Fremme effektivitet og bærekraft i bransjer med bevegelses- og styringsløsninger

Figur 1: Vannpumper i et stort kraftverk. (Bildekilde: Shutterstock)

I møte med miljøutfordringer og behovet for bærekraftig elektronikk, er bransjer over hele verden på utkikk etter løsninger som kan optimalisere driften og minimere karbonavtrykket. Uavhengig av den aktuelle bransjen, er det behov for å regulere prosesser slik at energiforbruket kan reduseres, avfallet minimeres og produksjonen maksimeres.

Bevegelses- og styringsprodukter jobber sammen for å håndtere bevegelsen, hastigheten og posisjonen til mekaniske elementer i elektroniske utrustninger. Disse produktene er konstruert for å gi presis, effektiv og pålitelig styring av ulike bevegelsesaspekter, noe som gjør det mulig for maskiner og utstyr å utføre funksjonene sine med optimal ytelse og minimale feil.

DigiKey, en global distributør av elektroniske komponenter, tilbyr et bredt utvalg av produkter for bevegelse og styring fra flere leverandører, slik at kunder kan forbedre bærekraften og virkningsgraden til de automatiserte systemene sine.

Kjernekomponenter i bevegelses- og styringssystemer

Elektriske motorer er kjernen i bevegelses- og styringsløsninger. De fungerer som det primære middelet for å omdanne elektrisk energi til mekanisk energi. Det er flere typer som brukes i utrustninger, der hver av disse har sine egne unike egenskaper og fordeler. For eksempel er vekselstrømsmotorer kjent for sin holdbarhet, virkningsgrad og evne til å kjøre med høye hastigheter, noe som gjør dem egnet for bruk i industrielle maskiner, klimaanlegg og andre utrustninger der pålitelig, langsiktig ytelse er avgjørende. Likestrømmotorer tilbyr derimot utmerket styring av dreiemoment og hastighet, noe som gjør dem godt egnet i utrustninger som krever presis bevegelse, for eksempel robotikk og kjøretøysystemer. Trinnmotorer gir svært nøyaktig posisjonering, og brukes i 3D-skrivere, CNC-maskiner og andre enheter som krever presis, trinnvis bevegelse. Servomotorer brukes i utrustninger som krever raske, nøyaktige bevegelser, for eksempel romfartssystemer, takket være deres raske responstider og høye dreiemomentkapasitet.

For å effektivt styre og regulere driften av motorer, er løsninger for bevegelse og styring avhengige av en rekke drivenheter og styringer. Drivenheter med variabel frekvens (VFD – variable frequency drives) brukes til å styre hastigheten og dreiemomentet til vekselstrømsmotorer, noe som muliggjør jevn, effektiv drift og energibesparelser. Servodrivere, som er spesialutviklet for servomotorer, gir styring med lukket sløyfe og muliggjør svært presis posisjonering og bevegelse. Bevegelsesstyringer, som er i stand til å håndtere flere bevegelsesakser samtidig, brukes i komplekse utrustninger der de koordinerer og synkroniserer bevegelsen av ulike komponenter for å gi jevn og nøyaktig drift.

Aktuatorer spiller også en avgjørende rolle i bevegelses- og styringssystemer, ettersom de er ansvarlige for å omdanne energi til bevegelse og gi kraft til å bevege mekaniske komponenter. Hydrauliske aktuatorer er kjent for sin høye kraftytelse og evne til å håndtere tunge laster, og de brukes i anleggsutstyr, industrimaskiner osv., der rå kraft er nødvendig. Pneumatiske aktuatorer, som er avhengige av trykkluft for å generere bevegelse og gi raske responstider, brukes i utrustninger som involverer raske, repeterende bevegelser, for eksempel innpakkings- og monteringslinjer. Elektriske aktuatorer, som omfatter lineære og roterende typer, gir presis styring i utrustninger forbundet med medisin, kjøretøy og romfart.

