практически елиминира досадните колизии на сигнали, характерни за мрежи със звездообразна топология. В резултат на това циклите на работа се намаляват с около три четвърти в сравнение с по-старите системи, базирани на CAN, което прави операциите значително по-бързи като цяло.

Елиминиране на къснението между главен и подчинен за истински синхронизирано движение

Когато става дума за многовалови сервоконтролери, технологията EtherCAT напълно елиминира досадните забавяния в комуникацията между главен и подчинен контролер. Системата използва разпределено клокиране, за да синхронизира всичко на наносекунденото ниво, вместо да чака милисекунди. Това означава, че командите за движение се изпълняват едновременно във всички двигателни блокове, без нужда от процеса на двустранно потвърждение между компонентите. Вземете, например, нещо сложно като кръгова интерполация – тези системи могат да я изпълняват с изключителна точност, дори при скорости над 300 метра в минута. В опаковъчните линии, където продуктите трябва да се подреждат перфектно, такава прецизна координация елиминира миниатюрните разлики във времето, които с течение на времето се натрупват и водят до сериозни проблеми с позиционирането. За инженерите, които искат да настроят системата правилно още от първия ден, постигането на истински синхронно движение не е просто възможно – то вече е стандартна практика. А какво означава това практически? По-малко износване на машинни части и увеличение на производствената пропускателна способност с около 25 % в повечето случаи според полеви тестове.

Пространство, мощност и ефективност по отношение на разходите, осигурени от интегрирани сервоконтролери с множество оси

с 60 % по-малък обем на шкафа и с 40 % по-малко съединители в сравнение с дискретните едноосни стекове

Многоосевите сервоконтролери, интегрирани в една система, наистина намаляват значително пространството, необходимо за машините, тъй като всички тези компоненти за управление се сглобяват заедно, вместо да са разпръснати. При традиционните конфигурации с едноосеви системи се наблюдава голям брой допълнителни части – например излишни корпуси, клемни блокове и отделни захранващи устройства, които заемат ценно място в шкафовете за оборудване. Елиминирането на тези елементи намалява размера на шкафовете приблизително с две трети според полеви тестове. Освен това монтажът на кабелите става значително по-прост, тъй като са необходими по-малко връзки, което означава, че техниците прекарват приблизително с четиридесет процента по-малко време за инсталиране на цялата система в сравнение с по-старите методи. Управлението на топлината също се подобрява, тъй като по-малките корпуси изискват по-малко охладителна мощност и обикновено разпределят топлината по-равномерно върху оборудването. Много производствени предприятия са съобщили за забележими подобрения както в ефективността, така и в надеждността след преминаването към тази система.

Споделяне на постояннотокова шина и повторно разпределение на регенерирана енергия намалява пиковото търсене с до 28 %

Конфигурацията със споделена постояннотокова шина позволява по-интелигентно управление на енергията в промишлени приложения. Когато двигатели забавят скоростта си, те всъщност генерират енергия, която обикновено се губи като топлина в повечето едноосови системи. Обаче при многоосови контролери тази възстановена енергия се предава обратно към други части от системата, които в момента имат нужда от ускорение. Резултатът? Според полеви изпитания спестяването на енергия може да намали пиковото електрическо потребление с около 28 %, което означава, че компаниите нямат нужда от толкова мощни захранващи устройства и спестяват пари за експлоатационни разходи. Някои системи използват софтуер за прогнозиране, за да балансират товарите между различните оси, като по този начин подобряват работата на системата, без да компрометират способността ѝ да реагира бързо на променящите се изисквания.

Ускорено управление на жизнения цикъл с интелигентен софтуер за многоосов сервоконтролер

Съвременните многоосеви сервоконтролери революционизират управлението на жизнения цикъл на оборудването чрез интегрирана софтуерна интелигентност. Като обединяват функциите за конфигуриране, наблюдение и поддръжка, тези системи елиминират фрагментираните работни процеси и в същото време повишават оперативната устойчивост.

Автоматично параметризиране и унифицирано пускане в експлоатация намаляват времето за настройка с 70 %

Функцията за автоматично параметризиране в съвременните системи работи, като сама открива характеристиките на двигателя и условията на натоварване, след което задава точно подходящите стойности на ПИД-регулатора и ограниченията за въртящ момент без ръчно вмешателство. Когато се използва заедно с новите обединени инструменти за пускане в експлоатация, инженерите сега могат да синхронизират множество оси от един централен контролен панел, вместо да работят отделно с всяко устройство. Реални тестове показват, че машините се настройват приблизително 70 процента по-бързо в сравнение с традиционните методи, според последното проучване в областта на индустриалната автоматизация от миналата година. По-малкият брой стъпки по време на пускането в експлоатация означава, че фабриките могат да започнат производството на нови продуктни линии значително по-бързо след промяна на оборудването. Някои заводи съобщават, че пускат производствените си линии в експлоатация за дни, а не за седмици, при превключване между различни конфигурации на машини.

Вградена аналитика и предиктивна настройка за проактивно поддръжане

Следенето на вибрациите, температурите и електрическите токове помага да се забележат механични проблеми или несъосаност още дълго преди те да се превърнат в сериозни повреди. Умните системи могат да коригират настройките предварително — например да компенсират износването на лагери, преди те напълно да се повредят; тези предиктивни модели достигат доста висока точност при прогнозиране на възможни повреди — около 92% от случаите. Персоналът в заводите получава предупредителни сигнали, ранжирани по степен на важност, за да може да отстрани проблемите, преди производството да спре напълно. Данните от миналогодишното производство показват, че този подход намалява неочакваните спирания с около 40%. Вместо да чакат повредите да настъпят, фабриките сега планират техническото обслужване въз основа на реалното състояние на оборудването, а не само според календарен график.

Производителност, готова за бъдещето: технология на карбид на кремния (SiC) и напреднали възможности за движение в сервоконтролери с многовалови оси

Най-новите многоосеви сервоконтролери сега използват полупроводници от карбид на кремния (SiC), което води до значителни подобрения в ефективността. Тези системи могат да превключват при честоти, които са около 10 пъти по-високи от тези при по-старите контролери, базирани на кремний, като едновременно намаляват загубите на енергия с 40–60 процента. Това, което прави SiC наистина отличаващ се, е неговата изключителна топлопроводимост. Благодарение на това свойство производителите могат да намалят размера на топлоотводите си с около 30 %, без да се наблюдава спад в производителността или надеждността, дори и при непрекъснато функциониране в тежки индустриални условия. Едновременно с това тези контролери са оснащени с напреднали алгоритми за движение, които отстраняват необходимостта от отделно хардуерно решение за управление на движението. Сложните функции са интегрирани директно в самата система, което прави управлението и интеграцията им в съществуващи конфигурации значително по-лесни.

• Интерполация в реално време по 32+ оси за синхронизирани хеликоидни и кръгови траектории
• Интелигентно профилиране на ками с адаптивно ускорение по S-образна крива
• Контрол на позицията под 100 µs точност за роботизирани системи с висока скорост
• Предиктивно потискане на осцилации което предотвратява механичния резонанс

Чрез интегриране на тези технологии в единна архитектура следващото поколение контролери намалява броя на компонентите, като осигурява безпрецедентна вярност на движението — гарантирайки бъдещата жизнеспособност на индустриалните системи чрез по-бързи цикли, прецизност в нанометров мащаб и енергийно ефективни операции — всичко това в компактни габарити, идеални за мащабируема автоматизация.