В недавнем телефонном интервью нам удалось пообщаться с Уорреном Осаком, генеральным директором компании из Торонто Electromate Inc. — дистрибьютор, основанный в 1986 году и специализирующийся на электромеханическом управлении движением. Более конкретно, компания Osak продает в основном сервосистемы и шаговые системы — часто для сложных применений, требующих высокой точности и повторяемости в обоих направлениях. Electromate также специализируется на приложениях, предназначенных для суровых условий эксплуатации и высоких рабочих циклов. Вот что Осак сказал о текущих тенденциях в киноиндустрии.

Лиза Эйтель • Мир дизайна: Одна из тенденций, которую мы наблюдаем, — это всплеск применения как традиционных шаговых двигателей, так и гибридных шаговых двигателей, особенно в роботах и медицине.

Осак • Электромат: В области шаговых двигателей это история о двух технологиях. На одном конце спектра у вас есть недорогие шаговые двигатели, и они могут принимать форму шаговых двигателей в виде жестяных банок (также известных как шаговые двигатели в виде штабеля банок), которые обеспечивают вращательное или линейное движение. В последнем случае двигатель часто оснащен винтом acme вместо выходного вала. Такая технология является недорогой и легко настраиваемой, но на этом рынке существует большое ценовое давление.

На другом конце спектра находятся интегрированные шаговые двигатели. Они обеспечивают работу, подобную сервоприводу, за счет замыкания позиционной петли вокруг устройства обратной связи, такого как энкодер. Кроме того, антирезонансная схема, встроенная в эти шаговые двигатели, может обеспечить плавное ускорение в диапазоне от 50 до 500 Гц.

Мы видим, что середина рынка, приводимая в действие традиционным гибридным шаговым двигателем с углом поворота 1,8° в качестве автономного устройства, как бы уходит в прошлое. Технологии либо продвигаются вверх (и принимают форму интегрированных двигателей или «умных» двигателей), либо снижаются — к более дешевым двигателям с менее сложной конструкцией. Более конкретно, использование традиционных гибридных шаговых двигателей уступает место интегрированным продуктам, в то время как в приложениях более низкого класса мы наблюдаем более широкое использование менее сложных двигателей с предоставляемыми заказчиком интегрированными микросхемами (ICS) для их управления.

Суетный: Растет количество оборудования, работающего на батарейках, особенно в виде квадроциклов, AGV, беспилотных летательных аппаратов и сервисных роботов. В чем здесь заключаются проблемы проектирования?

Осак: Что касается встроенных роботизированных приложений, то мы видим гораздо больше 48-вольтовых и 24-вольтовых конструкций и даже некоторые 12-вольтовые приложения. Обратите внимание, что когда я говорю о встроенных роботах, я имею в виду бескаркасные двигатели — бесщеточные двигатели, которые работают от низкого напряжения и непосредственно интегрируются в приводы колес AGV, квадроциклов и транспортных средств общего назначения. На нашем рынке требования к размерам становятся все более жесткими, а требования к плотности крутящего момента также возрастают, и это особенно актуально для приводных устройств, работающих от низковольтных аккумуляторных систем.

Суетный: Ни один разговор о тенденциях не будет полным без некоторого обсуждения IIoT. О чем вы думаете?

Осак: Интернет Вещей стал модным словом за последние несколько лет, и мы видим множество возможностей подключения к Интернету вещей в области HMI и автоматизации управления, где HMI подключаются по сетям полевых шин к корпоративным сетям и другим системам, не связанным с проектированием движения, включая системы визуального контроля, системы диспетчерского управления и SCADA-системы. Все это становится все более взаимосвязанным — в первую очередь благодаря устройствам HMI с полным подключением к Интернету вещей (Industrie 4.0). Но мы не наблюдаем распространения устройств Интернета вещей в области управления движением — например, в контроллерах движения или программируемых контроллерах автоматизации. Я верю, что усыновление произойдет, но прямо сейчас мы этого не видим.

Современные локализованные контроллеры движения или распределенные контроллеры в основном обрабатывают ввод-вывод, а не обширную обработку и анализ данных, поскольку они по-прежнему являются компонентами системы движения, ориентированными на конкретные задачи. Напротив, на уровне HMI гораздо больше сетевых производственных операций ввода-вывода.

