Effektivitet og bæredygtighed i industrien med bevægelses- og styringsløsninger

Figur 1: Vandpumper i et stort kraftværk. (Billedkilde: Shutterstock)

I lyset af de miljømæssige udfordringer og behovet for bæredygtig elektronik søger industrier over hele verden løsninger til at optimere deres drift og minimere deres CO2-fodaftryk. Uanset branchen er der behov for at styre processer for at sænke energiforbruget, minimere spild og maksimere produktionen.

Bevægelses- og styreprodukter arbejder sammen om at styre bevægelse, hastighed og position af mekaniske elementer i elektroniske applikationer. Disse produkter er designet til at give præcis, effektiv og pålidelig styring af forskellige aspekter af bevægelse, så maskiner og udstyr kan udføre deres funktioner med optimal ydeevne og minimale fejl.

DigiKey, en global distributør af elektroniske komponenter, tilbyder et bredt udvalg af bevægelses- og styreprodukter fra flere leverandører, så kunderne kan forbedre bæredygtigheden og effektiviteten af deres automatiserede systemer.

Kernekomponenter i bevægelses- og styresystemer

Kernen i bevægelses- og styringsløsninger er elektriske motorer, der fungerer som det primære middel til at omdanne elektrisk energi til mekanisk energi. Der er flere typer, som bruges i applikationer, hver med unikke egenskaber og fordele. For eksempel er AC-motorer kendt for deres holdbarhed, effektivitet og evne til at arbejde ved høje hastigheder, hvilket gør dem velegnede til brug i industrimaskiner, HVAC-systemer og andre anvendelser, hvor pålidelig, langsigtet ydeevne er afgørende. På den anden side giver DC-motorer fremragende moment- og hastighedskontrol, hvilket gør dem velegnede til applikationer, der kræver præcis bevægelse, som f.eks. robotteknologi og bilsystemer. Trinmotorer giver meget nøjagtig positionering og bruges i 3D-printere, CNC-maskiner og andre enheder, der kræver præcis, trinvis bevægelse. Servomotorer med deres hurtige reaktionstider og høje drejningsmoment anvendes i applikationer, der kræver hurtige og præcise bevægelser, f.eks. i luft- og rumfartssystemer.

For effektivt at styre og regulere driften af motorer er bevægelses- og styringsløsninger afhængige af en række drev og styringer. Frekvensomformere (VFD'er) bruges til at styre vekselstrømsmotorers hastighed og drejningsmoment, hvilket giver en jævn og effektiv drift og energibesparelser. Servodrev, der er specielt designet til servomotorer, giver lukket kredsløbskontrol og muliggør meget præcis positionering og bevægelse. Bevægelseskontrollere, der kan håndtere flere bevægelsesakser samtidigt, bruges i komplekse applikationer, hvor de koordinerer og synkroniserer bevægelsen af forskellige komponenter for at opnå en jævn og præcis drift.

Aktuatorer spiller også en afgørende rolle i bevægelses- og styresystemer, da de er ansvarlige for at omdanne energi til bevægelse og give kraft til at bevæge mekaniske komponenter. Hydrauliske aktuatorer er kendt for deres høje kraftoutput og evne til at håndtere tunge belastninger og bruges i entreprenørmaskiner, industrimaskiner osv. hvor der er brug for rå kraft. Pneumatiske aktuatorer, som er afhængige af trykluft for at generere bevægelse og give hurtige reaktionstider, bruges i applikationer, der involverer hurtige, gentagne bevægelser, som f.eks. emballage og samlebånd. Elektriske aktuatorer, herunder lineære og roterende typer, giver præcis kontrol i applikationer som medicinsk udstyr, biludstyr og udstyr til rumfart.

