Řízení efektivity a udržitelnosti v průmyslových odvětvích pomocí řešení pohybu a regulace

Obrázek 1: Vodní čerpadla ve velké elektrárně. (Zdroj obrázku: Shutterstock)

Tváří v tvář ekologickým výzvám a potřebě udržitelné elektroniky hledají průmyslová odvětví po celém světě řešení, jak optimalizovat své operace a minimalizovat svou uhlíkovou stopu. Bez ohledu na průmysl je potřeba řídit procesy za účelem snížení spotřeby energie, minimalizace odpadu a maximalizace výkonu.

Produkty pohybu a regulace spolupracují při řízení pohybu, rychlosti a polohy mechanických prvků v elektronických aplikacích. Tyto produkty jsou navrženy tak, aby poskytovaly přesnou, efektivní a spolehlivou kontrolu nad různými aspekty pohybu a umožňovaly strojům a zařízením plnit své funkce s optimálním výkonem a minimální chybou.

Společnost Digi-Key, globální distributor elektronických součástek, nabízí široký výběr produktů pohybu a regulace od různých dodavatelů, což zákazníkům umožňuje zlepšit udržitelnost a efektivitu automatizovaných systémů.

Základní součásti systémů pohybu a regulace

Srdcem řešení pohybu a regulace jsou elektromotory, které slouží jako primární prostředek přeměny elektrické energie na mechanickou. V aplikacích se používá několik typů, z nichž každý má jedinečné vlastnosti a výhody. Například střídavé motory jsou známé svou odolností, účinností a schopností pracovat při vysokých rychlostech, díky čemuž jsou vhodné pro použití v průmyslových strojích, systémech HVAC a dalších aplikacích, kde mají zásadní význam spolehlivý a dlouhodobý výkon. Na druhou stranu stejnosměrné motory nabízejí vynikající regulaci točivého momentu a rychlosti, díky čemuž jsou vhodné pro aplikace vyžadující přesný pohyb, jako jsou robotika a automobilové systémy. Krokové motory poskytují vysoce přesné polohování a používají se ve 3D tiskárnách, CNC strojích a dalších zařízeních vyžadujících přesný, přírůstkový pohyb. Servomotory se díky své krátké době reakce a vysokému točivému momentu používají v aplikacích vyžadujících rychlé a přesné pohyby, jako jsou letecké systémy.

Aby bylo možné efektivně řídit a regulovat provoz motorů, řešení pohybu a regulace využívají různé pohony a ovladače. Frekvenční měniče (VFD) se používají k regulaci rychlosti a točivého momentu střídavých motorů, což umožňuje hladký, efektivní provoz s úsporou energie. Servopohony, speciálně navržené pro servomotory, poskytují regulaci v uzavřené smyčce a umožňují vysoce přesné polohování a pohyb. Regulátory pohybu, schopné pracovat ve více pohybových osách současně, se používají ve složitých aplikacích, kde koordinují a synchronizují pohyb různých komponent pro zajištění hladkého a přesného provozu.

Klíčovou roli v systémech pohybu a regulace hrají také aktuátory, neboť odpovídají za přeměnu energie na pohyb a dodávku síly potřebné k uvedení mechanických součástí do pohybu. Hydraulické aktuátory, známé pro svůj vysoký výkon a schopnost ovládat vysoké zátěže, se používají ve stavebních strojích, průmyslových strojích atd., kde je vyžadována hrubá síla. Pneumatické aktuátory, které při generování pohybu využívají stlačený vzduch a poskytují rychlou odezvu, se používají v aplikacích zahrnujících rychlé, opakující se pohyby, například balicí a montážní linky. Elektrické aktuátory, včetně lineárních a rotačních typů, poskytují přesnou regulaci v aplikacích, jako jsou lékařské, automobilové a letecké přístroje a zařízení.

Obrázek 2: kamerový systém s robotickým viděním v chytré továrně. (Zdroj obrázku: Shutterstock)

Senzory, zpětnovazební prvky a řídicí systémy

Aby bylo zajištěno, že systémy pohybu a regulace pracují s nejvyšší úrovní přesnosti a spolehlivosti, používají se senzory a zpětnovazební prvky k monitorování a měření různých aspektů pohybu. Polohové senzory, například lineární a rotační potenciometry, poskytují data o přesné poloze mechanických prvků v reálném čase, což umožňuje přesné polohování a sledování. Snímače, jako jsou inkrementální a absolutní, se používají ke stanovení úhlové polohy a rychlosti rotujících hřídelů, což umožňuje přesnou regulaci rychlosti a polohy. Vysokou přesnost a spolehlivost v citlivých aplikacích nabízejí také resolvery, které se podobají enkodérům, jsou však navržené pro použití v náročných prostředích.

