Stimularea eficienței și sustenabilității în industrie cu ajutorul soluțiilor de mișcare și control

Figura 1: Pompe de apă dintr-o centrală electrică mare. (Sursa imaginii: Shutterstock)

Confruntate cu provocările legate de mediu și cu cererea de produse electronice durabile, industriile din întreaga lume caută soluții pentru a-și optimiza operațiunile și a-și minimiza amprenta de carbon. Indiferent de industrie, controlul proceselor este necesar pentru a reduce consumul de energie, a minimiza deșeurile și a maximiza producția.

Produsele pentru mișcare și control lucrează împreună pentru a gestiona mișcarea, viteza și poziția elementelor mecanice în cadrul aplicațiilor electronice. Aceste produse sunt concepute pentru a asigura un control precis, eficient și fiabil asupra diferitelor aspecte ale mișcării, permițând mașinilor și echipamentelor să își îndeplinească funcțiile cu performanțe optime și erori minime.

DigiKey, un distribuitor global de componente electronice, oferă o selecție largă de produse de mișcare și control de la mai mulți furnizori, permițând clienților să îmbunătățească sustenabilitatea și eficiența sistemelor lor automatizate.

Componentele de bază ale sistemelor de mișcare și control

În centrul soluțiilor de mișcare și control se află motoarele electrice, care servesc ca mijloc principal de conversie a energiei electrice în energie mecanică. Există mai multe tipuri utilizate în aplicații, fiecare având caracteristici și avantaje unice. De exemplu, motoarele de curent alternativ sunt cunoscute pentru durabilitatea, eficiența și capacitatea lor de a funcționa la viteze mari, ceea ce le face potrivite pentru utilizarea în mașinile industriale, sistemele HVAC și alte aplicații în care este esențială o performanță fiabilă pe termen lung. Motoarele de curent continuu, pe de altă parte, oferă un control excelent al cuplului și al vitezei, ceea ce le face potrivite pentru aplicații care necesită o mișcare precisă, cum ar fi robotica și sistemele auto. Motoarele pas cu pas asigură o poziționare extrem de precisă și sunt utilizate la imprimantele 3D, la mașinile CNC și la alte dispozitive care necesită o mișcare precisă și incrementală. Servomotoarele, cu timpii lor de răspuns rapid și cuplul de ieșire ridicat, sunt utilizate în aplicații care necesită mișcări rapide și precise, cum ar fi sistemele aerospațiale.

Pentru a controla și a regla în mod eficient funcționarea motoarelor, soluțiile de mișcare și control se bazează pe o varietate de acționări și controlere. Acționările cu frecvență variabilă (VFD) sunt utilizate pentru a gestiona viteza și cuplul motoarelor de curent alternativ, permițând o funcționare lină, eficientă și economii de energie. Servoacționările, concepute special pentru servomotoare, asigură un control în buclă închisă și permit o poziționare și o mișcare foarte precise. Controlerele de mișcare, capabile să gestioneze simultan mai multe axe de mișcare, sunt utilizate în aplicații complexe în care coordonează și sincronizează mișcarea diferitelor componente pentru o funcționare lină și precisă.

De asemenea, actuatoarele au un rol crucial în sistemele de mișcare și control, deoarece sunt responsabile cu transformarea energiei în mișcare și cu asigurarea forței pentru mișcarea componentelor mecanice. Cunoscute pentru forța mare pe care o produc și pentru capacitatea de a suporta sarcini grele, actuatoarele hidraulice sunt utilizate în echipamentele de construcții, mașinile industriale etc., unde este nevoie de putere brută. Actuatoarele pneumatice, care se bazează pe aer comprimat pentru a genera mișcare și a oferi timpi de răspuns rapid, sunt utilizate în aplicații care implică mișcări rapide și repetitive, cum ar fi liniile de ambalare și de asamblare. Actuatoarele electrice, inclusiv cele de tip liniar și rotativ, asigură un control precis în aplicații precum dispozitivele și echipamentele medicale, auto și aerospațiale.

