Jaka jest sytuacja na rynku napędów elektrycznych? Jakie funkcje i własności napędów są istotne dla użytkowników oraz dostawców takich napędów? Te pytania legły u podstaw ankiety przeprowadzonej ostatnio przez naszą redakcję wśród czytelników?użytkowników i dostawców układów napędowych. Wyniki wraz z szerszą analizą przedstawiamy w niniejszym opracowaniu.
Wykres 1. Najpopularniejsze napędy elektryczne to silniki o mocach od 0,5 do 10 kW
Napędy i silniki to chyba najpopularniejsze urządzenia elektryczne w przemyśle. Bez nich trudno wyobrazić sobie najmniejszą nawet aplikację, w której konieczny jest ruch czy to obrotowy, czy liniowy. Często spotykane są również napędy pracujące w tzw. trybie pozycyjnym, a więc precyzyjne, które realizują określoną drogę kątową lub które przemieszczają obiekty od punktu do punktu.
Coraz większa precyzja, niezawodność i elastyczność nowoczesnych napędów ? to wynik intensywnego rozwoju technik cyfrowych, mikroprocesorowych, sieciowych i informatycznych oraz ich coraz szerszego wykorzystania w sterowaniu napędami, dzięki którym silniki elektryczne mogą zaoferować użytkownikowi całą gamę nowych możliwości funkcjonalnych. To również efekt opracowania i wdrożenia do produkcji silników nowych materiałów konstrukcyjnych.
W obliczu tak szybkich i znaczących zmian w tej ofercie branżowej warto zastanowić się nad jej aktualnym stanem, preferencjami klientów oraz perspektywami na przyszłość.
Dlatego też w maju br. redakcja Control Engineering Polska przeprowadziła badanie wśród swoich czytelników oraz firm działających w branży napędów elektrycznych na rynku polskim.
Wśród grupy czytelników aż 67% jest związanych z branżą napędów, jako pracownicy przedsiębiorstw przemysłowych (inżynier utrzymania ruchu itp.), a więc jako typowy użytkownik napędów, 18% to przedstawiciele firm dobierających i wdrażających napędy w konkretnych aplikacjach, niemal 10% to projektanci i konstruktorzy układów napędowych i wreszcie ok. 5% to sprzedawcy napędów i silników elektrycznych. Niniejszy tekst to analiza wyników wspomnianych ankiet oraz próba porównania preferencji użytkowników i dostawców.
Moc, aplikacje, bezpieczeństwo
Dwa najważniejsze pojęcia kojarzone z napędami elektrycznymi to moc i typ silnika. W tej części skupiono się na pierwszym z nich, poruszając również kwestię najpopularniejszych zastosowań napędów oraz ich bezpieczeństwa. Dla osób zajmujących się na co dzień branżą napędów elektrycznych jest rzeczą oczywistą, iż do najczęściej stosowanych w aplikacjach przemysłowych należą napędy o mocach od 0,5 do 10 kW. Przekonanie to potwierdzają wyniki ankiet, przy czym warto zwrócić uwagę na znaczący udział również silników o mocach do 100 i 500 kW. Szczegóły pokazano na wykresie 1.
Napędy te stosowane są w różnego rodzaju aplikacjach. Ich zestawienie na podstawie wyników ankiet użytkowników i dostawców przedstawiono na wykresie 2.
Wykres 2. Najważniejsze i najczęstsze aplikacje to układy przeniesienia napędu i taśmociągi
Z naszego badania opinii użytkowników wynika, iż najważniejsze aplikacje to układy przeniesienia napędu i taśmociągi, o których wspomina odpowiednio niemal 81% i 67% respondentów. Wymagają one napędów o wysokim stopniu niezawodności i bezpieczeństwa pracy. Kolejne ważne zastosowania to wentylacja (66% ankietowanych) i odpylanie (30% ankietowanych) pomieszczeń i hal produkcyjnych. Od silników do takichaplikacji wymagana jest szczególna odporność na zabrudzenia oraz inne czynniki atmosferyczne lub środowiskowe. Następne popularne zastosowania to systemy transportowe (windy, podnośniki), a więc napędy o dużym momencie i precyzyjnym sterowaniu prędkością i pozycją (przy hamowaniu). W ocenie dostawców sytuacja wygląda nieco inaczej. Ponad 66% z nich wskazuje, iż dostarczane przez nich silniki znajdują zastosowanie w pompach, układach serwonapędowych i nawijarkach. Kolejne 58% to aplikacje w układach wentylacyjnych, 41% na taśmociągach, 33% w układach przeniesienia napędu i 25% w systemach transportowych. W niektórych obszarach aplikacyjnych widać więc istotne różnice w cenie użytkowników i dostawców systemów napędowych.