Суетный: Видите ли вы, что все больше производителей оборудования хотят получить готовые решения для управления движением?

Осак: Определенно, продолжается стремление к большей интеграции, и наши клиенты часто хотят подключить элементы управления своими машинами к нашему управлению движением для получения единого интегрированного решения, программируемого на одном языке. Тем не менее, мы не ожидаем, что отдельные поставщики компонентов исчезнут, поскольку всегда будет потребность в изготовленных на заказ и лучших в своем классе производителях, которые создают индивидуальные продукты для пользовательских приложений.

Суетный: Что-нибудь, что вы видите в миниатюризации дизайна, что вас впечатляет?

Осак: В конструкции серводвигателей были достигнуты большие успехи. Физика оптимизации магнитного потока, генерируемого сборками редкоземельных магнитов (и новые технологии производства), позволили усовершенствовать конструкции двигателей. Итак, мы наблюдаем постоянное улучшение плотности крутящего момента серводвигателей, значительно превосходящее то, что я когда-то считал достижимым.

С точки зрения непрофессионала, выходной крутящий момент, который можно было получить от серводвигателя NEMA-34, работавшего восемь или 10 лет назад, теперь достижим с помощью серводвигателя NEMA-23. Точно так же крутящий момент, выдаваемый рамным серводвигателем NEMA 23 восемь-10 лет назад, теперь соответствует тому, что могут выдавать современные рамные двигатели NEMA-17. Таким образом, двигатели определенно обладают большей мощностью, чем в прошлом, и фактически для данного размера корпуса выходной крутящий момент увеличивается на 50-100% по сравнению с двигателями, выпускавшимися десять лет назад.

Более того, миниатюризация будет продолжаться, потому что миниатюризация способствует лучшему использованию пространства, уменьшению массы и стоимости — так что я не вижу смысла в уменьшении отдачи. Конечно, наступит момент, когда мы получим убывающую отдачу — когда усовершенствование конструкции серводвигателя просто не приведет к заметному увеличению выходного крутящего момента, — но мы еще не достигли этого.

Суетный: Вы видите что-нибудь такое, что побуждает к новому применению технологий линейного перемещения?

Осак: Мы наблюдаем внедрение роликово-винтовых приводных устройств, которые более эффективны, чем традиционные формы привода (такие как линейные подшипниковые системы и системы с круглыми рельсами в паре с шариковинтовыми приводами и винтовыми приводами acme). Повышение эффективности линейных сервоприводов, в свою очередь, позволяет инженерам-конструкторам использовать более компактные (но с более высокой тягой) приводы в приложениях, традиционно приводимых в действие гидравлическим приводом. Фактически, электрические линейные приводы с роликово-винтовыми приводными механизмами в некоторых случаях могут заменить гидравлические приводы даже в системах с очень высокой мощностью.

Суетный: Возвращаясь к теме гидравлической мощности, что вы думаете о сервопневматических конструкциях?

Осак: Мы не продаем никаких пневматических систем, поэтому я не могу комментировать это напрямую, но могу сказать, что мы получаем отзывы от клиентов, которым нужны надежные решения с более длительным средним временем наработки на отказ, а сокращение количества деталей — отличный способ повысить наработку на отказ. Поскольку сервоприводы с электрическим приводом содержат меньше деталей, чем пневматические или гидравлические системы, им в конечном счете требуется (по крайней мере, теоретически) меньше времени простоя.

Суетный: Видите ли вы какие-либо продукты, в состав которых входят передовые материалы для повышения производительности?

Осак: Мы наблюдаем все более широкое использование керамики в технологии зубчатых передач — в настоящее время несколько производителей коробок передач заменяют зубчатые колеса из закаленной стали и сплавов на керамические. Мы также видим керамические валы и наконечники (например, штифты) в коробках передач. Керамика обладает множеством уникальных свойств, наиболее важным из которых является снижение шума. Таким образом, планетарные редукторы с керамическими внутренними элементами в два раза менее шумные, чем традиционные планетарные редукторы, и имеют более низкий коэффициент теплового расширения, поэтому при нагревании испытывают меньшее напряжение, чем металлические сплавы. Поскольку керамические компоненты расширяются не так сильно, они также имеют более жесткие допуски на люфт и биение, чем аналогичные внутренние элементы, изготовленные из металла.