Figur 2: Robotsensor-kamerasystem i en smart fabrik. (Billedkilde: Shutterstock)

Sensorer, feedback-enheder og styresystemer

For at sikre, at bevægelses- og styresystemer fungerer med den højeste grad af nøjagtighed og pålidelighed, bruges sensorer og feedback-enheder til at overvåge og måle forskellige aspekter af bevægelse. Positionssensorer, som f.eks. lineære og roterende potentiometre, giver realtidsdata om den nøjagtige placering af mekaniske elementer, hvilket giver mulighed for præcis positionering og sporing. Enkodere, såsom inkrementelle og absolutte, bruges til at bestemme vinkelpositionen og hastigheden på roterende aksler, hvilket muliggør nøjagtig hastigheds- og positionskontrol. Resolvere, der ligner enkodere, men er designet til brug i barske miljøer, giver også høj nøjagtighed og pålidelighed i følsomme applikationer.

Alle disse komponenter bindes sammen af styresystemerne, der orkestrerer og styrer den overordnede drift af bevægelses- og styreløsninger. Programmerbare logiske controllere (PLC'er), robuste industricomputere designet til styring og automatisering, håndterer flere input- og outputsignaler samtidigt i fabriksautomatisering, processtyring og andre applikationer. Industrielle pc'er, som tilbyder større fleksibilitet og processorkraft end PLC'er, bruges ofte sammen med avanceret bevægelsesstyringssoftware til at simulere bevægelsesstyringsalgoritmer i komplekse, fleraksede systemer.

Bevægelses- og styrekomponenter i industrielle applikationer

Bevægelses- og styringsløsninger er afgørende for at forbedre effektiviteten, nøjagtigheden og produktiviteten i en lang række industrielle processer. De styrer f.eks. udstyr som robotarme og værktøjsmaskiner for at forbedre den industrielle drift og minimere fejl. På bilfabrikker og lagre koordinerer bevægelses- og styresystemer bevægelsen af industrirobotter, samarbejdende robotter (cobots) og autonome mobile robotter (AMR'er) for at udføre opgaver som håndtering, samling og inspektion. På samme måde bruges bevægelses- og styringsløsninger i industriel emballage til at plukke og transportere emner som kasser og paller ved hjælp af transportsystemer, sorteringsmaskiner og automatiserede lager- og hentesystemer (AS/RS).

I den medicinske sektor former bevægelses- og styresystemer den måde, hvorpå sundhedsydelser leveres og forskning udføres. De muliggør præcis positionering, dosering og automatisering i medicinsk udstyr som f.eks. kirurgiske robotter, diagnostiske billedsystemer og laboratorieinstrumenter. For eksempel kan kirurgiske robotter, der er udstyret med bevægelses- og styrekomponenter, udføre procedurer med nøjagtighed og minimal invasivitet, hvilket reducerer patientens restitutionstid og forbedrer de samlede resultater. Automatiserede væskehåndteringssystemer i farmaceutiske forskningslaboratorier bruger også bevægelses- og styresystemer til nøjagtigt at dosere og blande reagenser, hvilket strømliner processen med at opdage lægemidler og fremskynder udviklingen af nye terapier.

Luftfarts- og forsvarsindustrien er også afhængig af præcise bevægelses- og styringsløsninger til missionskritiske applikationer som satellitpositionering, flystyringssystemer og missilstyring. I disse sektorer kan selv den mindste afvigelse fra den tilsigtede bevægelse eller position få katastrofale følger. Bevægelses- og styreteknologier sikrer, at disse systemer fungerer med enestående nøjagtighed og pålidelighed, så satellitter kan holde sig i kredsløb, fly kan flyve sikkert, og missiler kan nå deres mål. Desuden muliggør disse løsninger udvikling og afprøvning af nye luftfarts- og forsvarsteknologier, så ingeniører kan simulere og validere komplekse systemer, før de implementeres i marken.