W komentarzach dostawców pojawiają się głosy stwierdzające, że zwiększył się popyt na precyzyjnie sterowane i dynamiczne silniki. ? W dobie nieustannego nacisku na wzrost wydajności produkcji stosowanie szybkich, precyzyjnych i niezawodnych napędów elektrycznych staje się niemal koniecznością. W ostatnich miesiącach obserwujmy wzmożone zapotrzebowanie na napędy elektryczne, w szczególności na silniki serwo, które oprócz zapewnienia dużej dynamiki i precyzji ruchu umożliwiają również łatwe przeprogramowanie układu i elastyczne dopasowanie urządzenia do zmieniającego się profilu produkcji ? stwierdza Zbigniew Chudzik, projekt manager firmy Festo sp. z o.o.
Być może stąd tak duże znaczenie serwonapędów w wynikach ankiety dostawców sprzedających nowe produkty, a mniejsze wśród użytkowników, którzy już korzystają z określonego typu napędów w swoich aplikacjach.
Wykres 3. Ranking najpopularniejszych typów silników elektrycznych wygrywają maszyny asynchroniczne
Wspomniano już wcześniej o bezpieczeństwie pracy napędów. Jest to kwestia niezwykle istotna z punktu widzenia użytkownika. W ostatnich latach w ofercie dostawców przemysłowych systemów automatyki pojawiły się urządzenia umożliwiające integrację z nimi systemów bezpieczeństwa maszyn i urządzeń. Okazuje się, że z tej nowości w znaczącym stopniu korzystają również użytkownicy napędów elektrycznych. Wśród ankietowanych aż ponad 54% z nich już stosuje takie nowoczesne systemy bezpieczeństwa, bazujące na wykorzystaniu integracji z sieciami przemysłowymi i/lub automatyki przemysłowej, a kolejne niemal 20% deklaruje zamiar wdrożenia takich rozwiązań.
Warto wspomnieć, iż rozwiązania sieciowe, nie tylko bezpieczeństwa, to coraz częstszy wymóg w systemach napędowych. ? Coraz większą rolę na rynku napędów odgrywa możliwość komunikacji napędów z sieciami przemysłowymi ? zaznacza Roman Dziaduch z firmy Rockwell Automation.
Taka komunikacja pozwala m.in. na bardziej zaawansowaną kontrolę napędów oraz diagnostykę ich podstawowych parametrów pracy, jak również przesyłanie danych o pracy napędów do systemów SCADA i innych.
Sterowanie prędkością i rozruchem
W branży napędów elektrycznych występuje wiele typów silników, grupowanych z uwzględnieniem konstrukcji i własności napędowych. Respondenci obu ankiet zostali poproszeni zatem o wskazanie, jakie typy silników stosowane są najczęściej w ich aplikacjach. Wyniki przedstawiono na wykresie 3.
Jak należało spodziewać się, oczywiście najpopularniejsze silniki to maszyny asynchroniczne. Ciekawym wynikiem jest druga pozycja w rankingu popularności (ankieta użytkowników) silników krokowych, a więc pracujących w trybie wykonania określonej drogi kątowej lubliniowej, czyli zadań realizowanych przez nowoczesne serwomechanizmy ze sterownikami cyfrowymi.
Zastosowanie tych ostatnich deklaruje niemal 62% ankietowanych, przy czym aż dla 43% z nich serwonapędy to jedynie 1/10 ogólnej liczby napędów w zakładzie. Serwonapędy to układy bardziej precyzyjne i elastyczne od silników krokowych, jednak znacznie od nich droższe i stąd prawdopodobnie mniejsza ich popularność wśród użytkowników.
Wykres 4. Stosowanie silników z regulowaną prędkością deklaruje niemal 83% ankietowanych, przy czym u każdego z nich różny jest ich odsetek, w stosunku do całkowitej liczby napędów stosowanych w zakładzie
Jak już wspomniano wcześniej, sytuacja ta zmienia się i dostawcy sygnalizują wzmożone zainteresowanie odbiorców ofertą układów serwonapędowych. ? Warto pamiętać o serwonapędach, które w zakresie szybkości i dokładności pozycjonowania osi przewyższają swoimi możliwościami klasyczne układy napędowe ? podkreśla Grzegorz Faracik, specjalista ds. systemów sterowania w firmie ASTOR sp. z o.o., dystrybuującej urządzenia firmy GE Fanuc. ? Serwonapędy wykonywane są na mniejsze moce, za to jednym z kluczowych parametrów jest mała bezwładność silnika. Dzięki temu można osiągnąć wyższą dynamikę pracy i zarazem wyższą wydajność maszyny.