Všechny tyto komponenty spojují dohromady řídicí systémy, které organizují a řídí celkový provoz řešení pohybu a regulace. Programovatelné logické automaty (PLC), robustní průmyslové počítače navržené pro regulaci a automatizaci, zpracovávají současně více vstupních a výstupních signálů v automatizaci továren, řízení procesů a dalších aplikacích. Průmyslové počítače nabízející vyšší flexibilitu a výpočetní výkon než automaty PLC, se často používají v tandemu s pokročilým softwarem pro regulaci pohybu k simulaci algoritmů řízení pohybu ve složitých víceosých systémech.

Komponenty pohybu a regulace v průmyslových aplikacích

Řešení pohybu a regulace mají zásadní význam pro zvýšení účinnosti, přesnosti a produktivity v široké řadě průmyslových procesů. Tato řešení například spravují zařízení, jako jsou robotická ramena a obráběcí stroje s cílem zlepšení průmyslových operací a minimalizace chyb. V automobilových továrnách a skladech systémy pohybu a regulace koordinují pohyb průmyslových robotů, kolaborativních robotů (cobotů) a autonomních mobilních robotů (AMR) k provádění úkolů, jako jsou manipulace, montáže a kontrola. Podobná situace je v aplikacích průmyslového balení, kde řešení pohybu a regulace pomocí dopravníkových systémů, třídicích strojů a automatických zaskladňovacích a vyskladňovacích systémů (AS/RS) odebírají a přepravují položky, jako jsou krabice a palety.

Systémy pohybu a regulace ve zdravotnictví ovlivňují způsob poskytování lékařské péče a provádění výzkumu. Umožňují přesné polohování, dávkování a automatizaci u lékařských přístrojů a zařízení, jako jsou chirurgické roboty, diagnostické zobrazovací systémy a laboratorní přístroje. Například chirurgické roboty vybavené pohybovými a řídicími komponentami mohou provádět procedury s vysokou přesností a minimální invazivitou, čímž zkracují dobu zotavení pacienta a zlepšují celkové výsledky. Automatizované systémy manipulace s kapalinami ve farmaceutických výzkumných laboratořích rovněž využívají pohybové a řídicí systémy k přesnému dávkování a míchání činidel, což zefektivňuje proces objevování léčiv a urychluje vývoj nových terapií.

Také letecký a obranný průmysl závisí na přesných řešeních pohybu a regulace pro kritické aplikace, jako jsou určování polohy pomocí satelitů, systémy řízení letadel a navádění střel. V těchto sektorech může mít i sebemenší odchylka od zamýšleného pohybu nebo polohy katastrofální dopad. Technologie pohybu a regulace zajišťují výjimečnou přesnost a spolehlivost funkce těchto systémů, což satelitům dovoluje zachovávat oběžnou dráhu, letadlům zajistit bezpečnost letu a raketám dosahovat určených cílů. Tato řešení navíc umožňují vývoj a testování nových leteckých a obranných technologií, což konstruktérům dovoluje simulovat a ověřovat složité systémy před vlastním nasazením v terénu.

Pochopení multidodavatelské strategie společnosti Digi-Key

Díky partnerství s více dodavateli poskytuje společnost DigiKey inženýrům a systémovým konstruktérům přístup k širokému výběru produktů. Tato strategie nejen zvyšuje rozmanitost produktů, ale také zlepšuje jejich dostupnost, podporuje konkurenceschopné ceny a poskytuje přístup k široké škále technických poznatků. Jednou zřetelnou výhodou multidodavatelského přístupu společnosti DigiKey je schopnost uspokojit řadu průmyslových požadavků. Ať již se jedná o kompaktní krokový motor pro přesnou přístrojovou techniku nebo servopohon s vysokým kroutícím momentem pro náročnou automatizaci, inventář společnosti Digi-Key nabízí řešení pro všechny aplikace. Tato rozmanitost umožňuje konstruktérům nalézt nejvhodnější produkty pro specifické potřeby, které mohou optimalizovat celkový výkon a efektivitu systému. Dále platí, že odběrem produktů od více dodavatelů minimalizuje společnost Digi-Key riziko narušení dodavatelského řetězce: pokud u jednoho výrobce nastanou problémy s výrobou nebo dojde ke zpoždění, lze zajistit alternativní produkty od jiných dodavatelů, což zákazníkům zajistí spolehlivé a nepřerušené dodávky. Tato odolnost má zásadní význam pro průmyslová zařízení, kde i minimální prostoje mohou mít významně narušit zdroje, rozpočty a provoz.

