Децентрализованная сервотехнология может снизить затраты на упаковку и производство продуктов питания и напитков. Но централизованное управление движением тоже имеет свои преимущества. Иногда ответом на вопрос, что лучше, является ни то, ни другое, но оба.

Около Доктор Арне Линдер | Управление продукцией • Коллморген

Децентрализованная сервотехнология может обеспечить экономию при монтаже оборудования и установок. Двумя дополнительными преимуществами являются сниженные тепловые нагрузки на корпус и простая архитектура привода. Но вопрос в том, какая технология лучше

интегрированная система мотор-привода или отдельные двигатель и привод?

Как это часто бывает, ответом на такой вопрос является не A или B, а C. Благодаря смешанной архитектуре и большому количеству общих функций оба типа управления могут сосуществовать. В таких случаях стандартные платформы часто являются наилучшим подходом.

В отличие от горизонтальной транспортировки, где децентрализованные сервоприводы являются обычным явлением, центрально расположенные сервоприводы по-прежнему доминируют на рынке для высокодинамичного и точного управления движением. Сервоприводы вместе с другими компонентами управления, иногда с полноценным IPC, находятся вместе в шкафу управления, защищенном от внешнего мира. Подключение к двигателям часто осуществляется в форме звезды, каждый из которых имеет кабели управления и питания. Поскольку теплопотери генерируются централизованно, в шкафу необходимо эффективное кондиционирование воздуха.

Технология децентрализованного сервопривода основана на основном принципе перемещения индивидуального управления двигателем из центрального шкафа управления ближе к технологическому процессу. Эта архитектура нуждается в прочном дизайне с высокой степенью защиты окружающей среды.

Преимущество заключается, в частности, в подключении кабелей к двигателю. Но другие преимущества включают улучшенные характеристики электромагнитной совместимости и широкое распределение теплопотерь, что снижает стоимость или потребность в центральном шкафу климат-контроля.

С появлением упаковочного оборудования и машин для пищевой промышленности и производства напитков тенденция уходит от метровых стенок шкафов, заменяя их небольшими самозащищенными блоками внутри корпуса машины. Тенденция к модульному производству делает необходимым распределение или комбинирование функций.

Производственное оборудование для этих отраслей промышленности часто состоит из основного технологического процесса и вспомогательных задач. Вспомогательные задачи включают в себя множество совместимых модулей, например, конвейерные системы, сортировщики и погрузочно-разгрузочные устройства, которые обеспечивают возможность легкого расширения машины.

Практический опыт также показывает, что децентрализованная структура выгодна, особенно при пространственно распределенных одиночных осях. Напротив, для машинных модулей с синхронизированными осями, которые физически расположены близко друг к другу и в центре, приводы в шкафу, как правило, являются предпочтительной конструкцией.

Потенциал экономии децентрализованной технологии можно продемонстрировать на примере металлообрабатывающего станка с 8 осями. Первая ось расположена в 5 м от шкафа управления. Каждая дополнительная ось расположена на 3 м дальше. Централизованная система управления включала бы центральный шкаф управления, в котором размещались бы приводы, причем каждый двигатель имел бы отдельные экранированные кабели питания и обратной связи общей протяженностью до 248 м. Децентрализованная версия будет использовать комбинацию из одного модуля питания и 8 децентрализованных сервоконтроллеров, что сократит потребность в кабеле до 34 м.

Расчет: Между модулем питания и первым децентрализованным контроллером подключен один гибридный кабель длиной 5 м, обеспечивающий питание и полевую шину для управления осью. Один гибридный кабель длиной 3 м соединяет каждый дополнительный привод общей протяженностью 21 м. Поскольку мы предполагаем, что каждый двигатель расположен на расстоянии 1 м от каждого децентрализованного привода с технологией подключения двигателя одним кабелем, требуется всего лишь дополнительно 8 м кабеля.

В целом, децентрализованная система, подобная этой, сократила требования к кабелю с 248 до 34 м, что позволило сэкономить 86%. Если оси требуют дополнительного ввода-вывода, сокращение количества кабелей становится еще более очевидным. Вместо 372 м требуется всего 42 м, что обеспечивает соответствующую экономию в размере 89%.

Еще одним преимуществом перемещения приводов является снижение потребности в кондиционировании воздуха, что обеспечивает экономию как для производителя, так и для конечного пользователя. Таким образом, шкаф управления кондиционером может быть уменьшен в размерах или полностью устранен, что снижает затраты на оборудование и последующие операции и, в конечном счете, повышает энергоэффективность.

Примерные расчеты показывают, что технология децентрализованного сервопривода экономит пространство в сочетании с технологией однокабельного подключения между двигателем и контроллером. Преимущества включают в себя меньшие размеры кабельных лотков, более легкие тяговые цепи и большую компактность, что обеспечивает большую свободу проектирования при разработке новых машин. Суть в том, что это позволяет заводам-изготовителям создавать новые машины из уже разработанных модулей, что повышает эффективность проектирования.

Второй способ децентрализации — это использование гибридно-интегрированного решения. Это комбинированные блоки управления двигателем и сервоприводом без необходимости во внешней проводке. Однако этот так называемый “контрейлерный” подход имеет тот недостаток, что привод замедляется при повышении температуры окружающей среды.

Чем выше температура окружающей среды, тем больше снижается производительность привода для самозащиты от перегрева. Это соотношение гарантирует, что двигатели должны быть больше, чем это необходимо в противном случае, чтобы обеспечить требуемую производительность в пределах допустимых температурных пределов для электроники. Типичные задачи сервопривода, такие как быстрое ускорение и замедление во время позиционирования, могут быть особенно сложными при проектировании гибридных решений из-за проблемы эффективного рассеивания тепла.

Однако разделение двигателя и привода на этом этапе предотвращает снижение, присущее конструкции. Это решение обеспечивает основу для двигателей меньшего размера в сочетании с более высокой энергоэффективностью. Кроме того, интегрированные комбинации обычно ориентированы на один тип двигателя, что ограничивает гибкость конструкции машины. Напротив, к децентрализованному сервоприводу может быть подключен любой тип бесщеточного двигателя.

Пример технологии сервопривода для машины для переработки пищевых продуктов помогает прояснить эти взаимосвязи. Процесс начинается с нарезки колбасы и сыра так называемым слайсером. Продукт транспортируется на ленту. Этот процесс заключается не только в транспортировке пачки колбасных изделий из пункта А в пункт В, но и в транспортировке их в виде четко очерченной черепицы. Необходимость в высокодинамичной одноосевой системе позиционирования очевидна.

Теперь возникает вопрос, как интегрировать необходимые функции управления движением при сохранении центрального управления машиной. Слайсер является хорошим примером, поскольку он представляет собой специфическую децентрализованную ось с высокими требованиями к мощности, которые не могут быть удовлетворены с помощью децентрализованного привода. Основной задачей с точки зрения производства является согласование самых разнообразных функциональных требований для широкого сочетания централизованных и децентрализованных решений.

Привод Kollmorgen AKD-N намеренно ориентирован на использование централизованной платформы AKD. Это обеспечивает соответствующую технологию, позволяющую оптимально подобрать приводное решение для требуемой производительности, предлагаемое благодаря широкому спектру совместимых приводов.

Коллморген | www.kollmorgen.com