Onko yksiaukseisten ajurien korvaaminen väistämätöntä? 5 kehitysetua moniakselisilla EtherCAT-servojajureilla

Arkitehtoninen yksinkertaisuus: Kuinka moniakseliset servohallintalaitteet vähentävät järjestelmän monimutkaisuutta

Modulaarinen laajentaminen ilman erillisiä ohjausalueita

Moniakseliset servosäätimet tuovat kaiken ohjauslogiikan yhteen paikkaan sen sijaan, että jokaiselle akselille olisi erillinen säädin. Tämä korvaa vanhat yksiakseliset järjestelmät, jotka toimivat omilla pienillä saarillaan. Kun koneen eri osat toimivat itsenäisesti näin, syntyy ongelmia monimutkaisissa asetelmissa. Näillä säätimillä kaikki jakaa samat ajoitus signaalit ja liike suunnitelmat kaikkien akselien yli. Tuloksena on järjestelmä, joka voidaan laajentaa helposti ilman, että se muuttuu liian monimutkaiseksi. Haluatko lisätä toisen akselin? Liitä vain moottori, ei tarvita lisäsäätimiä. Joitakin suuria automaatioalan nimiä ovat havainneet asiakkaidensa pystyvän uudelleenmuokkaamaan koneita 70 prosenttia nopeammin tuotantolinjojen vaihtamisen yhteydessä. Tämä onkin loogista, sillä kaikki toimii yhdessä eikä vastakkain.

Vähemmän laitteita, vähemmän vikaantumiskohtia, nopeampi koneversioiden käyttöönotto

Kun yhdistämme akseleita toisiinsa, fyysisten osien määrä vähenee noin 40 prosenttia verrattuna erillisiin yksiaakselisiin järjestelmiin. Tämä tarkoittaa luonnollisesti, että vikaantumisen mahdollisuus pienenee. Havaitsemme noin 60 prosenttia vähemmän kaapeleita ja liittimiä, jotka voivat vahingoittua värähtelyistä tai syöpyä ajan myötä. Keskipisteet, joissa signaalit aiemmin katkesivat kokonaan, katoavat. Lisäksi kaiken kytkeminen yhteen virtalähteeseen auttaa välttämään virheellisiä kytkentöjä, jotka tapahtuvat liian usein. Jakamalla DC-virtapäätearkkitehtuuria energiaa, joka syntyy, kun akseleita hidastetaan, voidaan käyttää uudelleen läheisten moottoreiden käynnistämiseen, mikä vähentää huipputehontarvetta missä tahansa annettuna hetkenä. Tällaiset yksinkertaistetut suunnitteluratkaisut tekevät uusien koneiden käyttöönotosta huomattavasti nopeampaa. Suunnittelutoimistot voivat ottaa käyttöön jo testatut moniakseliset järjestelmät ja soveltaa ne täysin uusiin tuotteisiin vain muutamassa viikossa sen sijaan, että odottaisivat kuukausia, kunnes kaikki osat ovat valmiina.

EtherCAT:n suorituskyvyn edut moniakselisten servosäätimien arkkitehtuurissa

Alle 100 µs:n determinismi yli 32 akselilla jakamalla bussitopologia

EtherCATin jaettu bussirakenne tarjoaa vastausajat alle 100 mikrosekunnin moniakselisissa servosäätimissä, jotka ohjaavat 32 tai useampaa akselia. EtherCAT eroaa perinteisistä verkkorakenteista siinä, miten se käsittelee tietopaketteja niiden ollessa liikkeessä järjestelmän läpi eikä pysähtyen jokaisen solmun kohdalla matkan varrella. Hajautettujen kellojen avulla kaikki pysyy synkronoituna, mikä mahdollistaa häiriötason säilymisen alle yhden mikrosekunnin. Tämä tarkkuus mahdollistaa mittaukset nanometritasolla nopeasti liikkuvien robottikäsivarsien ja CNC-koneiden kanssa, joita käytetään nykyaikaisissa valmistustehdasrakennuksissa. Teollisuuslaitokset, joiden tuotantolinjat tuottavat yli tuhat kappaletta tuotetta minuutissa, ovat täysin riippuvaisia tästä tarkkuudesta. Lisäksi EtherCAT:n viestintäpolun rakenne poistaa käytännössä ne ärsyttävät signaalikollisiot, joita esiintyy tähtimäisessä verkkotopologiassa. Tuloksena syklausaika pienenee noin kolme neljäsosaa verrattuna vanhempiin CAN-pohjaisiin järjestelmiin, mikä tekee kokonaisuudessaan toiminnasta huomattavasti nopeampaa.

