Изправени пред избора между едноосови и многоосови системи? 4 ключови причини за замяна със сервоприводи EtherCAT

Истинска триосова прецизност в движението чрез детерминистична синхронизация

Как разпределените часовници на EtherCAT елиминират трептенето за координация на осите с подмикросекундна точност

Разпределената часовникова технология в EtherCAT синхронизира сервоприводите само за 100 наносекунди, което осигурява изключително надежден контрол на движението по всяка ос. Системите, базирани на софтуерно време, просто не могат да постигнат такава точност, тъй като разчитат на времеви отмервания чрез код, а не на вградено хардуерно решение, което поставя точни временни маркери директно върху всеки възел на устройството. Това намалява досадните комуникационни прекъсвания, наблюдавани в други системи, и гарантира едновременно изпълнение на командите из цялата система. Реални тестове показват, че подравняването на осите остава изключително стабилно, като грешките са под 0,1 микросекунди в повечето случаи. Какво означава това на практика? Сега машините могат да обработват сложни криволинейни траектории, които преди бяха невъзможни с по-старите конфигурации. Цялата система работи по-добре, когато интелигентното управление на времето се разпределя из цялата мрежа, вместо да се опира на един централен контролер, който предизвиква забавяния и „трафик“ в мрежата. Машините с множество оси се движат в идеална синхронизация по осите X, Y и Z дори при високи скорости. За индустрии, при които точността при производството на компоненти е от решаващо значение – например полупроводниковото производство или високоточната металообработка – такава времева точност вече не е просто предимство; тя става задължително условие за поддържане на конкурентоспособност.

Валидация в реални условия: точност на траекторията ±0,5 μm при високоскоростно триосово обработване на полупроводникови компоненти

Системите за обработка на полупроводникови пластина, използващи мултиосеви задвижвания с поддръжка на EtherCAT, могат да постигнат точност по траекторията около ±0,5 микрометра при движение със скорост 2 метра в секунда. Тези системи запазват такава точност по време на синхронизирано XYZ-движение в продължение на милиони работни цикли, понякога надхвърляйки 15 милиона цикъла преди необходимост от проверки и поддръжка. Термичните тестове показаха минимални скорости на дрейф под 0,2 микрометра на градус Целзий, а позиционирането на пластината остава в рамките на около 3 микрона дори след продължителни периоди на експлоатация. Интересно е, че всичко това се осъществява без нужда от механични механизми за компенсиране на люфт, типични за по-старите системи. При сравнение с традиционните едноосеви решения се наблюдава подобрение в позиционната последователност с около 60 % и приблизително с 45 % по-бързи времена за установяване. Какъв е реалният ефект? Производителите сега постигат постоянство в качеството между различните партиди, което означава по-малко дефектни чипове и, в крайна сметка, по-висок общ изход (yield) при производството на следващото поколение полупроводници, където допуските в процеса продължават да намаляват година след година.

Опростена интеграция и спестяване на място с архитектура на многосилен двигател

70 % по-малко кабели и без централен контролер за движение — позволява компактни прецизни системи за движение с 3 оси

Многосиовите задвижващи системи премахват този громоздък централен контролер на движението и намаляват броя на кабелите с около 70 % благодарение на споделени силови линии и комуникация чрез EtherCAT в цялата система. Когато производителите обединят три оси в един блок, те спестяват значително място на панелите и елиминират обърканите кабелни снопове — което е изключително важно при работа в тесни фабрични пространства, където всеки инч има значение. Синхронизирането на двигателите директно, а не чрез множество контролери, ускорява времето за настройка с около 35 %, като все пак запазва изключително високата точност под микрона. Това, което наистина прави тази система привлекателна, е нейната способност да се разширява в съответствие с нарастващите нужди. Искате да добавите още оси? Просто включете допълнително хардуерно оборудване, без да разглобявате цели шкафове или да закупувате нови контролери. Всички тези фактори заедно обясняват защо многосиовите задвижвания са станали толкова надеждна основа за изграждане на плътни 3D системи за движение, които изискват както висока прецизност, така и ефективност.

По-ниска обща стойност на собственост за системи с 3 и повече оси: материална спецификация (BOM), трудови разходи и мащабируемост

TCO точка на изравняване при 3 оси: с 18 % по-малко компоненти и с 35 % по-бързо пускане в експлоатация спрямо CANopen с една ос

Когато става дума за сервоприводи с множество оси, реалната икономия започва от около три оси, което е основно прагът, при който те се изравняват по разходи спрямо старите едноосни CANopen системи. Интегрираната управляваща електроника намалява броя на компонентите, необходими за спецификацията на материали, с около 18 %. Не се нуждаете повече от допълнителни захранващи блокове, контролери или всички тези интерфейси за вход/изход. Какво означава това практически? По-бързи времена за настройка — говорим за приблизително 35 % по-бързо, когато техниците работят с една система вместо с няколко отделни сервопривода и се справят с половината от кабелната „катастрофа“. Колкото повече оси има системата, толкова по-големи са икономиите от труд, особено важни в области, където инженерите таксуват най-високи цени. Вземете например оборудването за тестване на полупроводникови устройства. Една компания извършила модернизация с четириосева система и си върнала инвестициите само за 11 месеца, тъй като прекарала по-малко време за интеграция и не имала никакви отхвърлени продукти по време на инсталацията. Многоосевите системи наистина променят начина, по който се изчисляват разходите за системите за движение. Три оси представляват преходната точка, след която всяка допълнителна ос осигурява още по-големи икономии от предишната.

Енергийна ефективност и термични предимства в приложения с плътно триосово прецизно движение

Регенеративно споделяне на енергия между осите чрез обща постояннотокова шина намалява пиковото енергийно търсене

В многосервоприводните системи общата постояннотокова шина действа като мрежа за преразпределение на енергия между различните оси. Когато една част от системата забавя, енергията, получена от това забавяне, се препраща, за да помогне за захранването на други части, които трябва да ускорят. Този вид енергийно повторно използване в реално време намалява пиковото енергопотребление с около 15 до дори 20 процента, което прави значителна разлика при операции, които работят непрекъснато през целия работен ден, например в цехове за CNC-обработка или автоматизирани опаковъчни линии. Отстраняването на старите резисторни спирачки води до икономии в няколко области на инфраструктурата на завода. Трансформаторите вече не се нуждаят от преувеличени мощности, прекъсвачите могат да издържат по-ниски товари, а общото количество генерирано топло е по-малко. За производителите, които се фокусират върху зелени инициативи, тази конфигурация представлява както икономически печалби, така и екологични предимства, без да се компрометира точността, необходима за съвременните автоматизирани задачи.

Измерено 22 % по-ниско повишаване на температурата на околния въздух в машини за ретрофит на опаковъчни линии, използващи многосоставни задвижвания

Полевите данни от ретрофит на опаковъчни линии показват, че многосоставните задвижвания намаляват повишаването на температурата на околния въздух до контролни шкафове с 22°C , спрямо дискретните едноосови алтернативи. Това термично предимство произтича от три ключови фактора:

• Елиминиране на отделни кабинети за задвижвания и специализирани системи за охлаждане
• Оптимизирано натоварване на силовите полупроводникови елементи по осите
• Намаляване на хармониците на тока чрез синхронизирани честоти на превключване
  Проучванията за надеждност свързват тази по-хладна работа с 30 % по-дълъг срок на служба на компонентите , докато компактният формат подобрява циркулацията на въздуха в роботизирани работни клетки — което допълнително подобрява термичното управление при разположения, критични по отношение на пространството.