Je nahradenie jednoosiových pohonných systémov nevyhnutné? 5 vývojových výhod viacosiových servopohonných systémov EtherCAT

Architektonická jednoduchosť: Ako viemosové servoriadiče znížia zložitosť systému

Modulárne rozširovanie bez izolovaných riadiacich jednotiek

Viacoosové servoregulátory sústreďujú celú riadiacu logiku na jednom mieste namiesto toho, aby mali samostatné regulátory pre každú os. Týmto sa nahradia staršie jednoosové systémy, ktoré fungovali izolovane, každý na svojom „ostrove“. Keď rôzne časti stroja pracujú nezávisle, vznikajú problémy najmä v zložitých nastaveniach. S týmito regulátormi všetky osi zdieľajú rovnaké časové signály a plány pohybu. Výsledkom je systém, ktorý sa ľahko rozširuje bez zbytočného zloženia. Chcete pridať ďalšiu os? Stačí pripojiť motor – žiadne dodatočné regulátory nie sú potrebné. Niektoré známe značky v oblasti automatizácie uvádzajú, že ich zákazníci dokážu prekonfigurovať stroje až o 70 percent rýchlejšie pri prechode medzi výrobnými linkami. To dáva zmysel, keďže všetko funguje spoločne namiesto toho, aby sa navzájom bránilo.

Menej zariadení, menej možností poruchy, rýchlejšie nasadenie variantov strojov

Keď osi integrujeme dohromady, počet fyzických súčiastok sa v porovnaní s oddelenými jednoosovými nastaveniami zníži približne o 40 %. To samozrejme znamená, že je menšia pravdepodobnosť výskytu poruchy. Počet káblov a konektorov, ktoré by mohli byť poškodené vibráciami alebo koróziou v priebehu času, sa zníži približne o 60 percent. Stredové body, v ktorých sa signály predtým úplne stratili, úplne zmiznú. Navyše spojenie všetkého cez jeden napájací systém pomáha predísť chybám pri zapájaní, ktoré sa vyskytujú príliš často. Vďaka architektúre zdieľanej DC zbernice sa energia vyrobená pri spomaľovaní osí môže skutočne opätovne použiť na pohon susedných motorov, čo prispieva k zníženiu najvyšších požiadaviek na výkon v danom okamihu. Takéto zjednodušené návrhy umožňujú rýchlejšie uvádzanie nových strojov do prevádzky. Inžinierske oddelenia môžu vziať už otestované viacosiové nastavenia a aplikovať ich na úplne nové výrobky už po niekoľkých týždňoch namiesto toho, aby čakali mesiace, kým sa všetko poskladá dohromady.

Výhody výkonu EtherCAT v architektúrach viacoosových servo riadičov

Determinizmus pod 100 µs cez 32+ osí prostredníctvom zdieľanej autobusovej topológie

Zdieľaný autobusový dizajn EtherCAT poskytuje doby odezvy pod 100 mikrosekúnd pre systémy riadiace 32 alebo viac osí v viacosových servoregulátoroch. To, čo odlišuje EtherCAT od tradičných sieťových nastavení, je spôsob, akým spracováva dátové pakety počas ich pohybu cez systém namiesto toho, aby sa zastavovali na každom jednom uzle pozdĺž cesty. Vďaka distribuovaným hodinám, ktoré udržiavajú všetko synchronizované, systém udržiava úroveň jiteru pod jednu mikrosekundu. Táto úroveň časovej presnosti sa prejavuje v meraniach s rozlíšením až na úrovni nanometrov pre rýchlo sa pohybujúce robotické ramená a CNC stroje, ktoré vidíme v moderných výrobných závodoch. Výrobne, ktoré prevádzkujú výrobné linky s výkonom vyše tisíc položiek za minútu, úplne závisia od tejto úrovne presnosti. Navyše štruktúra komunikačnej cesty EtherCAT v podstate eliminuje tie otravné kolízie signálov, ktoré trápia siete so hviezdicovou topológiou. V dôsledku toho sa cyklové časy znížia približne o tri štvrtiny v porovnaní so staršími systémami založenými na CAN, čo celkovo výrazne zrýchli prevádzku.

