Nahrazení tradičních jednoosých pohonů! Kolik nákladů mohou podnikům ušetřit víceosé EtherCAT řešení?

Proč architektura multi-osových servopohonů přináší okamžité úspory na infrastruktuře

Odstraňování nadbytečných komponentů: žádné externí přepínače, koncentrátory ani opakovače pro sériové zapojení

Víceosové servopohony integrují všechny tyto řídicí funkce do jednoho celku, čímž eliminují nutnost dodatečného síťového vybavení, které je standardně součástí starších jednoosých systémů. Když jsou všechny komponenty integrovány, není již zapotřebí přepínačů, rozbočovačů ani těch obtížných opakovačů v sériovém zapojení. Tyto komponenty jen zbytečně komplikují systém, vytvářejí více míst, kde se může něco pokazit, a dlouhodobě firmy stojí mnohem více peněz. Umístění více os do jediného chytrého pohonu umožňuje výrobcům ušetřit přibližně 15 až 20 procent pouze na nákladech na součástky, zároveň však jejich systémy výrazně snižují pravděpodobnost výskytu problémů s připojením. Některé zprávy o účinnosti automatizace dokonce ukázaly, že tyto koncentrované systémy snižují počet elektrických připojení přibližně o tři čtvrtiny ve srovnání s tradičními přístupy. To se přímo promítá do rychlejších instalací a žádného dalšího starání se o údržbu tohoto dodatečného síťového vybavení. Navíc jednodušší konstrukce zkracuje dobu ověřování (validace) při nastavení přibližně o 40 procent oproti dřívějším postupům.

Úspora místa v rozvaděči a snížení počtu vodičů: Pohony s dvěma a čtyřmi osami zmenšují plošnou náplň rozvaděče až o 60 %

Pokud jde o pohonné systémy, integrované konfigurace výrazně snižují potřebu fyzické infrastruktury. Modely s dvojnásobnou a čtyřnásobnou osou v podstatě integrují několik řídicích jednotek pohonu do jednoho zařízení, čímž se uvolní přibližně o 60 % více místa v rozvaděčové skříni ve srovnání s instalací samostatných pohonů jednotlivě. Díky společnému stejnosměrnému sběrnicovému napájení a vestavěným komunikačním portům je celkově zapotřebí výrazně méně kabeláže. Mluvíme o redukci kabelů v rozmezí 70 až 85 procent, což znamená méně kabelových kanálů vedoucích stěnami, méně prací spojených s ukončováním kabelů v místech připojení a samozřejmě úsporu času i nákladů na montážní práce. Podle zpráv polních techniků se doba instalace typicky zkrátí přibližně o 30 %. Existují však i další nákladové výhody. Menší řídicí skříně znamenají nižší náklady na materiál pro jejich pouzdra a navíc snížená tepelná zátěž snižuje požadavky na chlazení v provozu. Pro výrobce, kteří se potýkají s omezeným prostorem, umožňují tyto kompaktní řešení pohonů dosáhnout výjimečných výsledků v poměru 3 osy na jeden čtvereční stopu (přibližně 0,093 m²) plochy. To usnadňuje rozšiřování výrobních linek bez nutnosti zásahů do stávající infrastruktury.

Deterministický výkon EtherCATu jako přímý nástroj ke snížení nákladů

Jitter podmikrosekundové úrovně a distribuované hodiny umožňující přesnou synchronizaci víceosých servopohonů – snižují chyby pohybu a nákladné opakované testování hardwaru

Distribuovaný hodinový systém v EtherCATu dosahuje synchronizace s přesností lepší než jedna mikrosekunda, čímž prakticky eliminuje časové problémy, které narušují vzájemné zarovnání v víceosých pohybových systémech. Díky této přesnosti klesají chyby polohování servopohonů přibližně o 90 % ve srovnání se staršími fieldbusovými technologiemi, což znamená méně opakovaných testů způsobených hardwarovými problémy a výrazně menší množství zplýtvání materiálu. I reálné výsledky jsou působivé: balicí firmy od přechodu na servopohony řízené EtherCATem zaznamenaly přibližně o 40 % méně výpadků způsobených pohybovými poruchami. Podle zprávy Ponemon Institute z roku 2023 o nákladech na prostoj v průmyslové automatizaci to odpovídá ročnímu úsporu přibližně 740 000 dolarů na jediné výrobní lince.

Komunikace s jedním kabelem a jedním rámcem, škálovatelná na 10 000+ uzlů – snižuje komunikační režii na osu přibližně o 70 %

Funkce zpracování za běhu technologie EtherCAT umožňuje řetězit až 65 tisíc a více zařízení pouze pomocí jediného kabelu při každém jejich spojení konce s koncem. Tímto se nahrazují složité síťové uspořádání ve tvaru hvězdy něčím mnohem jednodušším a vyžadujícím celkově výrazně méně vybavení. Firmy uvádějí úspory na kabelech v rozmezí 60 až 80 procent oproti tradičním point-to-point (bod-bod) připojením, zároveň se také zkracuje doba průchodu zpráv systémem. Komunikační prodlevy klesají na přibližně 30 mikrosekund na každých tisíc vstupně-výstupních bodů a inženýři nyní stráví přibližně polovinu času při nastavování těchto sítí. I velké výrobní firmy dosáhly pozoruhodných výsledků – některé uvádějí snížení komunikační zátěže přibližně o sedmdesát procent při škálování systémů nad deset tisíc uzlů, a to bez nutnosti dodatečného hardwaru, jako jsou přepínače nebo opakovače. Tyto zlepšení se promítají i do reálných finančních úspor: jedna továrna po pěti letech provozu s robotickými systémy s vysokým počtem os uvádí úsporu téměř dva miliony dolarů.