? Wysoka dynamika i trwałość serwonapędów to kluczowe parametry, na które szczególną uwagę zwraca firma GE Fanuc. ? podkreśla Faracik.
Tylko nieco ponad 6% ankietowanych korzysta z napędów prądu stałego. Nieco odmienna sytuacja pojawia się w ocenie dostawców. Tu również dominującą pozycję zajmują silniki asynchroniczne, ale na drugim miejscu pojawiają się silniki bezszczotkowe, aż z 50% udziałem w sprzedaży. Są one podstawowym typem silników stosowanym w nowoczesnych serwonapędach.
Ważną cechą układów napędowych jest możliwość regulacji ich prędkości obrotowej. Stosowanie silników z taką funkcją deklaruje niemal 83% ankietowanych, przy czym u każdego z nich różny jest ich odsetek w stosunku do całkowitej liczby napędów stosowanych w zakładzie. Wyniki szczegółowe pokazano na wykresie 4.
Warto pokreślić, iż do zmian prędkości obrotowej mogą być wykorzystane również przekładnie mechaniczne, które według wyników naszej ankiety stosuje ponad 88% użytkowników.
Wykres 5. Największy odsetek ? 15-17% zakładów ? stosuje u siebie nieco ponad połowę napędów z falownikami, w stosunku do ich ogólnej liczby
Ciekawe są również wyniki dotyczące liczby stosowanych napędów wyposażonych w falowniki. Podobnie jak wcześniej dla każdego z ankietowanych liczbę tę odniesiono do ogólnej liczby wszystkich napędów stosowanych w zakładzie. Wyniki zaprezentowano w formie graficznej na wykresie 5.
Jak widać, największy odsetek: 15-17% zakładów, stosuje u siebie nieco ponad połowę napędów z falownikami, w stosunku do ich ogólnej liczby. Co ciekawe ankietowani przez nas dostawcy w większości dostarczają silniki bez falowników. Prawdopodobnie silniki i falowniki sprzedawane są oddzielnie, zaś użytkownicy postrzegają je jako jeden układ napędowy i stąd ta rozbieżność. Można więc sądzić, że użytkownicy zaopatrują się w napędy i falowniki u różnych firm i dostawców, między innymi u tych, którzy nie odpowiedzieli na naszą ankietę.
We współczesnych, zwłaszcza dużych napędach, zaleca się stosowanie układów bezpiecznego rozruchu, tzw. softstartów. Dzięki nim ograniczony jest niekorzystny wpływ dużych prądów rozruchowych silników na sieć zasilającą, a więc i na inne odbiorniki znajdujące się w zakładzie przemysłowym. Zagadnienie to dotyczy niezwykle istotnej i coraz częściej podnoszonej kwestii jakości energii elektrycznej. Stosowanie takich układów w swoich aplikacjach deklaruje prawie 63% ankietowanych.
Najważniejsze: niezawodność i koszty
O wyborze typu i konfiguracji napędu do konkretnej aplikacji decyduje wiele czynników zarówno technologicznych i jakościowych, jak również związanych z łatwością obsługi i kosztami eksploatacji. Według ankietowanych przez naszą redakcję użytkowników do najważniejszych z nich należą niezawodność napędu (ponad 84%) oraz koszty jego zakupu i późniejszej eksploatacji (ponad 70%). W przypadku oceny ze strony dostawców klienci najczęściej podejmują decyzję o zakupie napędu, opierając się na ocenie jego niezawodności (niemal 67%), a następnie funkcji regulacji prędkości oraz sprawności serwisu i wsparcia technicznego (odpowiednio po 50%). Szczegóły wyników zarówno dla użytkowników, jak i dostawców, zaprezentowano na wykresie 6.
