Keičiama tradicinė vienašė variklių valdymo sistema! Kiek lėšų gali sutaupyti įmonės, naudodamos daugiaašes EtherCAT sprendimus?

Kodėl daugiaašė sūkio variklių valdymo sistemos architektūra užtikrina nedelsiant infrastruktūros išlaidų taupymą

Nereikalingų komponentų pašalinimas: nereikia išorinių jungiklių, centrų ar grandininės jungties pakartojamųjų įrenginių

Daugiaašės servorajų variklių valdymo sistemos sujungia visas tas valdymo funkcijas viename įrenginyje, o ne reikalauja viso to papildomo tinklo įrangos, kurią paprastai turi senosios vienašės sistemos. Kai viskas integruota, nebėra reikalo naudoti perjungiklių, centrų ar tų nepatogaus grandininio prijungimo pakartotuvų. Šie komponentai tik sudėtingina sistemą, sukuria daugiau vietų, kur gali kilti gedimų, ir ilgainiui kainuoja įmonėms žymiai daugiau pinigų. Kelios ašys įmontuotos į vieną „protingą“ variklį leidžia gamintojams sutaupyti apytiksliai 15–20 procentų tik vien dėl detalių, tuo pat metu darant sistemas žymiai mažiau linkusias prie ryšio problemų. Kai kurie automatizavimo efektyvumo ataskaitų tyrimai iš tikrųjų nustatė, kad šios sujungtos sistemos elektros jungčių skaičių sumažina maždaug tris ketvirčius lyginant su tradicinėmis metodikomis. Tai tiesiogiai reiškia greitesnį diegimą ir nebėra reikalo rūpintis visos papildomos tinklo įrangos priežiūra. Be to, supaprastinta konstrukcija leidžia patvirtinimo (validavimo) procesą paleidimo metu atlikti maždaug 40 procentų greičiau nei anksčiau.

Spintelės erdvės ir laidų sumažinimas: dviejų ir keturių ašių varikliai sumažina spintelės plotą iki 60 %

Kai kalbama apie varomuosius sistemas, sujungtos konfigūracijos žymiai sumažina reikiamą fizinę infrastruktūrą. Dvigubo ir keturgubo ašies modeliai esminiu būdu į vieną vienetą sujungia kelis variklių valdiklius, todėl palyginti su atskirai montuojamomis varomosiomis sistemomis galima išlaikyti apie 60 % daugiau vietos šaukštuvuose. Naudojant bendrą nuolatinės srovės magistralę ir įmontuotus ryšio prievadus, visoje sistemoje reikia žymiai mažiau laidų. Kalbame apie laidų kiekio sumažinimą nuo 70 iki 85 procentų, dėl ko per sienas reikia pravesti mažiau vamzdelių, mažiau darbo reikia atlikti jungties taškuose, o tai, žinoma, sutaupo laiko ir pinigų montavimo darbams. Pagal lauko technikų pranešimus, montavimo trukmė paprastai sutrumpėja apie 30 %. Taip pat yra ir kitų sąnaudų naudos. Mažesni valdymo šaukštuvai reiškia pigesnius korpusų medžiagų sąnaudas, be to, mažesnis šilumos išsiskyrimas sumažina pastato aušinimo poreikį. Gamintojams, kuriems trūksta vietos, šios kompaktiškos varomosios sistemos leidžia pasiekti įspūdingus rezultatus – 3–1 ašių santykis vienam kvadratiniam pėdai (kvadratiniam pėdos vienetui) ploto. Tai labai supaprastina gamybos linijų plėtimą be reikalingumo didelių esamų patalpų pertvarkymų.

EtherCAT nustatytasis našumas kaip tiesioginis kaštų mažinimo veiksnys

Submikrosekundės žingsnio netolygumai ir paskirstytieji laikrodžiai, leidžiantys tiksliai sinchronizuoti daugiapagalio variklių valdymo įrenginius – sumažinant judėjimo klaidas ir brangius techninės įrangos pakartotinus bandymus

