Повышение уровня эргономики с помощью интеллектуальных электрических приводов

Электрические линейные приводы уже давно приносят эргономические преимущества, автоматизируя повторяющиеся, грязные или опасные задачи. В последнее время интеграция бортового интеллекта в электрические приводы подняла их эргономический вклад на новый уровень. Интеллектуальные функции, такие как цифровое управление двигателем, обратная связь по положению, синхронизация и мониторинг в реальном времени, еще больше упрощают применение автоматизации для повышения комфорта, безопасности и эффективности на рабочем месте.

Цифровое управление двигателем

Традиционные приводы часто зависят от больших энергосберегающих реле или независимых контроллеров, которые выдвигают, втягивают или останавливают приводы. Использование встроенной электроники для управления питанием может снизить ток на переключателях или контактах с 20 А до менее 22 мА, что позволяет упростить и удешевить конструкцию системы. Операторы могут запускать и изменять направление привода с помощью простого элемента управления.

Представьте себе рабочее пространство, в котором рабочие манипулируют компонентами весом более 100 фунтов, и им приходится часто тянуться и наклоняться. Если бы их рабочий стол управлялся с помощью приводов, оснащенных низкоуровневым переключением, каждый пользователь мог бы отрегулировать высоту до уровня, который требует минимального изгиба или растяжения, снижая утомляемость и повышая производительность (рис. 1).

В то время как традиционные сборки приводов могут позволить такие регулировки, для них потребуется внешнее переключение двигателя, которое потребляет больше энергии и должно выполняться вручную. Однако при электронном управлении потоком контура все такие переключения встроены в корпус привода, что также обеспечивает более гладкую и чистую настройку без внешней проводки.

Автоматическое переключение двигателей также имеет преимущества в плане безопасности. Привод потребляет от 20 до 40 ампер, в зависимости от нагрузки. Сведение к минимуму воздействия этого тока во время установки и эксплуатации обеспечивает более эргономичное управление, а также снижает потенциальный риск поражения электрическим током от реле с большой силой тока.

Цифровая обратная связь

Интеллектуальные электрические приводы (рис. 2) не только обеспечивают точную регулировку положения, но и обеспечивают обратную связь в режиме реального времени о степени этих регулировок. Они могут сообщать о местонахождении груза на протяжении всего хода. В примере с рабочим столом на рис. 1 они могут собирать данные о местонахождении груза и сравнивать их с предварительно заданными параметрами, чтобы обеспечить согласованную работу.

Наряду с цифровой обратной связью по положению появляется возможность измерять и контролировать скорость. Предположим, вы автоматизируете подъем или опускание тяжелой двери, которая защищает конкретную машину или образует перегородку. Микроконтроллер может получать количество импульсов от энкодера и вычислять расстояние и скорость перемещения на основе количества импульсов, полученных в течение заданного интервала времени. Продолжая пример с тяжелой дверью (рис. 3), это позволит задать замедление скорости по мере достижения конца хода, что предотвратит захлопывание двери до того, как оператор успеет очистить проем.

Аналоговая обратная связь по положению

Цифровая обратная связь по положению — один из самых простых способов измерения скорости привода, но его нелегко запрограммировать, поскольку он не запоминает положения, о которых сообщает после потери питания или отключения. Однако интеллектуальные приводы, оснащенные аналоговыми потенциометрами, могут получать точную информацию о положении от потенциометров в редукторе привода, которые посылают сигналы напряжения, предупреждающие пользователей о скорости и направлении привода — от начала до конца хода. Они запоминают это положение, поэтому при отключении питания нет необходимости возвращаться в исходное положение и перезагружать устройство.

Надежная память положения позволяет разрабатывать приложения, в которых сохраняются эргономические настройки для каждого пользователя, что позволяет адаптировать рабочее пространство для нескольких пользователей с учетом таких факторов, как рост, хранимые процедуры или предпочтения пользователя.

Синхронизация

Эргономические преимущества интеллектуальных электрических приводов становятся еще более заметными при использовании нескольких приводов. Вы можете настроить приводы на автоматическую адаптацию к смещающимся нагрузкам. Например, приложение по сборке самолета, в котором пять или десять рабочих завершают работу над фюзеляжем, может поддерживать их с помощью платформы, которая должна быть поднята высоко над землей.

Когда рабочие перемещаются по платформе, вес перемещается на разные части платформы, что может привести к дисбалансу. Интеллектуальные приводы, расположенные в разных точках под платформой (например, по одному в каждом углу), можно настроить на саморегулировку для компенсации смещения нагрузки во время синхронного движения привода (рис. 4).

