Замяна на традиционните едноосови задвижвания! Колко разходи могат да спестят предприятията с мултиосови EtherCAT решения?

Защо архитектурата на мултиосевите сервомоторни задвижвания осигурява незабавни инфраструктурни спестявания

Елиминиране на излишни компоненти: няма външни превключватели, концентратори или повторители за верижно свързване

Мултиосевите сервоприводи обединяват всички тези функции за управление в един пакет, вместо да се налага използването на допълнителни мрежови компоненти, които са стандартна част от старите едноосеви системи. Когато всичко се интегрира, вече няма нужда от комутатори, хабове или онези досадни повторители с верижно свързване. Тези компоненти само усложняват системата, създават повече точки на възможен отказ и с времето струват значително повече на компаниите. Разполагането на няколко оси в рамките на един интелигентен привод позволява на производителите да спестят около 15–20 % само за компоненти, като едновременно с това прави системите им много по-малко подложни на проблеми с връзката. Някои доклади за ефективност в областта на автоматизацията всъщност показват, че тези консолидирани системи намаляват броя на електрическите връзки с приблизително три четвърти в сравнение с традиционните подходи. Това се отразява директно в по-бързи инсталации и липса на загриженост относно поддръжката на допълнителното мрежово оборудване. Освен това по-простият дизайн намалява времето за валидиране по време на настройката с около 40 % в сравнение с предишните методи.

Намаляване на пространството за шкафове и електропроводката: Двухосевите и четириосевите задвижващи системи намаляват заеманата площ от шкафовете до 60%

Когато става дума за задвижващи системи, консолидираните конфигурации значително намаляват необходимостта от физическа инфраструктура. Двуетажните и четириетажните модели по същество включват няколко двигателни контролера в един блок, което освобождава около 60 % повече място в шкафовете за управление в сравнение с инсталирането на отделни задвижващи устройства поотделно. Благодарение на общи постояннотокови шини и вградени комуникационни портове общото количество кабели, които са необходими, е значително по-малко. Става дума за намаляване на броя кабели с между 70 и 85 %, което означава по-малко тръби за кабели, преминаващи през стените, по-малко работа по завършване на кабелите в точките на свързване и, разбира се, спестяване на време и пари за монтажната работна ръка. Според докладите на техниците от полето времето за инсталация обикновено се съкращава с около 30 %. Има и други икономически предимства. По-малките шкафове за управление означават по-евтини материали за корпусите, а по-ниското топлинно отделяне намалява изискванията за охлаждане на помещението. За производителите, които работят в стеснени пространства, тези компактни задвижващи решения им позволяват да постигнат впечатляващи резултати при съотношение от 3 оси на квадратен фут (около 0,093 м²) заемана площ. Това прави разширяването на производствените линии много по-лесно, без да се налага извършване на големи промени в съществуващата инфраструктура.

Детерминистичната производителност на EtherCAT като директен инструмент за намаляване на разходите

Джитър под една микросекунда и разпределени часовници, които осигуряват прецизна синхронизация на сервоприводи с множество оси – намаляват грешките в движението и скъпите повторни опити с хардуера

Системата с разпределени часовници в EtherCAT постига синхронизация под една микросекунда, което практически елиминира проблемите с времевото съгласуване, които нарушават точността при системи за движение с множество оси. Благодарение на тази точност грешките при позиционирането на сервоприводите намаляват приблизително с 90 % в сравнение с по-старите полеви шини, което означава по-малко повторни опити поради хардуерни проблеми и значително по-малко отпадъчен материал. Резултатите от практиката също са впечатляващи. Компаниите от сектора на опаковките са регистрирали около 40 % по-малко спирания, свързани с движението, след преминаването към сервоприводи, управлявани чрез EtherCAT. Според проучването на Института Понемон от 2023 г. относно разходите от простои в промишлената автоматизация това се равнява на годишна икономия от около 740 000 щатски долара за една единствена производствена линия.

Комуникация с един кабел и един кадър, мащабирана до над 10 000 възела – намалява комуникационната натовареност на ос по-малко с ~70%

Функцията за обработка на летящо (on the fly) на EtherCAT позволява свързването в верига на до 65 хиляди и повече устройства, като се използва само един кабел при всяко тяхно последователно (от край до край) свързване. Това заменя сложните звездообразни мрежови конфигурации с нещо много по-просто и изискващо значително по-малко оборудване общо. Компаниите съобщават за спестявания от 60 до 80 процента по отношение на кабелите в сравнение с традиционните точка-до-точка връзки, както и за намаляване на времето, необходимо за преминаване на съобщенията през системата. Забавянето в комуникацията спада до около 30 микросекунди за всеки хиляда входно-изходни точки, а инженерите прекарват приблизително два пъти по-малко време за настройка на тези мрежи днес. Именити производители също са постигнали резултати — някои от тях твърдят, че товарът върху комуникационната система намалял приблизително с 70 процента при мащабиране на системите над 10 000 възела, без да е необходима допълнителна хардуерна инфраструктура като комутатори или повторители. Тези подобрения се превръщат в реални парични спестявания: една фабрика съобщи за почти два милиона долара спестявания след пет години работа с роботизирани системи с високо число оси.