Pokročilé produkty pohybu a regulace od předních výrobců

Partnerství společnosti Digi-Key s předními výrobci, například Schneider Electric, Siemens a Omron, je ukázkou jejího závazku ke kvalitě a inovacím. Tito průmysloví giganti se proslavili svými špičkovými řešeními pohybu a regulace zahrnujícími pokročilé funkce a technologie pro zvýšení efektivity a udržitelnosti.

Softstartér Altivar™ ATS480 od společnosti Schneider Electric (obrázek 3) vychází ze start/stop funkčnosti předchozích iterací, aby dále prodloužil životnost zařízení a maximalizoval dostupnost aplikací v náročných prostředích. Softstartér Altivar 212 VSD nabízí systémovým integrátorům a koncovým uživatelům systémů HVAC maximální jednoduchost použití a zabezpečení, šetří energii a zlepšuje komfort budov a jejich správu. Podobně frekvenční měniče (VFD) ATV320 poskytují bezpečnost, spolehlivost a jednoduchost v kompaktních tvarových faktorech poskytujících zjednodušenou instalaci a efektivní prostorové využití.

Obrázek 3: softstartér ATS480 Altivar™ ATS480 od společnosti Schneider Electric. (Zdroj obrázku: Schneider Electric)

Řada Easy TeSys od společnosti Schneider Electric zahrnuje manuální startéry motorů s magnetickou ochranou s vypínáním při 13násobku maximálního nastavení číselníku, tepelná přetěžovací relé se šroubovými svorkovými svorkami a 3pólové stykače s životností přibližně jednoho miliónu elektrických operací. Tato zařízení jsou navržena pro spínání a ochranu běžných motorových aplikací. Komunikační startéry motorů TeSys™ Island nahrazují ovládací kabeláž a jednotku PLC IO plochým kabelem s jedním kliknutím a poskytují tak přístup k datům prostřednictvím průmyslových komunikačních protokolů.

Pohony SINAMICS V20 od společnosti Siemens jsou díky své kompaktní, robustní a odolné konstrukci ideální pro použití v celé řadě základních aplikací v procesních a výrobních provozech. Sestavy reverzačních stykačů řady SIRIUS 3RA23 dále zabraňují chybám v zapojení v hlavních a řídicích obvodech. Výkonové stykače SIRIUS nabízejí flexibilní možnosti spínání elektrických zátěží pomocí konvenčních a polovodičových ovládacích mechanismů.

Pohony s frekvenčním měničem (VFD) řady MX2 od společnosti Omron nabízejí pokročilou regulaci motorů a strojů pomocí technologie VFD, čímž je zajištěn přesný provoz, úspory energie a ochrana proti poruchám. Díky pokročilé konstrukci a algoritmům poskytuje řada MX2 plynulou regulaci až po nulovou rychlost a schopnost řízení točivého momentu v otevřené smyčce.

Obrázek 4: tepelné přetěžovací relé TeSys od společnosti Schneider Electric. (Zdroj obrázku: Schneider Electric)

Zlepšení udržitelnosti v automatizované výrobní lince

Pro ilustraci dopadu technologií pohybu a regulace na udržitelnost uvažujme automatizovanou výrobní linku ve výrobním závodě. Tyto komponenty umožňují výrobcům dosáhnout požadovaných cílů minimalizace spotřeby energie a odpadu při současném zajištění bezpečnosti a spolehlivosti operací - od přesné regulace rychlosti dopravníků a motorů balicích strojů až po integraci robotických ramen a implementaci bezpečnostních systémů:

Dopravníkové systémy: v automatizované výrobní lince hrají dopravníkové systémy zásadní roli při přepravě materiálů a produktů mezi různými fázemi výrobního procesu. Zařazením softstartérů Altivar 212 VSD od společnosti Schneider Electric nebo frekvenčních měničů řady MX2 od společnosti Omron lze rychlost motorů dopravníků regulovat tak, aby odpovídala požadované rychlosti výroby. Při zajištění optimální rychlosti chodu dopravníku dochází ke snížení spotřeby energie a k nižšímu opotřebení mechanických součástí. Softstartéry, jakým je model Altivar™ ATS480 od společnosti Schneider Electric, navíc zajišťují hladké spouštění a zastavování motorů dopravníků, snižují mechanické namáhání a prodlužují životnost zařízení.

