Wszechobecne „serwo” zwiększają elastyczność projektów

Podczas gdy serwosilniki są z powodzeniem adaptowane do różnych zastosowań w rozmaitych gałęziach przemysłu, producenci naciskają na zwiększenie ich elastyczności. Serwosilniki w standardowych, zwartych obudowach zapewniają często wyrafinowane sterowanie ruchem, w szerokich zakresach momentu obrotowego. Są również oferowane w obudowach odpornych na zakłócenia elektromagnetyczne oraz zakłócenia od częstotliwości radiowych, wytrzymują działanie różnych szkodliwych substancji stosowanych w przemyśle.

 Tegoroczne trendy dominujące na rynku użytkowników rozpoznano za pomocą mailowo-sieciowej ankiety przeprowadzonej wśród prenumeratorów, których pytano o preferencje w dziedzinie serwosilników. Ankieta została przeprowadzona przez redakcję Control Engineering wspólnie z Reed Research, obie firmy będące częścią „Reed Business Information” (www.reedbusiness.com). W styczniu 2004 r. na ankietę zareagowało 164 respondentów. Najważniejsze wyniki przedstawiamy poniżej.

Fot. Serwosilniki charakteryzują się szeroką gamą cech, które można wykorzystać w różnorodnych aplikacjach.

Wszechobecna natura serwosilników została potwierdzona ankietą, a ich zastosowania zostały wyszczególnione w całej gamie aplikacji. Wśród tych respondentów, którzy zajmują się wybieraniem, rekomendowaniem oraz/lub zakupami serwosilników, jako cztery podstawowe obszary zastosowań wymieniano: linie montażowe – 21% użytkowników (skok z 12% w roku 2003); obrabiarki – 16,8%; maszyny pakujące – 13,8% (to spadek dla każdej kategorii z poziomu 25%) oraz transport i przeładunek materiałów – 11,4% (15% w roku 2003). Inne zastosowania zostały przedstawione na schemacie „zastosowania”. Stosunkowo duża grupa respondentów (19,2%) znalazła się w kategorii „Inne”, co wskazuje na zwiększone zastosowanie tych silników w dziedzinach, w których do tej pory nie były wykorzystywane takich, jak: HVAC (heat, ventilation & air conditioning – ogrzewnictwo, wentylacja i klimatyzacja), sprzet pomiarowowo-meteorologiczny, sterowanie dynamometryczne silnika oraz sterowanie drzwiami więziennymi (jak to się ma do prawdziwego sterowania „celą"?

 

Sprawdzanie sposobu wykorzystanialą

W jaki sposób są używane serwosilniki w obrębie danej aplikacji? Przeprowadzona w tym roku ankieta dowodzi, że 51,9% z zakupionych urządzeń zostało przeznaczonych do nowych aplikacji, przeróbki stanowiły 19,4%, a z kolei wymiany 27,9%. Ta część wyników ankiety była prawie identyczna z wynikami otrzymanymi w roku 2003.

Za wynikami ankiety stoją przyczyny gospodarcze. Zapytany, co sądzi o tym Paul Derstine, dyrektor ds. automatyki w firmie GE Fanuc Automation, stwierdził: – W firmie GE Fanuc również widać większe zastosowanie serwosilników w nowych maszynach niż w modernizowanych. Sytuacja gospodarcza na przestrzeni ostatnich kilku lat spowodowała redukcję wydatków kapitałowych na nowe urządzenia, skłaniając użytkowników końcowych do modernizowania już posiadanych linii i osiągania zysków przez lepsze wykorzystanie istniejącego parku maszynowego. Obecnie zarówno oryginalni producenci sprzętu (OEM – Original Equipment Manufacturer), jak i użytkownicy końcowi mogą odnieść znaczne korzyści z optymalizacji systemu sterowania ruchem.

 

Ethernet idzie na przód

W roku 2004 respondenci ankiety łączyli w sieć 29% serwosilników, w porównaniu z 36% zgłaszanymi w roku 2003. Zaszła również zmiana w preferencjach sieciowych. Zwiększyło się zastosowanie Ethernetu w sieciach z Serwo, który wysunął się na pierwsze miejsce, zajmowane w roku 2003 przez DeviceNet. Wśród respondentów ankiety 56,1% posługuje się obecnie Ethernetem, a 51,1% DeviceNetem. Takiego wyniku można się było spodziewać. W danych z roku 2003 widać było znaczny procent użytkowników, którzy planowali posługiwać się Ethernetem w przyszłości. Liczba przyszłych użytkowników Ethernetu była większa niż liczba użytkowników każdej z pozostałych sieci wymienionych w ankiecie. Trend ten najprawdopodobniej się utrzyma, szczególnie że plany tegorocznych respondentów również wskazują na dominację Ethernetu.