Celkové náklady na vlastnictví: víceosový servopohon versus jednoosová fieldbusová nasazení

Úspory na zapojení a práci: o 60–80 % méně kabelů, kabelových kanálů a ukončení ve srovnání s CANopen/PROFIBUS

Pokud jde o víceosové servopohony, tyto systémy integrují řízení přibližně 2 až 4 os v jedné kompaktní jednotce. Toto uspořádání výrazně snižuje potřebu fyzické infrastruktury. Mluvíme o nasazeních, která vyžadují o 60 % až 80 % méně kabeláže ve srovnání se staršími systémy CANopen nebo PROFIBUS. Co to znamená? Už není třeba táhnout kilometry potrubí pro kabely, zpracovávat stovky koncových bodů nebo bojovat s komplikovanými kabelovými svazky, jejichž montáž dříve trvala nekonečně dlouho. Vezměme si například typickou výrobní linku se 50 osami. Úspory jsou zde velmi významné – pouze na nákladech na měděnou kabeláž se ušetří přibližně 18 000 USD. A nezapomeňme ani na úspory času instalatérů. Dnes musí instalatéři připojit ke každému pohonu pouze jeden napájecí kabel a jeden kabel EtherCAT místo toho, aby vedli samostatné vodiče ke každému motoru, jak tomu bylo dříve u starších systémů. Sestavení rozvaděčů je také mnohem rychlejší – doba montáže se zkrátí o 40 až 65 %. To znamená, že celý systém bude funkční rychleji než kdy dříve.

Skryté faktory celkových nákladů na vlastnictví (TCO): inženýrský čas, cykly ověřování, zásoby náhradních dílů a dlouhodobá údržba

Kromě úspor na hardwaru víceosé servopohony snižují skryté náklady v průběhu celého provozního životního cyklu:

• Inženýrské náklady klesají o 30–50 % díky standardizovaným topologiím a snížení míry přizpůsobeného programování
• Cykly ověřování se zkracují eliminací rizik narušení integritu signálu u řetězcově propojených zařízení
• Zásoby náhradních dílů se zmenší o 60 % – jeden pohon nahradí 2–4 jednoosé jednotky
• Předvídavá údržba se zjednodušuje prostřednictvím centrálního monitorování stavu pomocí diagnostiky EtherCAT

Provozovatelé uvádějí o 35 % nižší roční náklady na údržbu kvůli menšímu počtu míst poruch. Neplánované výpadky způsobené koroze konektorů nebo poškozením kabelů výrazně klesají – což je zásadní pro průmyslové odvětví vyžadující vysokou dostupnost, jako je např. balicí průmysl, kde náklady na výpadky dosahují odhadem 740 000 USD za hodinu (Ponemon Institute, Průmyslový automatizační benchmark nákladů na výpadky , 2023).

Překonání bariér přijetí: Proč výrobci strojů váhají – a jak tyto bariéry překlenout

I když studie ukazují celkovou úsporu nákladů v rozmezí 35 až 42 procent při zavádění víceosých servopohonů, mnoho výrobců zařízení (OEM) stále potýká obtíže s prosazením těchto systémů napříč svými provozy. V podstatě stojí na cestě čtyři hlavní překážky. První je problém integrace nové technologie se starým zařízením, které využívá odlišné komunikační standardy. Dále se vždy objevuje otázka financí – nikdo rád nezmiňuje počáteční investice, které se jeví jako vysoké, přičemž okamžitý návratnost investice není viditelný během několika měsíců. Servisní týmy často nemají dostatečné školení v technologii EtherCAT, což vytváří další bariéru. A neměli bychom zapomenout na každého největší noční můru – výpadky výroby při pokusu o modernizaci stávajících strojů touto novější technologií. Všechny tyto faktory dohromady vyvolávají vážnou neochotu k přijetí řešení, a to navzdory dlouhodobým finančním výhodám, které čekají na konci tunelu.

Nejlepší přístup? Začněte postupně a implementujte změny nejprve na méně kritických výrobních linkách. To umožňuje firmám otestovat, jak dobře nové řešení funguje, ještě než ho nasadí ve všech oblastech, čímž se snižují potenciální rizika. Také dává smysl spolupracovat s certifikovanými partnery. Ti mají zkušenosti s integrací nových systémů a správným školením zaměstnanců. Jejich odborné znalosti v oblasti řízení pohybu mohou výrazně urychlit celý proces. Pokud se podíváme na náklady v průběhu času, stojí za zmínku rozdíl mezi víceosými servopohony a jednoosými řešeními: studie ukazují úsporu až 60 až 80 procent pouze na nákladech na kabeláž a práci. Tyto úspory se velmi rychle hromadí. Většina pilotních projektů, které jsme viděli, se obvykle vrátí během přibližně jednoho a půl roku díky nižším nákladům na skladování a menšímu počtu hodin údržby strávených odstraňováním poruch. A nezapomeňme ani na modulární konstrukci pohonů – umožňují snadnou výměnu během pravidelných údržbových intervalů bez nutnosti úplného vypnutí provozu. Navíc jsou kompatibilní i se staršími zařízeními, takže zatím není třeba vyhazovat to, co již máte k dispozici.