Balicí stroje: balicí stroje jsou nedílnou součástí automatizované výrobní linky zajišťující balení, uzavírání a označování produktů. Tyto stroje často vyžadují přesnou regulaci otáček motoru a točivého momentu, aby bylo zajištěno konzistentní a přesné balení. Díky integraci frekvenčních měničů (VFD) ATV320 od společnosti Schneider Electric lze motory balicích strojů regulovat s vysokou přesností, čímž se zvyšuje celkový výkon systému a energetická účinnost.

Robotická ramena: robotická ramena jsou široce využívána v automatizovaných výrobních linkách pro úkony zahrnující manipulaci s materiálem, montáž a kontrolu kvality. Aby tyto nástroje mohly přesně a efektivně plnit svou úlohu, vyžadují přesnou regulaci pohybu ve více osách. Regulaci motorů robotických ramen nabízejí komunikační startéry motorů TeSys Island od společnosti Schneider Electric. Vzhledem k tomu, že startéry TeSys Island nepotřebují složitou kabeláž ani jednotku PLC IO, usnadňují rychlejší instalaci a snadnou konfiguraci řídicího systému robotického ramene. Vestavěné digitální rozhraní a inteligentní konfigurační nástroj zjednodušují uvádění do provozu a nastavení, zatímco možnost přístupu ke kriticky důležitým datům prostřednictvím komunikačních protokolů umožňuje vzdálené monitorování a prediktivní údržbu.

Čerpadla a ventilátory: čerpadla a ventilátory mají zásadní význam v různých aspektech automatizované výrobní linky, jako jsou chladicí systémy, hydraulické pohonné jednotky a systémy ventilace. Optimalizace výkonu těchto součástí může snížit spotřebu energie a zajistit maximální dobu provozuschopnosti. Pohony SINAMICS V20 od společnosti Siemens jsou díky své kompaktní a odolný konstrukci vhodné pro regulaci motorů čerpadel a ventilátorů v průmyslovém prostředí. Pohony SINAMICS V20 nabízejí různé funkce, včetně PID regulace, regulace více čerpadel a režimů úspory energie.

Bezpečnostní systémy: zajištění bezpečnosti pracovníků a zařízení ve výrobních provozech má kriticky důležitý význam. Pomocí sestav stykačů s bezpečnostní klasifikací mohou výrobní linky dosáhnout vysoké úrovně bezpečnosti, což snižuje riziko nehod a prostojů. Sestavy reverzačních stykačů řady SIRIUS 3RA23 od společnosti Siemens mohou implementovat bezpečnostní funkce v systému regulace motorů. Tyto sestavy se hladce integrují do systémů funkční bezpečnosti podle mezinárodních norem, jako jsou IEC 61508 a ISO 13849-1. Integrované mechanické a elektrické funkce vzájemného blokování stykačů řady 3RA23 také zabraňují chybám v zapojení a zajišťují bezpečný provoz reverzačních motorových obvodů.

Obrázek 5: chytrá průmyslová robotická ramena pro digitální tovární výrobu. (Zdroj obrázku: Shutterstock)

Závěr

Pokročilá řešení pohybu a regulace jsou rozhodujícími faktory pro účinnost a udržitelnost v celé řadě průmyslových odvětví. Integrace těchto technologií do automatizovaných výrobních linek umožňuje výrobcům zlepšovat provozní efektivitu, snižovat spotřebu energie, minimalizovat plýtvání materiálem a prodlužovat životnost zařízení. Portfolio produktů společnosti Digi-Key od více dodavatelů umožňuje inženýrům a konstruktérům vytvářet systémy poskytující vysoký výkon při současné ohleduplnosti k životnímu prostředí. Společnost Digi-Key poskytuje platformu, na které mohou konstruktéři zkoumat, porovnávat a získávat nejvhodnější produkty pohybu a regulace pro své aplikace.