Figur 2: Kamerasystem for robotsynssensorer i en smartfabrikk. (Bildekilde: Shutterstock)

Sensorer, tilbakekoblingsenheter og styringssystemer

For å sikre at bevegelses- og styringssystemer fungerer med det høyeste nivået av nøyaktighet og pålitelighet, brukes sensorer og tilbakekoblingsenheter til å overvåke og måle ulike aspekter av bevegelse. Posisjonssensorer, for eksempel lineære og roterende potensiometre, gir sanntidsdata om den nøyaktige plasseringen til mekaniske elementer, noe som muliggjør nøyaktig posisjonering og sporing. Pulsgivere, for eksempel trinnvise og absolutte, brukes til å fastsette vinkelposisjonen og -hastigheten til roterende aksler, noe som muliggjør nøyaktig hastighets- og posisjonsstyring. Resolvere, som ligner på pulsgivere, men er utviklet for bruk i tøffe miljøer, tilbyr også høy nøyaktighet og pålitelighet i følsomme utrustninger.

Styringssystemene knytter alle disse komponentene sammen og organiserer og styrer den overordnede driften av bevegelses- og styringsløsninger. Programmerbare logiske styringer (PLS), som er robuste industrielle datamaskiner konstruert for styring og automatisering, håndterer flere inngangs- og utgangssignaler samtidig for fabrikkautomatisering, prosesstyring og andre bruksområder. Industrielle datamaskiner, som tilbyr større fleksibilitet og prosessorkraft enn PLS-er, brukes ofte sammen med avansert programvare for bevegelsesstyring for å simulere algoritmer for bevegelsesstyring i komplekse systemer med flere akser.

Bevegelses- og styringskomponenter i industrielle utrustninger

Løsninger for bevegelse og styring er avgjørende for å øke virkningsgrad, nøyaktighet og produktivitet i et bredt spekter av industrielle prosesser. For eksempel styrer de utstyr som robotarmer og maskinverktøy for å forbedre industriell betjening og minimere feil. I bilfabrikker og lagerhus koordinerer bevegelses- og styringssystemer bevegelsen til industriroboter, samarbeidsroboter (cobot) og autonome mobile roboter (AMR – autonomous mobile robot) for å utføre oppgaver som håndtering, montering og inspeksjon. Også i industrielle innpakkingsmaskiner plukker og transporterer bevegelses- og styringsløsninger gjenstander som esker og paller ved hjelp av transportbåndsystemer, sorteringsmaskiner og automatiserte lagrings-/hentesystemer (AS/RS – automated storage/retrieval system).

I den medisinske sektoren påvirker bevegelses- og styringssystemer hvordan helsetjenester skal leveres og forskning utføres. De muliggjør nøyaktig posisjonering, dosering og automatisering i medisinske enheter og utstyr, for eksempel kirurgiske roboter, diagnostiske avbildningssystemer og laboratorieinstrumentering. For eksempel kan kirurgiske roboter utstyrt med bevegelses- og styringskomponenter utføre prosedyrer med nøyaktighet og minimal inngripen, noe som reduserer pasientens restitusjonstid og forbedrer de generelle resultatene. Automatiserte væskehåndteringssystemer i farmasøytiske forskningslaboratorier bruker også bevegelses- og styringssystemer til å nøyaktig dispensere og blande reagensmidler, strømlinjeforme oppdagelsesprosessen for legemidler og akselerere utviklingen av nye terapier.

Luft- og romfartsindustrien og forsvarsindustrien er også avhengige av presisjonsløsninger for bevegelse og styring for oppdragskritiske utrustninger som satellittposisjonering, flystyringssystemer og missilstyring. I disse sektorene kan selv det minste avvik fra den tiltenkte bevegelsen eller posisjonen ha en katastrofal virkning. Teknologier for bevegelse og styring sikrer at disse systemene fungerer med eksepsjonell nøyaktighet og pålitelighet, slik at satellitter kan opprettholde sirklingsbaner, luftfartøy kan fly trygt og missiler kan nå målene sine. Videre muliggjør disse løsningene utvikling og testing av nye luft- og romfartsteknologier og forsvarsteknologier, slik at teknikere kan simulere og validere komplekse systemer før de distribueres i felten.

