Повышение эффективности систем управления движением

Эксперты прогнозируют, что к 2025 году 10-15% рабочих мест в трех секторах, а именно на транспорте, производстве и розничной торговле, будут иметь высокий потенциал для автоматизации. Поскольку все больше компаний внедряют автоматизированные процессы и технологии, спрос на системы управления движением на заводах и производственных линиях растет в геометрической прогрессии. Системы управления движением обеспечивают успешную сборку изделий, перемещая нужные компоненты в нужное место, в нужном направлении и в нужное время.

В этом руководстве мы рассмотрим, что такое системы управления движением, как они работают, кому они приносят пользу и как повысить их эффективность.

Что такое системы управления движением?

Система управления движением генерирует механическое движение. Он приводится в действие двигателем и предназначен для точного управления крутящим моментом, скоростью и/или положением. В сфере автоматизации системы управления движением обеспечивают точное и контролируемое перемещение деталей машин.

Системы управления движением часто используются в ситуациях, требующих быстрого запуска и остановки движения, согласования отдельных элементов и точного позиционирования продукта.

В большинстве случаев системы управления движением используют компьютеризированное управление для выполнения желаемых действий и воздействия на силу, скорость, давление и/или позиционирование. В более продвинутых системах используются специальные технологии для сбора важных данных о процессе и обратной связи, например скорости или положения, для улучшения будущих операций.

Основная структура системы управления движением

Системы управления движением состоят из трех основных компонентов:контроллера движения, драйвера двигателя или усилителя и двигателя.

Контроллер движения

Контроллер движения — это мозг всей системы. Он обрабатывает все вычислительные требования для выполнения последовательности, замыкания контура сервопривода и планирования траектории движения. Он контролируется конечным пользователем для выполнения команд, которые управляют работой машины. Контроллеры движения различаются в зависимости от количества осей, требуемого разрешения, времени обновления и конкретной поддерживаемой коммутационной шины.

Затем контроллер движения подает на привод аналоговый или цифровой сигнал управления маломощным двигателем.

Моторный привод или усилитель

Привод двигателя получает маломощный сигнал от контроллера движения, когда подает питание на двигатель.

Моторные приводы отвечают за подачу нужного количества напряжения и тока на двигатель, который создает крутящий момент и приводит в движение нагрузку.

Приводы могут быть аналоговыми, цифровыми, шаговыми, линейными, частотно-регулируемыми и сервоприводами. Каждый привод имеет уникальную функцию и способность. Каждый привод работает с определенными двигателями, а некоторые лучше подходят для конкретных приложений.

Мотор

Двигатель, также известный как мышца систем управления движением, преобразует электрическую энергию в механическую и создает крутящий момент, необходимый для перемещения в заданное положение.

Двигатели в системах управления движением классифицируются как двигатели постоянного или переменного тока, в зависимости от типа используемой ими мощности.

Двигатели переменного тока обладают большей универсальностью, контролируемым ускорением, регулируемым ограничением крутящего момента и меньшим количеством помех в сети. С другой стороны, двигатели постоянного тока имеют высокий пусковой крутящий момент, их проще устанавливать и использовать.

Устройство обратной связи

Устройства обратной связи можно найти как в замкнутых, так и в разомкнутых системах. Они передают информацию о положении, направлении или скорости обратно в контроллер движения. Затем контроллер вносит необходимые коррективы в ток для достижения целевого выхода.

Системы управления движением широко используются в промышленности и производстве. Они часто встречаются в таких отраслях, как:

• Текстиль
• Сельское хозяйство
• Полупроводники и электроника
• Печать и бумага
• Пластик и резина
• Нефть и газ
• Металлургия и машиностроение
• Медицина
• Мебель и дерево
• Еда и напитки
• Энергия
• Автомобилестроение
• Аэрокосмическая промышленность и оборона

Как повысить эффективность вашей системы управления движением

1. Используйте правильный двигатель для конкретного применения

Использование подходящих двигателей для приложения может привести к более качественной продукции и более высокой экономии энергии. Сегодня в системах управления движением чаще всего используются три двигателя постоянного тока (щеточные и бесщеточные), шаговые и серводвигатели.

Коллекторные двигатели постоянного тока просты в управлении, имеют отличный крутящий момент на низких скоростях, достаточно эффективны и в основном недороги. Они производят звуковой шум и электромагнитные помехи, которые могут вызывать помехи в системе. Кроме того, щеточный двигатель постоянного тока требует постоянного обслуживания, поскольку щетки могут и со временем изнашиваются.