Wykres 6. Czynniki decydujące w największym stopniu o wyborze napędu to jego niezawodność, cena i koszty eksploatacj
Widać wyraźnie, że oprócz dwóch wspomnianych wcześniej czynników, również wśród użytkowników duże znaczenie ma dobre wsparcie techniczne zestrony dostawców oraz kwestie związane z funkcjonalnością napędów (regulacja i stabilność prędkości obrotowej, prostota obsługi). Niestety, jeszcze niewielu ankietowanych wskazuje na kwestie związane z jakością energii, a więc możliwym nieprawidłowym oddziaływaniem układu napędowego na sieć zasilającą ? tylko niecałe 25% respondentów wśród użytkowników. Jeszcze gorzej sytuacja przedstawia się w ocenie dostawców, którzy w ogóle nie wspominają o tym aspekcie, jako istotnym czynniku wyboru napędu dla ich klientów. Pojawia się tu więc pole do działania wśród samych dostawców, ośrodków szkoleniowych i uczelni technicznych, które powinny zintensyfikować wysiłki na rzecz popularyzacji wiedzy związanej ze zjawiskami zachodzącymi w sieciach zasilania oraz metodami ich redukcji.
Zadowalająco, choć nie bardzo dobrze wypadła ocena ankietowanych dotycząca serwisu i wsparcia technicznego ze strony dostawców (szczegóły ? patrz wykres 7.).
Wykres 7. Wsparcie techniczne zdecydowana większość ? około 78%, oceniła jako średnią i dobrą
Bardzo dobrze oceniło ją jedynie nieco ponad 5% naszych respondentów. Zdecydowana większość ? około 78%, wystawia ocenę średnią i dobrą. Jak już wspomniano, wynik ten można uznać za zadowalający, warto jednak, by dostawcy systemów napędowych poprawili funkcjonowanie sfery serwisowej tak, by zdecydowanie większy odsetek klientów mógł ocenić je jako bardzo dobre.
Przyszłość ? stabilizacja rynku
W ankiecie znalazło się również kilka pytań dotyczących przyszłych działań użytkowników i dostawców w sferze napędów elektrycznych. Ocena uzyskanych w tej części wyników wyraźnie wskazuje na stabilizację sytuacji rynkowej tejbranży. Choć wszyscy ankietowani dostawcy systemów napędowych odnotowują wzrostową tendencję sprzedaży, to jednak aż połowa z nich ocenia ją na poziomie 20% rocznie. Szczegółowy rozkład procentowy pokazano na wykresie 8.
Wykres 8. Sytuacja na rynku napędów elektrycznych jest stabilna, z niewielką tendencją wzrostową
Spośród ankietowanych przez nas użytkowników systemów napędowych w najbliższym czasie nieco ponad 42% przewiduje działania związane z zakupem lub rozbudową systemów napędowych w swoich zakładach, a 34% wymianę nieekonomicznych, przestarzałych napędów elektrycznych (dążenie do redukcji zużycia energii ? poprawa wskaźnika sprawności napędów). Wyniki te wskazują, że większość klientów i użytkowników systemów zainstalowało już takie napędy, które spełniają ich wymagania i nie zamierzają ponosić nowych, dodatkowych kosztów związanych np. z pojawieniem się nowych układów napędowych o nieco lepszych parametrach czy wydajności energetycznej. Rynek napędów stabilizuje się więc i w najbliższym czasie nie należy spodziewać się na nim żadnych większych ruchów czy zmian, chyba że spowodują je planowane w Polsce nowe inwestycje. Jeżeli pojawią się nowi inwestorzy, klienci budujący od podstaw swoje przedsiębiorstwa, zwiększyć powinien się popyt na nowoczesne układy napędowe, co zapewne jest dobrą wiadomością dla ich dostawców i producentów.
Czy taka dobra koniunktura wystąpi ? czas pokaże. Nasza redakcja będzie obserwować zmiany w tej branży i na pewno podzieli się nimi z czytelnikami.
PRODUKTY
Napędy ACOPOSmulti
ACOPOSmulti jest kontynuacją sprawdzonej serii serwonapędów ACOPOS firmy B&R. Oferuje najwyższą wydajność dla wieloosiowych maszyn, które są powszechnie używane w przemyśle tworzyw sztucznych, pakującym, poligraficznym i tekstylnym. Względy środowiskowe były główną motywacją do ograniczenia zużycia energii.
ACOPOSmulti nie marnuje mocy w szafie elektrycznej. Dostępny jest zarówno przelotowy radiator w IP65, umożliwiający przepływ ciepła na zewnątrz szafy elektrycznej oraz wariant ?zimnej płyty? wykorzystywany do połączenie z obiegiem systemu chłodzenia (woda, olej). Te rozwiązania eliminują konieczność zastosowania kontroli klimatu w szafie elektrycznej.