Forståelse af DigiKeys strategi med flere leverandører

Ved at samarbejde med flere leverandører sikrer DigiKey, at ingeniører og systemdesignere har adgang til et bredt udvalg af produkter. Denne strategi øger ikke kun produktudvalget, men forbedrer også tilgængeligheden, fremmer konkurrencedygtige priser og giver adgang til et væld af teknisk ekspertise. En klar fordel ved DigiKeys tilgang med flere leverandører er muligheden for at imødekomme en lang række industrielle krav. Uanset om det er en kompakt stepmotor til præcisionsinstrumentering eller et servodrev med højt drejningsmoment til krævende automatisering, tilbyder DigiKey en løsning til alle anvendelser. Denne mangfoldighed gør det muligt for ingeniører at finde de bedst egnede produkter til deres specifikke behov, som kan optimere systemets samlede ydeevne og effektivitet. Ved at købe ind fra flere leverandører minimerer DigiKey desuden risikoen for afbrydelser i forsyningskæden - når en producent oplever produktionsproblemer eller forsinkelser, kan der skaffes alternative produkter fra andre leverandører, hvilket sikrer en pålidelig og ensartet forsyning til kunderne. Denne modstandsdygtighed gør hele forskellen i industrianlæg, hvor selv minimal nedetid kan have en betydelig indvirkning på ressourcer, budgetter og drift.

Avancerede bevægelses- og styreprodukter fra branchens førende virksomheder

DigiKeys partnerskaber med førende producenter som Schneider Electric, Siemens og Omron viser virksomhedens engagement i kvalitet og innovation. Disse industrigiganter er kendt for deres banebrydende bevægelses- og styringsløsninger, som indeholder avancerede funktioner og teknologier, der fremmer effektivitet og bæredygtighed.

Schneider Electrics Altivar™ Soft Starter ATS480 (figur 3) bygger på start/stop-ydelsen fra tidligere versioner for yderligere at forlænge udstyrets levetid og maksimere applikationens tilgængelighed i krævende miljøer. Altivar 212 VSD giver maksimal brugervenlighed og sikkerhed for systemintegratorer og slutbrugere i HVAC-systemer, hvilket sparer energi og forbedrer bygningens komfort og styring. På samme måde giver ATV320 VFD’er sikkerhed, pålidelighed og enkelhed i kompakte formfaktorer til forenklet installation og effektiv brug af plads.

Figur 3: Schneider Electric Altivar™ Soft Starter ATS480. (Billedkilde: Schneider Electric)

Schneider Electrics Easy TeSys-serien omfatter manuelle motorstartere med magnetisk beskyttelse ved 13 gange den maksimale indstilling, termiske overbelastningsrelæer med skrueklemmeforbindelser og 3-polede kontaktorer med en levetid på cirka en million elektriske operationer. Disse enheder er designet til at skifte og beskytte almindelige motorapplikationer. TeSys™ ø-kommunikerende motorstartere eliminerer styringsledninger og PLC IO med et enkelt båndkabelklik og giver adgang til data via industrielle kommunikationsprotokoller.

Siemens' SINAMICS V20-drev er med deres kompakte, robuste og hårdføre design ideelle til brug i en række grundlæggende drevapplikationer i proces- og produktionsanlæg. Desuden forhindrer SIRIUS 3RA23-seriens reversibel kontaktorenheder ledningsfejl i hoved- og styrekredsløbene. Controls SIRIUS-kontaktorer tilbyder fleksible muligheder for at skifte elektriske belastninger med valg af konventionelle og solid-state betjeningsmekanismer.

Omrons MX2-serien af variable frekvensomformere tilbyder avanceret motor- og maskinstyring ved hjælp af VFD-teknologi til præcis drift, energibesparelser og fejlbeskyttelse. Med deres avancerede design og algoritmer giver MX2 en jævn styring ned til nul hastighed og mulighed for drejningsmomentstyring i åben sløjfe.

Figur 4: Schneider Electric TeSys termisk overbelastningsrelæ. (Billedkilde: Schneider Electric)

Forbedring af bæredygtigheden i en automatiseret produktionslinje

For at illustrere bevægelses- og styringsteknologiernes indvirkning på bæredygtigheden kan vi tage udgangspunkt i en automatiseret produktionslinje på et produktionsanlæg. Fra præcis styring af transportbåndets hastighed og pakkemaskinens motorer til integration af robotarme og implementering af sikkerhedssystemer gør disse komponenter det muligt for producenterne at nå deres mål om at minimere energiforbrug og spild, samtidig med at de sikrer en sikker og pålidelig drift:

Transportørsystemer: I den automatiserede produktionslinje spiller transportørsystemer en vigtig rolle i transporten af materialer og produkter mellem de forskellige trin i fremstillingsprocessen. Ved at indbygge Schneider Electrics Altivar 212 VSD eller Omron MX2-serien VFD kan hastigheden på transportbåndets motorer styres, så den passer til den ønskede produktionshastighed. Ved at sikre, at transportbåndet kører med optimal hastighed, er energiforbruget lavere, og der er mindre slitage på de mekaniske komponenter. Derudover giver softstartere som Schneider Electrics Altivar™ Soft Starter ATS480 jævn start og stop af transportbåndets motorer, hvilket reducerer den mekaniske belastning og forlænger udstyrets levetid.