Wśród innych wybieranych obecnie rozwiązań sieciowych znajdują się: SERCOS (39,9%), Profibus (35,9%), Modbus (32,4%), oraz Firewire/IEEE 1394 (5,9%). Ranking ten nie wykazuje żadnych zmian w porównaniu z ubiegłoroczną ankietą.

Popularność zastosowania Ethernetu do sieci serwosilników może być przypadkiem, w którym wolność wyboru użytkowników przewyższy dostępność środków, chyba że producenci serwosilników skorzystają z nadarzającej się okazji.

Według Briana Caseya, dyrektora oddziału Kinetix firmy Rockwell Automation, aktualnie stosunkowo nieduża ilość produktów na rynku serwonapędów posiada wsparcie ethernetowe, a jest to nowa możliwość. W Europie pojawia się na rynku coraz więcej produktów tego typu. Z perspektywy firmy Rockwell Automation standardowa technologia ethernetowa będzie ewoluować w dalszym ciągu i dostarczy rozwiązania odpowiednie dla pewnej części automatyki, na początku do synchronizacji sterownika ze sterownikiem.

– W przypadku unowocześnień takich jak standard IEEE 1588 z większości zalet Ethernetu korzystać będą nawet bardziej wymagające aplikacje sterowania ruchem. W ciągu najbliższych lat spodziewamy się zobaczyć zbieżność sieci ethernetowych dla automatyki ogólnej oraz dla aplikacji sterowania ruchem – dodaje Casey.

 

 Ważna jest charakterystyka działania

Oprogramowanie do ustawiania/dostrajania (setup/tuning) zostało ocenionenajwyżej, otrzymało w roku 2004, podobnie jak w 2003, najwięcej not „bardzo ważne”. Jednakże wysoki, ciągły moment obrotowy oraz wysoki moment obrotowy przy niskiej prędkości w wynikach ankiety z 2004 roku w porównaniu z zanotowanymi w 2003 roku po prostu zamieniły się miejscami drugim i trzecim.

Pomiędzy innymi „bardzo ważnymi” charakterystykami działania respondenci wykazali zdecydowane zainteresowanie silnikami napędu bezpośredniego (które nie potrzebują reduktora prędkości ani przekładni mechanicznej. W roku 2003 możliwość napędu bezpośredniego plasowała się blisko końca listy pożądanych cech, w roku bieżącym przesunęła się w górę, na miejsce piąte.

Według Martina Gertza, dyrektora produktu napędów sterujących i silników w firmie Siemens Energy & Automation, firma Siemens otrzymuje zdecydowanie więcej zapytań dotyczących informacji o silnikach momentowych. Zapytania te przychodzą szczególnie od przemysłu pakującego i plastikowego. Istnieją trzy główne powody, aby pozbyć się przekładni. Po pierwsze, redukuje się luzy, a tym samym osiąga większą precyzję. Po drugie, wyeliminowanie skrzyni przekładniowej redukuje długość elementu, a zatem koszt urządzenia. Mówiąc o silnikach momentowych, należy pamiętać o jednym: jeśli chodzi o sterowanie, reprezentują one bardzo sztywny i zwarty system. Podczas projektowania maszyny użytkownicy muszą zwracać większą uwagę na stronę mechaniczną, przyjmując podejście mechatroniczne.

 

Spełnianie wymogów opakowań spożywczych

Zaprojektowane do pracy w trudnych środowiskach aplikacji pakujących i przenoszących produkty spożywcze (stałe i płynne) silniki dla przemysłu spożywczego Allen-Bradley MP-Series Food Grade Motors pozwalają producentom sprzętu (OEM) na używanie serwosilników o wysokiej wydajności, w celu udoskonalenia osiągów produkcyjnych, uzyskania większej elastyczności maszyn oraz większej precyzji wykonania. Te właśnie serwosilniki charakteryzują się zastosowaniem zaawansowanych technik uszczelniających, jak również przeznaczonych do przemysłu spożywczego niekorozyjnych złączek i powłok, zapewniających ich długą żywotność. Dostępne silniki serii MP, z ciągłym momentem utyku (continuous stall torque) wynoszącym od 1,6 do 19,4 Nm (14–173 lb-in.), są wyposażone w uszczelnienie wału ze specjalną utwardzaną tuleją izolującą, zapewniającą długą trwałość produktu. Złączki IP67 można obracać o 180o bez posługiwania się narzędziami, w celu zapewnienia optymalnej pozycji i bez niebezpieczeństwa uszkodzenia uszczelnienia. Środki smarne przeznaczone dla przemysłu spożywczego oraz odporna na odpady, również przeznaczona dla przemysłu spożywczego, farba epoksydowa pozwalają użytkownikom montować silniki bezpośrednio nad liniami produkcyjnymi, co umożliwia ich wygodne umiejscowienie.