Общие области применения:вибратор мобильного телефона, игрушки, ручные вентиляторы, беспроводные дрели, автомобильные стекла.

Бесщеточные двигатели постоянного тока слабее, чем коллекторный двигатель, поскольку нет контакта между поверхностями. По этой же причине они более эффективны. Бесщеточный двигатель постоянного тока обеспечивает большую мощность, чем щеточный двигатель постоянного тока с магнитом того же размера. Недостатком этих двигателей является то, что ими трудно управлять и часто требуется специальный контроллер.

Общие области применения:стиральная машина, кондиционер, компьютерные вентиляторы, дисководы, дроны

Шаговые двигатели используются для точного позиционирования и/или контроля скорости. Они обладают отличным крутящим моментом на низких скоростях и идеально подходят для приложений с высоким удерживающим моментом. Ими можно легко управлять с помощью недорогих микроконтроллеров. Недостатком шагового двигателя является создаваемый шум, ограниченный крутящий момент на высоких скоростях и более низкий КПД. Поскольку они постоянно потребляют энергию, они имеют тенденцию нагреваться.

Общие области применения:камеры видеонаблюдения, наклон боковых зеркал автомобиля, принтеры

Серводвигатели имеют отличный крутящий момент на скоростях выше 2000 об/мин. С замкнутой обратной связью они имеют самую высокую точность позиционирования. Они необходимы для большинства передовых приложений управления движением. Возможными недостатками серводвигателя являются стоимость и потенциальное дрожание при попытке сохранить положение.

Общие области применения:3D-печать, ЧПУ, упаковка, декартовы системы

2. Используйте подходящие и эффективные скоростные приводы

Современные производители стремятся повысить эффективность машин и общую производительность, чтобы оставаться впереди конкурентов и удовлетворять меняющиеся потребности клиентов.

Последнее поколение частотно-регулируемых приводов (VFD) играет ключевую роль в повышении эффективности работы как на этапах проектирования, так и на этапах производства. ЧРП помогают согласовать скорость двигателя с желаемой скоростью приводимого механизма. Кроме того, они отличаются низким уровнем шума, более плавным пуском и меньшими затратами на техническое обслуживание.

3. Выберите правильный программируемый логический контроллер (ПЛК)

ПЛК – популярный инструмент автоматизации в различных отраслях, поскольку они просты в использовании и обеспечивают точное и изменяемое управление.

При выборе ПЛК важно определить требования к приложению, включая основы управления и масштабируемость в будущем. Другие важные факторы, которые следует учитывать, включают:

• Количество и тип ввода/вывода
• Необходимые функции управления
• Сбор данных и требования к специальным функциям
• Варианты связи
• Опыт автоматизации и возможности заводского персонала

В то время как некоторые заводские сотрудники хорошо разбираются в автоматизации, у других мало опыта работы с новыми технологиями. К счастью, на рынке есть различные ПЛК, специально разработанные для начинающих. Несмотря на то, что эти контроллеры часто бывают небольшими и простыми, они легко расширяются и обладают многими функциями более крупных ПЛК.

4. Используйте только подходящие компоненты

Системы управления движением состоят из различных механических частей, таких как ремни и подшипники. Каждый компонент влияет на общую производительность всей системы. Вот почему все детали должны постоянно проверяться и тестироваться, начиная с этапа проектирования и заканчивая установкой.

5. Запланируйте регулярное техническое обслуживание

Все компоненты подвергаются естественному износу, что может привести к снижению эффективности системы. Планово-предупредительное техническое обслуживание исключает дорогостоящие простои, вызванные поломкой. Это также продлевает срок службы системы управления движением, предотвращая капитальный ремонт и преждевременную замену оборудования.

Мощные технологии автоматизации, адаптированные к вашим потребностям

На производственных линиях, где мощность, производительность и точность движения имеют жизненно важное значение, правильная система управления движением может иметь решающее значение для успеха или неудачи.

Джон Генри Фостер может помочь вам внедрить систему управления движением, которую можно настроить для вашего конкретного приложения. С 1938 года мы оснащаем производителей робототехникой, автоматикой и промышленными системами, адаптированными к уникальным потребностям каждого клиента. Свяжитесь с нашей командой, чтобы получить предложение.