Pääaseman ja alayksikön viiveen poistaminen todellisen synkronoidun liikkeen saavuttamiseksi

Kun kyseessä on moniakseliset servosäätimet, EtherCAT-teknologia poistaa kokonaan ne ikävät päälaite-alalaite-viestintäviiveet. Järjestelmä käyttää jakelukelloa, joka pitää kaiken synkronoituna nanosekunnin tarkkuudella sen sijaan, että odotettaisiin millisekunteja. Tämä tarkoittaa, että liikekäskyt suoritetaan samanaikaisesti kaikissa moottoriohjaimissa ilman, että komponenttien välillä tarvitaan edistävä ja takaisin kulkeva käsittelyprosessi. Otetaan esimerkiksi vaativa tehtävä kuten ympyräinterpolointi: nämä järjestelmät voivat hoitaa sen tarkalla tarkkuudella, vaikka liikkeen nopeus olisi yli 300 metriä minuutissa. Pakkauslinjoilla, joissa tuotteiden täytyy asettua täsmälleen oikeille paikoilleen, tämän tyyppinen tiukka koordinointi poistaa ne pienet aikaviiveet, jotka ajan myötä kertyvät merkittäviksi sijoitusongelmiksi. Insinööreille, jotka haluavat saada kaiken kunnolla asennettua jo ensimmäiseltä päivältä, todellinen synkroninen liike ei ole vain mahdollista – se on nykyään standardikäytäntöä. Ja mitä tämä tarkoittaa käytännössä? Koneosien kulumista vähenee ja tuotantoteho nousee kenttätestien mukaan keskimäärin noin 25 %.

Tila-, teho- ja kustannustehokkuus integroiduilla moniakselisilla servosäätimillä

60 % pienempi kaapin tilavuus ja 40 % vähemmän liittimiä verrattuna erillisistä yksiaukseisista pinnoista

Useita akseleita ohjaavat servosäätimet, jotka on integroitu yhdeksi järjestelmäksi, voivat todella pienentää koneiden vaatimaa tilaa, koska kaikki ohjauskomponentit pakataan yhteen eikä ne ole hajautettuna eri paikkoihin. Perinteisissä yksiaukkuisissa järjestelmissä havaitaan paljon ylimääräisiä osia, kuten turhia koteloita, liitoskoteloita ja yksittäisiä virtalähteitä, jotka vievät arvokasta kaapin sisäistä tilaa. Näiden komponenttien poistaminen pienentää kaapin kokoa noin kahdella kolmasosalla kenttätestien mukaan. Myös kytkentä yksinkertaistuu huomattavasti, koska yhteyksiä tarvitaan vähemmän, mikä tarkoittaa, että teknikot käyttävät noin neljäkymmentä prosenttia vähemmän aikaa asennuksen suorittamiseen verrattuna vanhoihin menetelmiin. Lämpöhallinta paranee myös, sillä pienempien koteloitten jäähdytystarve on pienempi ja lämpö jakautuu tasaisemmin laitteiston yli. Monet valmistajat ovat raportoineet huomattavia parannuksia sekä tehokkuudessa että luotettavuudessa tämän vaihdon jälkeen.

DC-väylän jakaminen ja regeneratiivisen energian uudelleenjakaminen alentaa huippukuormitusta jopa 28 %

Yhteisen DC-väylän asennus mahdollistaa älykkäämmän tehonhallinnan teollisuussovelluksissa. Kun moottorit hidastuvat, ne tuottavat itse energiaa, joka useimmissa yksiksisäteisissä järjestelmissä katoaa lämpönä. Moniakselisten ohjainjärjestelmien avulla kuitenkin talteen otettu energia ohjataan suoraan takaisin muihin järjestelmän osiin, jotka tarvitsevat juuri sillä hetkellä kiihtyvyyttä. Tuloksena on energiansäästö, joka voi vähentää huippusähkönkulutusta noin 28 prosenttia kenttätestien mukaan – tämä tarkoittaa, että yritykset eivät tarvitse yhtä suuria tehonsyöttöjä ja säästävät käyttökustannuksissa. Jotkin järjestelmät käyttävät myös ennustusohjelmistoja eri akseleiden kuorman tasapainottamiseen, mikä parantaa suorituskykyä samalla kun järjestelmä pysyy sopeutuvana nopeasti muuttuviin vaatimuksiin.

Nopeutettu elinkaaren hallinta älykkäällä moniakselisella servosäätimellä

Modernit moniakseliset servosäätimet uudistavat laitteiston elinkaaren hallintaa integroidun ohjelmistotekoälyn avulla. Näillä järjestelmillä yhdistetään konfigurointi, valvonta ja huoltofunktiot, mikä poistaa hajanaiset työnkulut ja parantaa toiminnallista kestävyyttä.