www.rockwellautomation.pl

Rockwell Automation

 

 Bezszczotkowa linia produktów „serwo” powiększa się

Bezszczotkowe serwosilniki BSM serii C oferowane są w mniejszych rozmiarach niż poprzednie modele (niektóre z nich mają wielkość do 2 cali, czyli 50 mm). Silniki te mają również moment obrotowy do 50% wyższy niż produkowane wcześniej. Teraz, dostępne w trzech wielkościach obudowy, silniki serii C zapewniają szczytowy moment obrotowy dochodzący do ok. 90 Nm oraz ciągły moment utyku wynoszący 260 funtów na cal (30 Nm). Prędkości dochodzące do 6000 rpm (obrotów na minutę) są standardem. Silniki te nadają się do całej gamy sterowników łącznie z 115, 230 lub 460 V prądu przemiennego (ac). Dodatkowy, izolujący system zabezpieczający jest w standardzie. Wszystkie silniki spełniają wymogi i standardy UL, CSA oraz CE.

www.baldor.com

Baldor Electric

 

Wprowadzenie serwosilników przekładniowych

Firma Siemens Energy & Automation opracowała nową serię przekładniowych serwosilników 1FK7. Łączą one zalety synchronicznego serwosilnika Siemens 1FK7 CT z montowanymi bezpośrednio przekładniami heikoidalnymi (spiralnymi), przesuwnymi (offset), stożkowymi lub ślimakowymi. Seria serwosilników 1FK7 posiada pełną gamę rodzajów przekładni, stosunków przełożeń, jak również opcji mechanicznego ich montowania. Seria ta poszerza zakres oferowanych przez firmę Siemens silników przekładniowych, pozwalając na stosowanie ich do wszystkich aplikacji.

www.siemens.pl

Siemens Energy & Automation

 

Eliminacja kosztownych produktów na zamówienie

Serwosilniki firmy Kollmorgen AKM mają elektromagnetyczną konstrukcję wyposażoną w globalny zestaw opcji. W standardzie silniki te są dostępne aż w 12 000 wersji, co pozwala użytkownikom na dokładne określenie zastosowania, do jakiego potrzebny będzie dany silnik. Obejmuje to 7 wielkości obudowy, z 25 kombinacjami odlewanych korpusów, 77 standardowych uzwojeń i 19 wzorców montażowych. Serwosilniki AKM zapewniają również różne możliwości podłączania i opcje sprzężenia zwrotnego (feedback), uszczelnienia wału i wbudowane hamulce. Wytwarzają ciągły moment obrotowy w zakresie 0,2–53 Nm i są w stanie osiągać prędkości do 8000 rpm (obrotów na minutę). Silniki są zgodne z UL, cUL, TÜV i mają oznaczenie CE.

www.danahermotion.com

Danaher Motion/Kollmorgen

 

Nowe serwosilniki są kompaktowe i mocne

Firma GE Fanuc wprowadziła nowe serwosilniki Alpha is, które łączą zwartość konstrukcji, moc i wysokie prędkości. Alpha is to serwosilniki o zakresie momentu obrotowego 2–1000 Nm, pracują na napięciu wejściowym zasilania 240 i 440 V prądu przemiennego (ac). Inne oferowane przez nie charakterystyki obejmują: mniejszą wielkość obudowy, zwiększoną prędkość maksymalną oraz szybsze tempo przyspieszania, mniejszą inercję wirnika oraz wyższą rozdzielczość enkodera. Kompaktowy enkoder (Pulsecoder) zapewnia bardzo wysoką rozdzielczość przy standardzie 1 000 000 jednostek/obrót (increments/rev) oraz w opcji dodatkowej 16 000 000 jednostek/obrót.

www.gefanuc.com.pl

GE Fanuc Automation

 