Суетный: Для меня это новость, потому что использование современной керамики в первую очередь ассоциируется у меня с поворотными подшипниками.

Осак: Что ж, рассмотрим прецизионные двигатели maxon. Если бы мне пришлось дать очень приблизительную оценку, я бы сказал, что 10% всех их коробок передач, которые мы видим сейчас, имеют керамические внутренние элементы. У них есть подразделение, которое производит внутренние детали редукторов ceramicinjection molding (CIM) и metalinjection molding (MIM) для высокопроизводительных конструкций мотор-редукторов. К ним относятся коробки передач с низким содержанием влаги, коробки передач с низким люфтом и коробки передач с высоким крутящим моментом. Керамические подкомпоненты определенно имеют смысл в двигателях с меньшей рамой — особенно тех, которые предназначены для медицинского применения, где минимизация шума и вибрации (и высокая грузоподъемность) имеют решающее значение.

Суетный: Какие технологии управления движением в настоящее время демонстрируют наибольшую инновационность?

Осак: Сенсорные технологии, по-видимому, развиваются примерно в два раза быстрее, чем другие компоненты, используемые в системах управления движением. Новых разработок для устройств обратной связи также больше, чем разработок для сервоприводов, поворотных приводов, линейных приводов и двигателей — и я не знаю, почему это так. Безусловно, в мире устройств с обратной связью проводится множество передовых исследований и разработок, поэтому темпы прогресса в разработке энкодеров, преобразователей и линейных дифференциальных преобразователей с регулируемой частотой (LVDT) просто поразительны.

Суетный: Мы видим, что электроника улучшает восприятие и обратную связь по движению.

Осак: Да, и даже со всеми этими новыми технологиями цена за обратную связь снижается — это невероятно. Просто приведу пример из реального мира: традиционно инженер-конструктор покупал двигатель и указывал разрешение энкодера — и (будь то инкрементное или абсолютное) разрешение энкодера было задано заранее. Но иногда после того, как этот двигатель или сервопривод был задействован, вы понимали, что требуется большее (или меньшее) разрешение. Так что же вы делаете? В прошлом вам приходилось покупать другой двигатель или (в некоторых редких случаях) вы могли отправить двигатель обратно, и поставщик устанавливал другой энкодер.

Что ж, сегодня кодировщики могут быть программируемыми в полевых условиях. Таким образом, вы можете купить энкодер, и если вы считаете, что вам нужно большее разрешение, вы просто программируете его (пока он еще находится в полевых условиях) с помощью портативного устройства.Насколько это круто?Возможность запрограммировать энкодер для применения в полевых условиях за 30 секунд или меньше — без заранее заданного разрешения — также означает, что вы можете запастись одной конкретной моделью энкодера и просто доставать их с полки для программирования по мере необходимости. Таким образом, инженеры-проектировщики обладают гораздо большей гибкостью в стандартизации.

На самом деле, это только верхушка айсберга. Некоторые кодировщики даже включают ASIC-модули, позволяющие не просто программировать разрешение. Некоторые линейные энкодеры даже позволяют конечным пользователям программировать высоту тона, обратную связь N + 1 и избыточную обратную связь.

Суетный: Здесь на ум приходит Posital Fraba, поскольку они продают очень настраиваемые энкодеры.

Осак: Мы продаем продукты Posital Fraba, в том числе энкодеры с несколькими дорожками: один сигнал обратной связи является абсолютным, а другой — инкрементным, но они поступают с одного и того же устройства. Каждый сигнал может быть в разном диапазоне частот и с разным разрешением. Электроника обеспечивает всю эту функциональность и (во многих случаях) возможность программирования в полевых условиях. Короче говоря, этот производитель прислушивается к инженерам и определяет их требования, а затем выпускает специализированный продукт, соответствующий этим требованиям. Это отличается от менталитета производителя движения “построй это, и они придут”.Таким образом, Posital Fraba производит более миллиона разновидностей кодировщиков — буквально более миллиона — и каждый из них настраивается в соответствии с конкретными требованиями заказчика.