Odstránenie latencie medzi hlavným a podriadeným zariadením pre skutočne synchronizovaný pohyb

Keď ide o viacoosové servoregulátory, technológia EtherCAT úplne odstraňuje tie otravné oneskorenia pri komunikácii medzi hlavným a podriadeným zariadením. Systém využíva distribuované hodiny, aby všetko synchronizoval na úrovni nanosekúnd namiesto toho, aby sa čakalo na milisekundy. To znamená, že pohybové príkazy sa vykonávajú súčasne na všetkých pohonných jednotkách bez nutnosti procesu vzájomného potvrdzovania (handshake) medzi jednotlivými komponentmi. Vezmime si napríklad zložitú úlohu ako kruhová interpolácia – tieto systémy ju dokážu vykonať s presnosťou na mikroúrovni, aj keď sa pohybujú rýchlosťou vyššou než 300 metrov za minútu. V balicích linkách, kde je potrebné, aby sa výrobky dokonale zarovnali, tento druh presnej koordinácie eliminuje malé časové rozdiely, ktoré sa postupne hromadia a v konečnom dôsledku spôsobujú vážne problémy s polohou. Pre inžinierov, ktorí chcú všetko správne nastaviť už od prvého dňa, dosiahnuť skutočný synchronný pohyb nie je len možné – je to dnes už štandardná prax. A čo to prakticky znamená? Menší opotrebovanie strojových súčiastok a zvýšenie výrobného výkonu približne o 25 % v väčšine prípadov podľa poľných testov.

Priestor, výkon a účinnosť z hľadiska nákladov umožnené integrovanými viacosovými servoregulátormi

o 60 % menší objem skrine a o 40 % menej konektorov v porovnaní s diskrétnymi jednoosovými stohmi

Viacoosové servoregulátory integrované do jedného systému môžu výrazne znížiť priestor potrebný pre stroje, keďže všetky tieto riadiace komponenty sú zabalené dohromady namiesto toho, aby boli rozmiestnené oddelene. Pri tradičných nastaveniach so systémami jednej osi sa objavuje veľa navyše častí, ako napríklad nadbytočné ochranné kryty, svorkovnice a samostatné zdroje napájania, ktoré zaberie cenný priestor v rozvádzači. Odstránením týchto prvkov sa podľa poľných testov zmenší veľkosť rozvádzača približne o dve tretiny. Inštalácia káblov sa tiež výrazne zjednoduší, keďže je potrebných menej pripojení, čo znamená, že technici strávia približne o 40 % menej času pri inštalácii celého systému v porovnaní so staršími metódami. Zlepšuje sa aj správa tepla, pretože menšie kryty vyžadujú menej chladiaceho výkonu a teplo sa v zariadení šíri rovnomernejšie. Mnohé výrobné závody po prechode na tento systém hlásili výrazné zlepšenie efektívnosti aj spoľahlivosti.

Zdieľanie DC zbernice a regeneratívne preerozdelenie energie zníži špičkovú spotrebu až o 28 %

Nastavenie zdieľanej DC zbernice umožňuje inteligentnejšiu správu energie v priemyselných aplikáciách. Keď sa motory spomaľujú, v skutočnosti vytvárajú energiu, ktorá sa v väčšine jednoosových systémov stratí ako teplo. V prípade viacosebových riadiacich systémov sa však táto obnoviteľná energia okamžite vráti do iných častí systému, ktoré v danom momente potrebujú zrýchlenie. Výsledok? Úspory energie môžu podľa polních testov znížiť špičkovú spotrebu elektrickej energie približne o 28 percent, čo znamená, že firmy nepotrebujú tak veľké napájacie zdroje a ušetria peniaze na prevádzkové náklady. Niektoré systémy navyše využívajú softvér na predikciu zaťaženia, ktorý vyvažuje pracovné zaťaženie medzi jednotlivými osami, čím zvyšuje efektívnosť prevádzky a zároveň zabezpečuje reakciu na rýchlo sa meniace požiadavky.

Zrýchlená správa životného cyklu so smart viacosebovým servoriadiacim softvérom

Moderné viacosové servoregulátory revolucionizujú správu životného cyklu zariadení prostredníctvom integrovanej softvérovej inteligencie. Konsolidáciou funkcií konfigurácie, monitorovania a údržby tieto systémy odstraňujú rozdrobené pracovné postupy a súčasne zvyšujú prevádzkovú odolnosť.