Silniki nowej generacji oferują wysoką prędkość i moment obrotowy

Silniki synchroniczne IndraDyn H firmy Rexroth to zestawy zoptymalizowane do wysokiego momentu obrotowego, bez kompromisu dla wysokich prędkości. Składają się z trójfazowego uzwojenia stojana oraz wirnika magnesu stałego. Wyjątkowo szeroki zakres stałej mocy wyjściowej (osłabienie wzbudzenia), krótki czas osiągania prędkości oraz niska temperatura wirnika sprawiają, że silnik ten jest idealny dla głównych wrzecion (napędów) oraz innych aplikacji o wysokich prędkościach. IndraDyn H może zapewnić moment obrotowy wynoszący aż 6500 Nm oraz osiągać prędkości do 30 000 rpm (obrotów na minutę). Przyspieszenie jest do 2,5 raza szybsze niż w porównywalnych silnikach asynchronicznych. Innowacyjny system chłodzenia, wbudowany w stojan, redukuje koszty, a konstruktorowi maszyny daje maksymalną wydajność chłodzenia.

www.boschrexroth.pl

Bosch Rexroth

 

Małe ekonomiczne serwosilniki

Silniki NT to małe, ekonomiczne serwosilniki, z wysokim przyspieszeniem i bardzo niską inercją. Podobno zastosowana technologia High-motor-slot-fill: and flux focusing (polegająca na ogniskowaniu strumienia indukcji magnetycznej uzwojenia w celu zwiększenia momentu obrotowego) pozwala silnikom NT na wytworzenie o ponad 30% większego momentu obrotowego, przy rozmiarach mniejszych o 20% od konwencjonalnych serwosilników 2- i 3-calowych. Inne zalety tego opatentowanego projektu obejmują niskie utykanie momentu (<1%), zredukowany upływ strumienia oraz mniejsze straty I2R. Wytwarzając ciągły moment obrotowy większy niż 5,6 Nm, ciągły moment obrotowy (ponad 11,2 Nm w szczycie), silniki NT są wyposażone w inkrementalny enkoder o rozdzielczości 2048 lpr (impulsów na obrót). Sześć modeli, które składają się na linię silników NT, można kupić z kołnierzami mocującymi NEMA (23, 34 lub 56) bądź też z kołnierzami mocującymi IEC-72-1.

www.emersonct.com

Emerson Control Techniques

 

Bezszczotkowe serwosilniki odpowiadają wymagającym aplikacjom

Serwosilniki serii SMB podobno łączą wysoko wydajną, segmentową konstrukcję stojana z konkurencyjną ceną i są przeznaczone dla wymagających serwoaplikacji. Ośmiobiegunowa, segmentowa architektura stojana wytwarza wyjątkowo wysokie wartości momentu obrotowego w stosunku do wielkości silnika. Seria SMB jest oferowania w pięciu wielkościach obudowy, począwszy od 60 do 142 mm, i jest dostępna z resolverem, enkoderem kwadraturowym lub urządzeniami sprzężenia zwrotnego o wysokiej rozdzielczości firmy SinCos. Opcje dodatkowe obejmują: zakres ciągłego momentu obrotowego 1,7–19 Nm oraz obudowę o klasie ochrony IP64.

www.parkermotion.com

Parker Hannifin Corp./Compumotor Div.

 

Wyższe napięcie, więcej możliwości

MR-J2 Super (MR-J2S) ac – to linia produktów „serwo”, która obejmuje obecnie pełen zakres modeli 380–480 V ac. Po tym wzbogaceniu serii rodzina produktów pokrywa zakres mocy od 50 W do 55 kW. Obejmuje również standardowe enkodery absolutne o wysokiej rozdzielczości i oparty na Microsoft Windows program do ustawiania – MR Configurator. Opcje sterowania obejmują prędkość analogową, analogowy moment obrotowy oraz pozycję ciągu impulsów (pulse train). Wszystkie silniki są zgodne z Ul oraz CE.

www.mitsubishielectric.com

Mitsubishi Electric

 

Tanie „serwo” jednofazowe

Serwosilniki i napędy Smartstep łatwo się ustawia przez proste regulacje wykonywane na panelu przednim. Zasilane z jednofazowego źródła prądu, silniki Smartstep zapewniają stały moment obrotowy na całym zakresie prędkości oraz chwilowy moment obrotowy, wynoszący 300% ciągłego momentu obrotowego, co zapobiega ześlizgiwaniu się z wysokiego ciągłego obciążenia. Napędy te same „pomagają” w konserwacji oraz w wykrywaniu i usuwaniu usterek, ponieważ wyświetlają numer błędu, który informuje o przyczynie awarii. Napędy charakteryzują się zdolnością automatycznego ustawiania parametrów.

www.omron.pl

Omron Electronics LLC