Figura 2: Sistem robotic de camere de vedere cu senzori într-o fabrică inteligentă. (Sursa imaginii: Shutterstock)

Senzori, dispozitive de feedback și sisteme de control

Pentru a asigura funcționarea sistemelor de mișcare și control la cel mai înalt nivel de precizie și fiabilitate, senzorii și dispozitivele de feedback sunt utilizate pentru a monitoriza și măsura diverse aspecte ale mișcării. Senzorii de poziție, cum ar fi potențiometrele liniare și rotative, furnizează date în timp real cu privire la locația exactă a elementelor mecanice, permițând o poziționare și o urmărire precise. Codificatoarele, cum ar fi cele incrementale și absolute, sunt utilizate pentru a determina poziția unghiulară și viteza arborilor rotativi, permițând un control precis al vitezei și al poziției. De asemenea, rezolverele, similare codificatoarelor, dar concepute pentru utilizare în medii dificile, oferă precizie și fiabilitate ridicată în aplicații sensibile.

Toate aceste componente sunt legate între ele de sistemele de control care orchestrează și gestionează funcționarea generală a soluțiilor de mișcare și control. Controlerele logice programabile (PLC), computere industriale robuste concepute pentru control și automatizare, gestionează simultan mai multe semnale de intrare și ieșire în automatizarea fabricilor, controlul proceselor și alte aplicații. PC-urile industriale, care oferă o flexibilitate și o putere de procesare mai mare decât PLC-urile, sunt adesea utilizate în tandem cu un software avansat de control al mișcării pentru a simula algoritmi de control al mișcării în sisteme complexe, cu mai multe axe.

Componente de mișcare și control în aplicații industriale

Soluțiile de mișcare și control sunt esențiale pentru îmbunătățirea eficienței, preciziei și productivității într-o gamă largă de procese industriale. De exemplu, acestea gestionează echipamente precum brațele robotizate și mașinile-unelte pentru a îmbunătăți operațiunile industriale și a minimiza erorile. În fabricile și depozitele de automobile, sistemele de mișcare și control coordonează mișcarea roboților industriali, a roboților colaborativi (coboți) și a roboților mobili autonomi (AMR) pentru a îndeplini sarcini precum manipularea, asamblarea și inspecția. În mod similar, în aplicațiile industriale de ambalare, soluțiile de mișcare și control preiau și transportă articole precum cutii și paleți folosind sisteme de transport, mașini de sortare și sisteme automate de depozitare/preluare (AS/RS).

În sectorul medical, sistemele de mișcare și control influențează modul în care se oferă asistență medicală și se desfășoară cercetarea. Acestea permit poziționarea precisă, dozarea și automatizarea dispozitivelor și echipamentelor medicale, cum ar fi roboții chirurgicali, sistemele de diagnosticare imagistică și instrumentele de laborator. De exemplu, roboții chirurgicali echipați cu componente de mișcare și control pot efectua proceduri precise și minim invazive, reducând timpul de recuperare al pacienților și îmbunătățind rezultatele generale. Și sistemele automatizate de manipulare a lichidelor din laboratoarele de cercetare farmaceutică utilizează sisteme de mișcare și control pentru a distribui și a amesteca cu precizie reactivii, simplificând procesul de descoperire a medicamentelor și accelerând dezvoltarea de noi terapii.

Industriile aerospațială și de apărare depind, de asemenea, de soluții de mișcare și control de precizie pentru aplicații esențiale, precum poziționarea prin satelit, sistemele de control al aeronavelor și ghidarea rachetelor. În aceste sectoare, chiar și cea mai mică abatere de la mișcarea sau poziția dorită poate avea un impact catastrofal. Tehnologiile de mișcare și control asigură funcționarea acestor sisteme cu o precizie și o fiabilitate excepționale, permițând sateliților să își mențină orbitele, avioanelor să zboare în siguranță și rachetelor să își atingă țintele. În plus, aceste soluții permit dezvoltarea și testarea noilor tehnologii aerospațiale și de apărare, permițând inginerilor să simuleze și să valideze sisteme complexe înainte de a fi implementate pe teren.