EtherCAT paskirstytųjų laikrodžių sistema užtikrina sinchronizaciją mažiau nei per vieną mikrosekundę, dėl ko praktiškai pašalinamos laiko nustatymo problemos, kurios sukelia suderinimo nuokrypius daugiapagalio judėjimo sistemose. Tokio tikslumo dėka servouostų pozicionavimo klaidos sumažėja apie 90 % lyginant su senesniais lauko magistralės protokolais, todėl reikia žymiai mažiau kartoti techninės įrangos bandymus ir švaistyti mažiau medžiagų. Realūs pasaulio rezultatai taip pat įspūdingi. Pakuotės gamybos įmonės pranešė apie maždaug 40 % mažesnį judėjimo sąlygotų sustojimų skaičių nuo to laiko, kai jie perejo prie EtherCAT valdomų servouostų. Pagal 2023 m. Ponemon instituto pramonės automatizacijos sustojimų kaštų ataskaitą tai kiekviename gamybos procese kiekviename metų cikle leidžia sutaupyti apytiksliai 740 000 JAV dolerių.

Vieno kabelio ir vieno rėmo ryšys, skaluoja iki 10 000 ir daugiau mazgų – sumažina ryšio sąnaudas kiekvienai ašiai maždaug 70 %

EtherCAT technologijos „apdorojimo skrydžiu“ funkcija leidžia sujungti iki 65 tūkstančių ir daugiau įrenginių naudojant tik vieną laidą kiekvieną kartą, kai jie jungiami galą prie galo. Tai pakeičia sudėtingas žvaigždės formos tinklo konfigūracijas paprastesniu sprendimu, kuriam reikia žymiai mažiau įrangos visumai. Įmonės praneša taupančios nuo 60 iki 80 procentų laidų lyginant su tradiciniais taško iki taško ryšiais, taip pat sutrumpindamos pranešimų kelionės laiką per sistemą. Ryšio delsos sumažėja iki apytiksliai 30 mikrosekundžių už kiekvieną tūkstantį įėjimų/išėjimų taškų, o inžinieriai dabar šių tinklų diegimui skiria maždaug pusę laiko. Didelės įmonės gamintojos taip pat pastebėjo rezultatus: kai kurios teigia, kad jų ryšio apkrova sumažėjo maždaug septyniasdešimt procentų, plečiant sistemas virš dešimties tūkstančių mazgų be papildomos įrangos, tokios kaip perjungikliai ar pakartotuvai. Šie pagerinimai verčiami realiais pinigais: viena gamykla po penkerių metų darbo su daug ašių robotinėmis sistemomis pranešė apie beveik du milijonus dolerių sutaupymą.

Bendrosios naudojimo sąnaudos: daugiapakopės valdymo plokštės prieš vienpakopius lauko magistralės sprendimus

Laidų ir darbo sąnaudų taupymas: 60–80 % mažiau laidų, vamzdelių ir prijungimų palyginti su CANopen/PROFIBUS

Kai kalbama apie daugiagriačius servoribų variklius, šios sistemos sujungia valdymą 2–4 ašių viename kompaktiškame bloke. Tokia konfigūracija sumažina reikalavimus įvairiai fizinei infrastruktūrai. Kalbame apie diegimus, kuriems reikia 60–80 % mažiau laidų lyginant su senesnėmis CANopen ar PROFIBUS sistemomis. Ką tai reiškia? Nebeprireiks vilkti kilometrų ilgio vamzdelių, tvarkyti šimtus prijungimo taškų ar kovoti su sudėtingais laidų raišteliais, kuriuos anksčiau sudėti užtrukdavo labai ilgai. Paimkime, pavyzdžiui, tipinę 50 ašių gamybos liniją. Čia taupoma ganėtinai daug – tik vien laidams iš vario sutaupoma apie 18 000 JAV dolerių. Taip pat negalime pamiršti ir darbo laiko. Dabar montuotojai turi prijungti tik vieną maitinimo laidą ir vieną EtherCAT laidą kiekvienam varikliui, o ne atskirus laidus kiekvienam varikliui, kaip buvo daroma naudojant senesnes sistemas. Taip pat žymiai greičiau baigiama valdymo skydo surinkimas – surinkimo trukmė sutrumpėja 40–65 %. Tai reiškia, kad viskas paleidžiama veikti greičiau nei bet kada anksčiau.