Emballeringsmaskiner: Pakkemaskiner er en integreret del af den automatiserede produktionslinje, der er ansvarlig for indpakning, forsegling og mærkning af produkter. Disse maskiner kræver ofte præcis styring af motorens hastighed og drejningsmoment for at sikre ensartet og præcis emballering. Ved at integrere Schneider Electrics ATV320 VFD'er kan pakkemaskinens motorer styres med høj præcision, hvilket forbedrer systemets samlede ydeevne og energieffektivitet.

Robotarme: Robotarme bruges i vid udstrækning i automatiserede produktionslinjer til opgaver som materialehåndtering, montering og kvalitetsinspektion. Disse værktøjer kræver præcis styring af flere bevægelsesakser for at kunne udføre deres opgaver præcist og effektivt. Schneider Electrics TeSys ø-kommunikerende motorstartere giver kontrol over robotarmens motorer. Ved at undgå behovet for kompleks ledningsføring og PLC IO muliggør TeSys-øen også hurtigere installation og nem konfiguration af robotarmens styresystem. Den indbyggede digitale grænseflade og det smarte konfigurationsværktøj forenkler idriftsættelse og justering, mens muligheden for at få adgang til kritiske data via kommunikationsprotokoller giver mulighed for fjernovervågning og forebyggende vedligeholdelse.

Pumper og ventilatorer: Pumper og ventilatorer er vigtige i forskellige aspekter af en automatiseret produktionslinje, f.eks. kølesystemer, hydrauliske enheder og ventilationssystemer. Optimering af disse komponenters ydeevne kan sænke energiforbruget og sikre maksimal oppetid. Siemens' SINAMICS V20-drev er med deres kompakte, robuste design velegnede til styring af pumper og ventilatorer i industrielle miljøer. SINAMICS V20 drev tilbyder forskellige funktioner, herunder PID-styring, multi-pumpestyring og energibesparende tilstande.

Sikkerhedssystemer: Det er yderst vigtigt at sørge for personalets og udstyrets sikkerhed i produktionsanlæg. Med sikkerhedsklassificerede kontaktorenheder kan produktionslinjer opnå et højt sikkerhedsniveau, hvilket reducerer risikoen for ulykker og nedetid. Siemens' SIRIUS 3Ra23-serien reversibel kontaktorenheder kan implementere sikkerhedsfunktioner i motorstyringssystemet. Disse enheder integreres problemfrit i funktionelle sikkerhedssystemer i henhold til internationale standarder som IEC 61508 og ISO 13849-1. De integrerede mekaniske og elektriske låsefunktioner i 3RA23-serien forhindrer også ledningsfejl og sørger for sikker drift af reverserende motorkredsløb.

Figur 5: Smarte industrielle robotarme til digital fabriksproduktion. (Billedkilde: Shutterstock)

Konklusion

Avancerede bevægelses- og styringsløsninger er vigtige drivkræfter for effektivitet og bæredygtighed i en lang række industrier. Ved at integrere disse teknologier i automatiserede produktionslinjer kan producenterne forbedre driftseffektiviteten, reducere energiforbruget, minimere materialespild og forlænge udstyrets levetid. DigiKey's portefølje af produkter fra flere leverandører gør det muligt for ingeniører og designere at skabe systemer, der leverer høj ydeevne og samtidig er miljøvenlige. DigiKey tilbyder en platform, hvor ingeniører kan udforske, sammenligne og anskaffe de bedst egnede bevægelses- og styringsprodukter til deres applikationer.