Înțelegerea strategiei DigiKey cu mai mulți furnizori

Prin parteneriatul cu mai mulți furnizori, DigiKey se asigură că inginerii și proiectanții de sisteme au acces la o selecție largă de produse. Această strategie nu numai că sporește varietatea produselor, ci și îmbunătățește disponibilitatea, promovează prețuri competitive și oferă acces la o bogată expertiză tehnică. Un avantaj clar al abordării DigiKey cu mai mulți furnizori este capacitatea de a îndeplini o multitudine de cerințe industriale. Fie că este vorba de un motor pas cu pas compact pentru instrumentație de precizie sau de o servoacționare cu cuplu mare pentru automatizări de mare putere, inventarul DigiKey oferă o soluție pentru toate aplicațiile. Această diversitate le permite inginerilor să găsească cele mai potrivite produse pentru nevoile lor specifice, care pot optimiza performanța și eficiența generală a sistemului. În plus, prin aprovizionarea de la mai mulți furnizori, DigiKey minimizează riscul de întrerupere a lanțului de aprovizionare – atunci când un producător se confruntă cu probleme de producție sau întârzieri, pot fi achiziționate produse alternative de la alți furnizori, asigurând o aprovizionare sigură și constantă pentru clienți. Această reziliență face diferența în instalațiile industriale, unde chiar și un timp de nefuncționare minim poate avea un impact semnificativ asupra resurselor, bugetelor și operațiunilor.

Produse avansate de mișcare și control de la liderii din industrie

Parteneriatele DigiKey cu producători de top precum Schneider Electric, Siemens și Omron demonstrează angajamentul său față de calitate și inovație. Acești giganți ai industriei sunt renumiți pentru soluțiile lor de mișcare și control de ultimă generație, care încorporează caracteristici și tehnologii avansate pentru a stimula eficiența și durabilitatea.

Demarorul progresiv ATS480 Altivar™ de la Schneider Electric (Figura 3) se bazează pe performanțele de pornire/oprire ale iterațiilor anterioare pentru a prelungi și mai mult durata de viață a echipamentelor și a maximiza disponibilitatea aplicațiilor în medii solicitante. VSD Altivar 212 oferă o ușurință maximă de utilizare și securitate pentru integratorii de sisteme și utilizatorii finali în sistemele HVAC, economisind energie și îmbunătățind confortul și managementul clădirilor. În mod similar, VFD-urile ATV320 oferă siguranță, fiabilitate și simplitate în factori de formă compactă pentru o instalare simplificată și o utilizare eficientă a spațiului.

Figura 3: Demarorul progresiv ATS480 Altivar™ de la Schneider Electric. (Sursa imaginii: Schneider Electric)

Linia Easy TeSys de la Schneider Electric include demaroare manuale pentru motoare cu protecție magnetică la o valoare de 13 ori mai mare decât valoarea maximă a cadranului, relee de suprasarcină termică cu conexiuni terminale cu clemă cu șurub și contactoare cu 3 poli care oferă o durată de viață de aproximativ un milion de operațiuni electrice. Aceste dispozitive sunt concepute pentru a comuta și proteja aplicațiile obișnuite ale motoarelor. Demaroarele de motor cu comunicare insulară TeSys™ elimină cablajul de control și IO PLC cu un singur clic al cablului tip panglică, oferind acces la date prin intermediul protocoalelor de comunicare industrială.

Acționările SINAMICS V20 de la Siemens, cu designul lor compact, robust și solid, sunt ideale pentru utilizare într-o varietate de aplicații de acționare de bază în instalațiile de procesare și producție. În plus, ansamblurile de contactoare de inversare din seria SIRIUS 3RA23 previn erorile de cablare în circuitele principale și de control. Contactoarele Controls SIRIUS oferă opțiuni flexibile pentru comutarea sarcinilor electrice, cu opțiuni de mecanisme de operare convenționale și cu semiconductori.

Unitățile de acționare cu frecvență variabilă din seria MX2 de la Omron oferă un control avansat al motoarelor și mașinilor, utilizând tehnologia VFD pentru o funcționare precisă, economii de energie și protecție împotriva defecțiunilor. Datorită designului și algoritmilor avansați, MX2 oferă un control uniform până la viteza zero și o capacitate de control al cuplului în buclă deschisă.

Figura 4: Releu de suprasarcină termică TeSys de la Schneider Electric. (Sursa imaginii: Schneider Electric)

Îmbunătățirea sustenabilității într-o linie de producție automatizată

Pentru a ilustra impactul tehnologiilor de mișcare și control asupra sustenabilității, să luăm în considerare o linie de producție automatizată dintr-o fabrică. De la controlul precis al vitezelor transportoarelor și al motoarelor mașinilor de ambalat până la integrarea brațelor robotizate și implementarea sistemelor de siguranță, aceste componente le permit producătorilor să își atingă obiectivele de minimizare a consumului de energie și a deșeurilor, asigurând în același timp siguranța și fiabilitatea operațiunilor:

Sisteme de transportoare: în cadrul unei linii de producție automatizate, sistemele de transportoare joacă un rol esențial în transportul materialelor și produselor între diferitele etape ale procesului de producție. Prin încorporarea VSD Altivar 212 de la Schneider Electric sau a VFD din seria MX2 de la Omron, viteza motoarelor transportoarelor poate fi controlată pentru a se potrivi cu rata de producție necesară. Prin faptul că se asigură funcționarea transportorului la viteza optimă, consumul de energie este mai mic, iar uzura componentelor mecanice este redusă. În plus, demaroarele progresive, precum demarorul progresiv ATS480 Altivar™ de la Schneider Electric, asigură pornirea și oprirea lină a motoarelor transportoarelor, reducând solicitarea mecanică și prelungind durata de viață a echipamentului.

Mașini de ambalare: mașinile de ambalare sunt o parte integrantă a liniei de producție automatizate, fiind responsabile de împachetarea, sigilarea și etichetarea produselor. Aceste mașini necesită adesea un control precis al vitezei și cuplului motorului pentru a asigura o ambalare consecventă și precisă. Prin integrarea VFD-urilor ATV320 de la Schneider Electric, motoarele mașinilor de ambalare pot fi controlate cu o precizie ridicată, îmbunătățind performanța generală a sistemului și eficiența energetică.

Brațe robotice: brațele robotice sunt utilizate pe scară largă în liniile de producție automatizate pentru sarcini precum manipularea materialelor, asamblarea și inspecția calității. Aceste unelte necesită un control precis al mai multor axe de mișcare pentru a-și îndeplini sarcinile cu precizie și eficiență. Demaroarele de motor cu comunicare insulară TeSys de la Schneider Electric oferă control pentru motoarele brațelor robotice. Prin evitarea necesității unei cablări complexe și a unei conexiuni I/O PLC, insula TeSys facilitează și instalarea mai rapidă și configurarea ușoară a sistemului de control al brațului robotic. Interfața digitală încorporată și instrumentul de configurare inteligentă simplifică punerea în funcțiune și reglarea, în timp ce capacitatea de a accesa date critice prin intermediul protocoalelor de comunicare permite monitorizarea de la distanță și întreținerea predictivă.

Pompe și ventilatoare: pompele și ventilatoarele sunt vitale în diverse aspecte ale unei linii de producție automatizate, cum ar fi sistemele de răcire, unitățile de putere hidraulică și sistemele de ventilație. Optimizarea performanțelor acestor componente poate reduce consumul de energie și poate asigura un timp de funcționare maxim. Acționările SINAMICS V20 de la Siemens, cu designul lor compact și robust, sunt potrivite pentru controlul pompelor și ventilatoarelor în medii industriale. Acționările SINAMICS V20 oferă diverse funcții, inclusiv controlul PID, controlul mai multor pompe și moduri de economisire a energiei.

Sisteme de siguranță: garantarea siguranței personalului și a echipamentelor este extrem de importantă în unitățile de producție. Cu ajutorul ansamblurilor de contactoare pentru siguranță, liniile de producție pot atinge un nivel ridicat de siguranță, reducând riscul de accidente și timpii morți. Ansamblurile de contactoare de inversare din seria SIRIUS 3RA23 de la Siemens pot implementa funcții de siguranță în sistemul de control al motorului. Aceste ansambluri se integrează perfect în sistemele de siguranță funcțională în conformitate cu standardele internaționale precum IEC 61508 și ISO 13849-1. Caracteristicile integrate de interblocare mecanică și electrică ale seriei 3RA23 evită, de asemenea, erorile de cablare și asigură funcționarea sigură a circuitelor de inversare a motorului.

Figura 5: Brațe robotice industriale inteligente pentru producția în fabrici digitale. (Sursa imaginii: Shutterstock)

Concluzie

Soluțiile avansate de mișcare și control sunt factori esențiali de eficiență și sustenabilitate într-o gamă largă de industrii. Prin integrarea acestor tehnologii în liniile de producție automatizate, producătorii îmbunătățesc eficiența operațională, reduc consumul de energie, minimizează deșeurile de materiale și prelungesc durata de viață a echipamentelor. Portofoliul de produse DigiKey provenite de la mai mulți furnizori permite inginerilor și proiectanților să creeze sisteme care oferă performanțe ridicate, fiind în același timp ecologice. DigiKey oferă o platformă unde inginerii pot explora, compara și achiziționa cele mai potrivite produse de mișcare și control pentru aplicațiile lor.