Wszystkie moduły zasilania mogą zwracać energię do sieci. Zamiast zamieniać energię kinetyczną ? wytwarzaną podczas hamowania ? w ciepło, jest ona zamieniana w energię elektryczną i zwracana do sieci. Mechanizm ?korekcji współczynnika mocy? redukuje moc przyłączeniową, (pobierana jest tylko moc czynna), a w szczególności pobór prądu przez maszynę (w przybliżeniu dwukrotnie).
ACOPOSmulti ma zintegrowane zasilanie 24 V dla napędów i innych urządzeń (PLC, PC). Gwarantuje to przewidywalne zachowanie maszyny w przypadku utraty zasilania (funkcjonalność kontrolowanego zatrzymania).
Po prostu podłącz do płyty montażowej i zamocuj dwoma śrubami. W taki sposób realizuje się połączenie z modułem zasilania. Wraz z połączeniem magistrali DC i 24 V, również połączenie przewodu ochronnego jest realizowane poprzez system szynowy.
System bezpieczeństwa ACOPOSmulti jest oparty na ETHERNET Powerlink Safety i obejmuje następujące funkcje Kat. 3, EN 954-1:
-
niekontrolowane i kontrolowane zatrzymanie,
-
bezpieczny zatrzymanie i przerwanie pracy,
-
bezpieczny ograniczony kąt ruchu oraz bezpieczna ograniczona bezwzględna pozycja,
-
bezpieczna ograniczona prędkość,
-
bezpieczny kierunek obrotu,
-
bezpieczne blokowanie restartu oraz bezpieczne wyjście na hamulec silnika.
B&R Automatyka Przemysłowa sp. z o.o.
www.br-automation.com
Przetwornice częstotliwości Danfoss
Przetwornice częstotliwości Danfoss VLT? to gwarancja najnowszej technologii i niezawodności, to najwyższy standard napędów przemysłowych.
VLT? AutomationDrive to nowa generacja przetwornic częstotliwości o unikalnej modułowej konfiguracji i bogatym oprogramowaniu. Dedykowane są dla wielu zastosowań: podajniki, transportery, układy dźwigowe, mieszadła, nawijarki ? automatyzacja linii technologicznych w przemyśle.
VLT?HVAC Drive oraz VLT? AQUA Drive to napędy specjalizowane pod kątem aplikacyjnym, dedykowane dla zastosowań w ciepłownictwie, wentylacji i gospodarce wodno- sciekowej. Wykorzystują zaawansowaną technologię energooszczędnej 
regulacji AEO oraz system ?kaskady pomp Master-Slave?. Pozwalają na znaczące obniżenie zużycia energii i kosztów eksploatacji.
Ofertę uzupełnia VLT? Micro Drive,niewielki napęd o niezwykłych możliwościach, spełniający w zakresie małych mocy (do 7,5 kW) ostre wymagania oczekiwane przez wszystkich użytkowników.
Cała oferta obejmuje moc: od 0,18 kW do 630 kW, napięcia: 200 V; 400 V; 500 V; 690 V, a już wkrótce Danfoss rozszerzy zakres oferty, aż do mocy ok. 1,2 MW.
www.danfoss.pl/napedy
Przetwornice częstotliwości TECO
Nieustannie rosnące wymagania klientów w stosunku do przetwornic częstotliwości wymogły na projektantach firmy TECO stworzenie nowych, zintegrowanych ze sterownikiem napędów serii CV7300.
Mają one wbudowany sterownik programowany, umożliwiający programowanie drabinkowe z użyciem między innymi bloków: komparatorów, liczników, timerów oraz regulatora PID. Dostępne są w zakresie od 0,37 kW do 75 kW. Ich zwarta, kompaktowa budowa, niska cena, 3 tryby sterowania oraz niezawodność sprawiają, że są idealnym rozwiązaniem dla globalnych producentów maszyn, jak i dla użytkowników końcowych; na przykład do regulacji prędkości: przenośników, pomp, obrabiarek, dźwigów, wentylatorów.
INTROL sp. z o.o.
systemyautomatyki@introl.pl
Dziękujemy firmom: Astor sp. z o.o.,
B&R Automatyka Przemysłowa sp. z o.o.;
Bosch Rextroth sp. z o.o., Danofoss sp. z o.o.,
Festo sp. z o.o., Introl sp. z o. o.,
Lenze sp. z o.o., MPL Technology sp. z o.o.,
Multiprojekt, RA Controls sp. z o.o.,
Rockwell Automation sp. z o.o.,
Schneider Electric sp. z o.o. za pomoc
w analizie rynku napędów
i układów napędowych.