Обща стойност на собствеността: Многоосеви сервоприводи срещу едноосеви полеви шини

Икономии от електропроводка и труд: с 60–80 % по-малко кабели, тръби и завършващи връзки в сравнение с CANopen/PROFIBUS

Когато става дума за сервоприводи с множество оси, тези системи обединяват управлението на около 2 до 4 оси в един компактен модул. Такава конфигурация намалява значително необходимостта от физическа инфраструктура. Става дума за инсталации, при които се изисква с 60 % до 80 % по-малко кабелна употреба в сравнение с по-старите системи CANopen или PROFIBUS. Какво означава това? Няма повече да се влачат километри тръби за кабели, няма да се има работа със стотици точки за завършване на кабели и няма да се борим с онези сложни кабелни снопове, чието монтиране преди отнемаше безкрайно много време. Вземете за пример типична производствена линия с 50 оси. Тук спестяванията са доста значителни — само за медните кабели се спестяват приблизително 18 000 щатски долара. И нека не забравяме и трудовите разходи. Монтажниците сега трябва да свържат само един кабел за захранване и един EtherCAT кабел за всеки привод, вместо да прокарват отделни кабели за всеки двигател, както се правеше с по-старите системи. Сглобяването на шкафовете също се извършва значително по-бързо, като времето за изграждане се намалява с 40 % до 65 %. Това означава, че цялата система може да бъде пусната в експлоатация по-бързо от всякога.

Скрити драйвери на общата стойност на притежание (TCO): инженерно време, цикли на валидация, запаси от резервни части и дългосрочно поддръжка

Освен спестяванията за хардуер, сервоприводите с множество оси намаляват скритите разходи по целия операционен жизнен цикъл:

• Инженерна тежест намалява с 30–50 % благодарение на стандартизирани топологии и намалено персонализирано програмиране
• Циклите на валидация се съкращават чрез елиминиране на рисковете за цялостност на сигнала, свързани с верижните връзки
• Запасите от резервни части намаляват с 60 % — един привод замества 2–4 едноосови единици
• Прогностичното поддръжка се опростява чрез централизиран мониторинг на състоянието чрез диагностика по EtherCAT

Предприятията съобщават за 35 % по-ниски годишни разходи за поддръжка поради по-малко точки на отказ. Неплануваната спряна работа поради корозия на конектори или повреда на кабели рязко намалява — което е критично за индустрии с висока необходимост от непрекъснатост на производството, като например опаковъчната индустрия, където спряната работа струва приблизително 740 000 щ.д. на час (Ponemon Institute, Бенчмарк доклад за разходите от спряна работа в индустриалната автоматизация , 2023).

Преодоляване на бариерите за внедряване: Защо производителите на оригинално оборудване (OEM) се колебаят — и как да преодолеем тази пропаст

Въпреки че проучванията показват общо намаляване на разходите между 35 и 42 процента при внедряването на сервоприводи с множество оси, много производители на оригинално оборудване (OEM) все още се затрудняват да въведат тези системи в цялата си дейност. Съществуват четири основни пречки, които попречват на това. Първата е главоболието, свързано с интегрирането на новата технология със старото оборудване, което използва различни комуникационни стандарти. Следва винаги неприятният въпрос за парите — никой не иска да говори открито за първоначалните инвестиции, които изглеждат значителни, без видими в рамките на няколко месеца възвращаемост на инвестициите. Екипите за поддръжка често нямат надлежаща подготовка по технологията EtherCAT, което създава още една бариера. И нека не забравяме всички най-лоши кошмари — спирания на производството по време на модернизацията на съществуващите машини с тази по-нова технология. Всички тези фактори, взети заедно, пораждат сериозно колебание, въпреки дългосрочните финансови ползи, които очакват в края на тунела.

Най-добрата стратегия? Започнете по-малко, като внедрите промените първо в по-малко критичните производствени линии. Това позволява на компаниите да изпробват ефективността на нововъведенията, преди да ги приложат изцяло, което намалява потенциалните рискове. Също така е разумно да се работи със сертифицирани партньори. Те притежават необходимата експертиза за интегриране на нови системи и за правилно обучение на персонала. Опитът им в областта на управлението на движението може значително да ускори процеса. При анализиране на разходите в дългосрочен план заслужава внимание сравнението между многокоординатните сервоприводи и еднокоординатните решения. Проучвания показват спестявания от около 60 до 80 % само по разходи за кабели и труд. Тези спестявания се натрупват бързо. Повечето пилотни проекти, които сме наблюдавали, се окупяват самостоятелно приблизително за година и половина благодарение на намалените нужди от запаси и по-малкия брой часове, прекарани в поддръжка за отстраняване на повреди. И не забравяйте и модулните конструкции на приводите — те позволяват лесна подмяна по време на редовните периоди на поддръжка, без пълно спиране на производствените операции. Освен това те са съвместими и с по-старото оборудване, така че няма нужда веднага да се изхвърля това, което вече съществува.