Внесение корректировок, противодействующих этим смещающим нагрузкам, осуществляется как с помощью управления скоростью, так и с помощью обратной связи по позиционированию. Приводы взаимодействуют друг с другом через внутреннюю сеть, считывают скорость друг друга на основе обратной связи по позиционированию и соответствующим образом настраиваются.

Однако выполнение этого с цифровой обратной связью приводит к прерывистому шагу, которого разработчики могут избежать, поместив положение и скорость в контур обратной связи и заставив их регулировать в зависимости от скорости срабатывания и положения. Это обеспечивает эргономическое преимущество, позволяющее плавно поднимать движущийся груз из нескольких точек, компенсируя неудобные по размеру грузы, такие как платформы, сиденья и тяжелые двери.

Управление несколькими традиционными приводами возможно, но это неточная, длительная и трудоемкая операция, которая создает дополнительную нагрузку на приводы, что в конечном итоге приводит к их заеданию или другим неисправностям. Интеллектуальная синхронизация актуаторов устраняет догадки и приводит к сбалансированному, плавному и точно расположенному движению.

Мониторинг в реальном времени

Интеллектуальные электрические приводы могут возвращать результаты текущего мониторинга температуры, тока, скорости, напряжения и других переменных, что обеспечивает расширенный мониторинг состояния, диагностику и обработку ошибок. Обратная связь может появляться десять раз в секунду, так как исполнительный механизм постоянно проверяет себя. Если он обнаруживает проблему (например, превышение температурного порога), привод может остановиться на середине хода или завершить запрограммированное движение — либо полностью втянуться, либо выдвинуться — остановиться и отправить на компьютер флаг ошибки, и все это за долю секунды. второй.

Такая обратная связь позволяет пользователям отвлечься от своих операций, чтобы проанализировать модели использования, скорость и положение, чтобы сделать операции более удобными, безопасными и эффективными. Это особенно ценно в настройках заводской автоматизации, объединяющих несколько устройств (рис. 5). Собранные данные могут показать, сколько раз рабочая станция поднималась и опускалась или сколько раз открывалась и закрывалась дверь. Это можно сравнить с историей эксплуатации или лучшими отраслевыми практиками по улучшению конструкции ячейки.

Операционные данные также могут быть сопоставлены с отчетами о травмах, что может указывать на необходимость более эргономичного анализа. Например, если исполнительный механизм, позиционирующий обжимную матрицу, постоянно сообщает о перегрузках, это может указывать на количество случаев, когда люди причиняют себе вред, и может определять, в какой ячейке это происходит, в какое время дня и какие смены могут быть затронуты.

Разнообразие, чтобы выжить

Многие функции, встроенные в интеллектуальные электрические приводы, позволяют пользователям подходить к применению с учетом упрощения конструкции. Возможность управлять приводами с помощью цифровых средств, обеспечивать цифровую или аналоговую обратную связь, обеспечивать синхронизацию нескольких приводов или добавлять мониторинг показателей в реальном времени — все это предоставляет инструменты, необходимые для выполнения работы в одном пакете. Теперь, когда пользователи смотрят на приложение, они могут предоставить решение для автоматизации, выходящее за рамки базовой функциональности возвратно-поступательного движения.

Интеллектуальные электрические приводы обеспечивают автоматическое перемещение по нескольким осям автоматизированных процессов без сложностей других технологий автоматизации, таких как гидравлические или пневматические цилиндры. Изучив потребности приложения заранее, пользователь вполне может обнаружить, что способность интеллектуального привода управлять движением, запоминать положение или предоставлять метрики приложения может выделиться среди множества других технологий.

Поскольку машиностроители и конечные пользователи одинаково смотрят в будущее, их решения по автоматизации будут выходить за рамки базовой функциональности и по-прежнему будут предлагать более простые решения, более длительный срок службы оборудования и долгосрочную безопасность.

Чем более присуща эта возможность управления оборудованию, тем меньше она стоит между пользователем и ожидаемыми конечными преимуществами. Выгоду можно найти в удовлетворенности работников, безопасности, здоровье и производительности — все это приносит пользу всем участникам потока создания ценности.

Эта статья была написана Крисом Диаком, менеджером по продажам продуктов автоматизации компании Motion Industries (Бирмингем, Алабама), и Трэвисом Гилмером, специалистом по линейным приводам компании Thomson Industries (Рэдфорд, штат Вирджиния).