Forstå DigiKeys strategi for flere leverandører

Ved å samarbeide med flere leverandører sikrer DigiKey at teknikere og systemutviklere har tilgang til et bredt utvalg av produkter. Denne strategien øker ikke bare produktvariasjonen, men forbedrer også tilgjengeligheten, fremmer konkurransedyktige priser og gir tilgang til et vell av teknisk ekspertise. En klar fordel forbundet med DigiKeys tilnærming til flere leverandører, er evnen til å imøtekomme en rekke industrielle krav. Enten det er snakk om en kompakt trinnmotor for presisjonsinstrumentering eller en servodriver med høyt dreiemoment for kraftig automatisering, tilbyr DigiKeys lagerbeholdning en løsning for alle typer utrustninger. Dette mangfoldet gjør det mulig for teknikere å finne de best egnede produktene for deres spesifikke behov, noe som kan optimere den generelle systemytelsen og virkningsgraden. Ved å hente fra flere leverandører, minimerer DigiKey dessuten risikoen for avbrudd i forsyningskjeden – når en produsent opplever produksjonsproblemer eller forsinkelser kan alternative produkter fra andre leverandører hentes, noe som sikrer en pålitelig og konsistent forsyning for kundene. Denne robustheten utgjør hele forskjellen i industrianlegg, der selv minimal nedetid kan ha en stor innvirkning på ressurser, budsjetter og drift.

Produkter for avansert bevegelse og styring fra bransjeledende aktører

DigiKeys partnerskap med ledende produsenter som Schneider Electric, Siemens og Omron viser dedikasjonen de har til kvalitet og innovasjon. Disse industrigigantene er kjent for sine banebrytende løsninger for bevegelse og styring, som inkorporerer avanserte funksjoner og teknologier for å drive frem effektivitet og bærekraft.

Schneider Electrics Altivar™ Soft Starter ATS480 (figur 3) bygger på start/stopp-ytelsen til tidligere iterasjoner for å forlenge utstyrets levetid ytterligere og maksimere tilgjengeligheten av utstyret i krevende miljøer. Altivar 212 VSD gir maksimal brukervennlighet og sikkerhet i klimaanlegg for både systemintegratorer og sluttbrukere, sparer energi og forbedrer bygningskomfort og -administrasjon. På samme måte tilbyr ATV320 VFD-er sikkerhet, pålitelighet og enkelhet med kompakte formfaktorer som gir forenklet installasjon og effektiv bruk av plass.

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

Schneider Electrics Easy TeSys-linjen inkluderer manuelle motorstartere med magnetisk beskyttelse på 13 ganger den maksimale innstillingen, varmeoverbelastningsreléer med skruklemmeterminalforbindelser og trepolede kontaktorer som gir en levetid på omtrent en million elektriske handlinger. Disse enhetene er utviklet for å veksle og beskytte vanlige motorutrustninger. TeSys™ Island-motorstartere med kommunikasjon (TeSys™ Island Communicating Motor Starters) eliminerer styringskabler og PLS IO med ett enkelt flatkabelklikk, noe som gir tilgang til data via industrielle kommunikasjonsprotokoller.

SINAMICS V20-drivere fra Siemens har en kompakt, robust konstruksjon som er ideell for bruk i en rekke grunnleggende driverutrustninger innen prosess- og produksjonsanlegg. Dessuten forhindrer SIRIUS 3RA23-serien med vendbare kontaktormoduler ledningsfeil i hoved- og styringskretser. Controls SIRIUS-kontaktorer tilbyr fleksible alternativer for å veksle elektriske laster, med konvensjonelle driftsmekanismer og alternativer med halvledere (solid-state).

Omrons drivenheter med variabel frekvens (VFD) i MX2-serien tilbyr avansert motor- og maskinstyring ved å bruke VFD-teknologi for presis drift, energibesparelser og feilbeskyttelse. Med sin avanserte konstruksjon og algoritmer gir MX2 jevn regulering ned til nullhastighet og dreiemomentstyring i åpen sløyfe.

Figur 4: Schneider Electric TeSys-varmeoverbelastningsrelé. (Bildekilde: Schneider Electric)

Forbedre bærekraft i en automatisert produksjonslinje

For å illustrere virkningen av bevegelses- og styringsteknologier på bærekraft, må vi ta i betraktning en automatisert produksjonslinje i et produksjonsanlegg. Disse komponentene tilbyr alt fra presis styring av transportbåndhastigheter og pakkemaskinmotorer til integrering av robotarmer og implementering av sikkerhetssystemer, og de gjør det mulig for produsenter å nå målene om å minimere energiforbruk og avfall, samtidig som de bidrar til sikkerhet og pålitelighet i virksomheten:

Transportbåndsystemer: I den automatiserte produksjonslinjen spiller transportbåndsystemer en viktig rolle for transport av materialer og produkter mellom ulike stadier i produksjonsprosessen. Ved å bruke Schneider Electrics Altivar 212 VSD eller Omron MX2 Series VFD, kan hastigheten til transportbåndmotorer reguleres slik at de samsvarer med den nødvendige produksjonshastigheten. Ved å sikre at transportbåndet kjører med optimal hastighet, er energiforbruket lavere, og det er mindre slitasje på mekaniske komponenter. I tillegg gir mykstartere som Schneider Electrics Altivar™ Soft Starter ATS480 jevn start og stopp av transportbåndmotorer, redusert mekanisk stress og forlenget levetid for utstyret.

Emballasjemaskiner: Emballasjemaskiner er en integrert del av den automatiserte produksjonslinjen, ansvarlig for innpakking, forsegling og merking av produkter. Disse maskinene krever ofte presis styring av motorhastighet og dreiemoment for å sikre konsekvent og nøyaktig innpakking. Ved å integrere Schneider Electrics ATV320 VFD-er kan emballasjemaskinmotorer styres med høy presisjon, noe som forbedrer systemets generelle ytelse og energieffektivitet.

Robotarmer: Robotarmer brukes ofte i automatiserte produksjonslinjer for oppgaver som materialhåndtering, montering og kvalitetskontroll. Disse verktøyene krever presis styring av flere bevegelsesakser for å utføre oppgavene nøyaktig og effektivt. Schneider Electrics TeSys Island-motorstartere med kommunikasjon muliggjør styring av robotarmmotorer. Ved å unngå behovet for komplekse ledninger og PLS IO, kan TeSys Island også legge til rette for raskere installasjon og enkel konfigurasjon av robotarmens styringssystem. Det integrerte digitale grensesnittet og smarte konfigurasjonsverktøyet forenkler kommisjonering og justering, mens tilgangen til kritiske data via kommunikasjonsprotokoller gir mulighet for fjernovervåking og forebyggende vedlikehold.

Pumper og vifter: Pumper og vifter er avgjørende i ulike aspekter av en automatisert produksjonslinje, for eksempel kjølesystemer, hydrauliske kraftenheter og ventilasjonssystemer. Ved å optimalisere ytelsen til disse komponentene kan energiforbruket reduseres og maksimal oppetid garanteres. SINAMICS V20-drivere fra Siemens har en kompakt, robust konstruksjon som er egnet for styring av pumper og vifter i industrielle omgivelser. SINAMICS V20-driverne tilbyr ulike funksjoner, inkludert PID-styring, styring av flere pumper og energisparingsmoduser.

Sikkerhetssystemer: Sikkerheten til personell og utstyr er svært viktig i produksjonsanlegg. Med sikkerhetsklassifiserte kontaktormoduler kan produksjonslinjer oppnå et høyt sikkerhetsnivå, noe som reduserer risikoen for ulykker og nedetid. SIRIUS 3RA23-serien fra Siemens med vendbare kontaktormoduler kan implementere sikkerhetsfunksjoner i motorstyringssystemet. Disse enhetene integreres sømløst i systemer for funksjonssikkerhet i henhold til internasjonale standarder som IEC 61508 og ISO 13849-1. De integrerte mekaniske og elektriske forriglingsfunksjonene i 3RA23-serien hindrer også kablingsfeil og sørger for sikker drift av reversible motorkretser.

Figur 5: Smarte industrirobotarmer for digital fabrikkproduksjon. (Bildekilde: Shutterstock)

Konklusjon

Løsninger for avansert bevegelse og styring er avgjørende drivkrefter for effektivitet og bærekraft i et bredt spekter av bransjer. Ved å integrere disse teknologiene i automatiserte produksjonslinjer kan produsenter forbedre driftens virkningsgrad, redusere energiforbruket, minimere materialavfall og forlenge utstyrets levetid. DigiKeys produktportefølje fra flere leverandører gjør det mulig for teknikere og konstruktører å lage systemer som leverer høy ytelse og er miljøvennlige. DigiKey leverer en plattform der teknikere kan utforske, sammenligne og skaffe produkter for bevegelse og styring, og finne det beste valget for den aktuelle utrustningen.