Paslėpti bendrosios savininkystės sąnaudų (TCO) veiksniai: inžinerijos laikas, patvirtinimo ciklai, atsarginių dalių atsargos ir ilgalaikė priežiūra

Tik neįrengimų taupymo viršydamas, daugiapakopės servorajės variklių valdymo sistemos sumažina paslėptas sąnaudas visame eksploatacijos gyvavimo cikle:

• Inžinerijos papildomos sąnaudos sumažėja 30–50 % dėl standartizuotų topologijų ir mažesnio specializuoto programavimo
• Patvirtinimo ciklai sutrumpėja, pašalinant signalų vientisumo riziką, kurią sukelia grandininės jungtys
• Atsarginių dalių atsargos sumažėja 60 % – viena variklių valdymo sistema pakeičia 2–4 vienpakopio variklių valdymo sistemas
• Prognozuojama priežiūra supaprastinama centrinės būklės stebėsenos pagalba naudojant EtherCAT diagnostiką

Įmonės praneša apie 35 % mažesnes metines priežiūros sąnaudas dėl mažesnio gedimų skaičiaus. Neplanuotas sustojimas dėl jungčių korozijos ar laidų pažeidimų žymiai sumažėja – tai ypač svarbu aukšto naudingumo koeficiento pramonės šakoms, pvz., pakavimo pramonei, kur kiekvienos valandos sustojimo sąnaudos vertinamos vidutiniškai 740 tūkst. JAV dolerių (Ponemon Institute, Pramoninės automatizacijos sustojimų sąnaudų lyginamasis tyrimas , 2023 m.).

Kliūčių įveikimas: kodėl OEM gamintojai dvejoja – ir kaip užpildyti šią spragą

Nors tyrimai rodo, kad įdiegus daugiagriačius servorėmus bendrosios sąnaudų taupymo norma siekia nuo 35 iki 42 procentų, daugelis OEM gamintojų vis dar susiduria su sunkumais, bandydami šiuos sistemas įdiegti visose savo veiklos srityse. Pagrindinės kliūtys yra keturios. Pirma – problemos, susijusios su naujos technologijos integravimu į seną įrangą, kurioje naudojami kitokie ryšio standartai. Antra – visada kyla finansinis klausimas, kurio niekas nenori aptarti iš anksto: pradinės investicijos atrodo labai didelės, nes jų grąžinimo laikotarpis matomas tik po kelių mėnesių. Dažnai techninės priežiūros personalas neturi pakankamai kvalifikacijos dirbti su EtherCAT technologija, todėl kyla dar viena kliūtis. Ir, žinoma, negalime pamiršti visų labiausiai bijomos bėdos – gamybos sustojimų, kurie gali įvykti bandant modernizuoti esamas mašinas nauja technologija. Visi šie veiksniai kartu sukelia rimtą dvejonę, nepaisant ilgalaikių finansinių pranašumų, kurie laukia tunelio gale.

Geriausias požiūris? Pradėkite nuo mažų žingsnių – įdiekite pokyčius mažiau kritinėse gamybos linijose. Tai leidžia įmonėms išbandyti, kaip gerai viskas veikia, prieš visiškai įsigilinant, ir taip sumažinti galimus rizikos veiksnius. Taip pat logiška dirbti su sertifikuotais partneriais. Šie specialistai puikiai supranta naujų sistemų integravimą ir tinkamą darbuotojų mokymą. Jų patirtis srityje, susijusioje su judėjimo valdymu, gali labai pagreitinti procesus. Vertindami ilgalaikius kaštus, verta atkreipti dėmesį į daugiapračių variklių valdiklių ir vienapračių variklių valdiklių palyginimą. Tyrimai rodo, kad vien tik laidynės ir darbo jėgos kaštų taupymas siekia apie 60–80 procentų. Tai greitai susideda į reikšmingą sumą. Dauguma pilotinių projektų, kuriuos esame matę, savo kaštus padengia per maždaug pusantro metų dėl mažesnių atsargų poreikio ir mažesnio techninės priežiūros laiko, skirto gedimų šalinimui. Be to, nepamirškime ir moduliarių variklių valdiklių konstrukcijų. Jos leidžia lengvai keisti komponentus reguliariai vykstant techninei priežiūrai, nepriverčiant visiškai sustabdyti gamybos procesų. Be to, jie vis dar suderinami su senesne įranga, todėl kol kas nereikia išmesti to, kas jau yra.