Automatická parametrizácia a jednotná uvádzanie do prevádzky skracujú čas nastavenia o 70 %

Funkcia automatickej parametrizácie v moderných systémoch funguje tak, že samostatne zisťuje technické špecifikácie motora a podmienky zaťaženia a následne nastavuje presné hodnoty PID a obmedzenia krútiaceho momentu bez manuálneho zásahu. Keď je táto funkcia kombinovaná s novými jednotnými nástrojmi pre uvádzanie do prevádzky, inžinieri môžu teraz synchronizovať viacero osí z jedného centrálneho ovládacieho panela namiesto toho, aby sa museli postupne zaoberať každým zariadením osobitne. Reálne testy ukázali, že podľa nedávnych priemyselných automatizačných výskumov z minulého roka sa stroje uvádzajú do prevádzky približne o 70 percent rýchlejšie ako pri starších metódach. Menší počet krokov počas uvádzania do prevádzky znamená, že továrne môžu začať vyrábať nové výrobkové rady výrazne rýchlejšie po zmene vybavenia. Niektoré továrne uvádzajú, že ich výrobné linky sú prevádzkyschopné už po niekoľkých dňoch namiesto týždňov pri prechode medzi rôznymi konfiguráciami strojov.

Zabudovaná analytika a prediktívne ladenie pre preventívnu údržbu

Sledovanie vibrácií, teplôt a elektrických prúdov pomáha zistiť mechanické problémy alebo nesúhlasné zarovnanie oveľa skôr, než sa stanú vážnymi problémami. Inteligentné systémy dokážu vopred upraviť nastavenia, napríklad upraviť režim prevádzky pre opotrebované ložiská ešte pred ich úplným zlyhaním, a tieto prediktívne modely dosahujú pomerne vysokú presnosť pri odhadovaní času možného poruchy – približne v 92 % prípadov. Personál v továrni dostáva varovné signály zoradené podľa dôležitosti, aby mohol problémy odstrániť ešte pred tým, než sa výroba úplne zastaví. Výrobné údaje z minulého roka ukazujú, že tento prístup znížil neočakávané výpadky približne o 40 %. Namiesto čakania na poruchy sa výrobné závody teraz plánujú údržbu na základe skutočného stavu vybavenia, nie len podľa kalendára.

Výkon pripravený na budúcnosť: technológia karbidu kremíka (SiC) a pokročilé pohybové funkcie v viacosových servoregulátoroch

Najnovšie viacoosové servoregulátory využívajú polovodiče z karbidu kremíka (SiC), čo prináša výrazné zlepšenie účinnosti. Tieto systémy dokážu prepínať s frekvenciou približne 10-krát vyššou ako staršie regulátory na báze kremíka, pričom súčasne znížia straty energie o 40 až 60 percent. Čo robí SiC skutočne výnimočným, je jeho vynikajúca tepelná vodivosť. Vďaka tejto vlastnosti môžu výrobcovia zmenšiť veľkosť chladičov približne o 30 % bez akéhokoľvek poklesu výkonu alebo spoľahlivosti, aj keď systém pracuje nepretržite v náročných priemyselných podmienkach. Súčasne tieto regulátory obsahujú sofistikované algoritmy pohybu, ktoré eliminujú potrebu samostatného hardvéru pre riadenie pohybu. Zložité funkcie sú priamo zabudované do samotného systému, čo všetko výrazne zjednodušuje správu a integráciu do existujúcich nastavení.

• Interpolácia v reálnom čase pre viac ako 32 osí na synchronizáciu špirálových a kruhových dráh
• Inteligentné profilovanie kamov s adaptívnym zrýchlením v tvare S-krivky
• Polohové riadenie pod 100 µs presnosť pre robotiku vysokých rýchlostí
• Prediktívne tlmenie kmitania ktoré predchádza mechanickému rezonančnému javu

Konzolidáciou týchto technológií do jednotnej architektúry sa riadiace systémy novej generácie znižujú počet komponentov a zároveň poskytujú bezprecedentnú vernosť pohybu – čím zabezpečujú budúcnosť priemyselných systémov pre kratšie cykly, presnosť na úrovni nanometrov a energeticky účinný prevádzkový režim – všetko v kompaktných rozmeroch, ktoré sú ideálne pre škálovateľnú automatizáciu.