Automaattinen parametrisointi ja yhtenäinen käyttöönotto vähentävät asennusaikaa 70 %

Automaattinen parametrisointi-toiminto nykyaikaisissa järjestelmissä toimii tunnistamalla moottorin tekniset tiedot ja kuormaolosuhteet itsestään ja asettamalla sitten tarkalleen oikeat PID-arvot ja vääntörajoitukset ilman manuaalista syöttöä. Kun tämä toiminto yhdistetään niihin uusiin yhtenäisiin käyttöönotto-työkaluihin, insinöörit voivat nyt synkronoida useita aksелеita yhdestä keskitetystä ohjauspaneelista sen sijaan, että he joutuisivat käsittelemään kutakin laitetta erikseen. Käytännön testit osoittavat, että koneet saadaan käyttöön noin 70 prosenttia nopeammin kuin vanhoilla menetelmillä viime vuoden teollisen automaation tutkimusten mukaan. Vähemmän vaiheita käyttöönoton aikana tarkoittaa, että tehtaat voivat aloittaa uusien tuotantolinjojen valmistuksen huomattavasti nopeammin laitteiston muutosten jälkeen. Joissakin tehtaissa ilmoitetaan saaneen tuotantolinjat käyntiin päivissä sen sijaan, että viikoissa, kun siirrytään eri konekonfiguraatioista toiseen.

Upotetut analyysityökalut ja ennakoiva säätö ennakoivan huollon tueksi

Värinöiden, lämpötilojen ja sähkövirtojen seuraaminen auttaa havaitsemaan mekaanisia ongelmia tai epäsuoraviivaisuutta paljon ennen kuin ne muodostuvat vakaviksi ongelmiksi. Älykkäät järjestelmät voivat säätää asetuksia etukäteen, esimerkiksi sovittaa toimintaa kuluneiden laakerien mukaan ennen kuin ne täysin pettävät, ja nämä ennakoivat mallit osaavat arvata, milloin jotakin saattaa mennä pieleen, noin 92 %:n tarkkuudella. Tehtaan henkilökunnalle annetaan varoituksia, jotka on luokiteltu tärkeyden mukaan, jotta ongelmat voidaan korjata ennen kuin tuotanto pysähtyy kokonaan. Viime vuoden valmistustiedot osoittavat, että tämä lähestymistapa vähentää odottamattomia pysähyksiä noin 40 %. Sen sijaan, että odottaisi vikoja, tehtaat suunnittelevat nyt huoltotoimenpiteitä todellisen laitteiston kunnon perusteella eikä pelkästään kalenteria noudattaen.

Tulevaisuuden vaatimukset täyttävä suorituskyky: SiC-teknologia ja edistynyt liikeohjauskyky moniakselisissa servosäätimissä

Uusimmat moniakseliset servosäätimet käyttävät nyt piikarbidi- (SiC-) puolijohtimia, mikä tuo merkittäviä parannuksia tehokkuuteen. Nämä järjestelmät voivat kytkentätaajuudella noin kymmenen kertaa suuremman kuin vanhemmissa piipohjaisissa säätimissä, samalla kun energiahävikki vähenee 40–60 prosenttia. SiC:n erinomainen lämmönjohtavuus tekee siitä erityisen edistyneen: valmistajat voivat pienentää lämmönpoistopintoja noin 30 prosenttia ilman suorituskyvyn tai luotettavuuden heikkenemistä, vaikka järjestelmää käytettäisiinkin jatkuvasti vaativissa teollisuusympäristöissä. Samanaikaisesti nämä säätimet sisältävät kehittyneitä liikealgoritmejä, jotka poistavat erillisen liikesäätimen tarpeen. Monimutkaiset toiminnot on rakennettu suoraan järjestelmään, mikä tekee hallinnasta ja integroinnista olemassa oleviin järjestelmiin huomattavasti yksinkertaisempaa.

• Todellisaikainen interpolointi yli 32 akselia pitkin synkronoiduille spiraali- ja ympyräraduille
• Älykäs kammaprofiilointi sopeutuvalla S-käyrän muotoisella kiihtyvyydellä
• Sijainnin ohjaus alle 100 µs:n aikavälillä tarkkuus korkean nopeuden robotiikalle
• Ennakoiva värähtelyn vaimennus joka estää mekaanisen resonanssin

Kun nämä teknologiat yhdistetään yhdeksi yhtenäiseksi arkkitektuuriksi, seuraavan sukupolven ohjaimet vähentävät komponenttimäärää samalla kun ne tarjoavat ennennäkemättömän tarkan liikkeen toistotarkkuuden – täten varmistamalla teollisuusjärjestelmien tulevaisuuden varmuuden nopeampia kiertoaikoja, nanometritasoisia tarkkuuksia ja energiatehokkaita toimintoja – kaikki täysin kompaktissa rakenteessa, joka on ihanteellinen laajennettavalle automaatiolle.