Улучшение эргономики рабочего места с интеллектуальными электрическими приводами

Электрические линейные приводы давно обеспечивали эргономические преимущества, автоматизируя задачи, которые являются повторяющимися, грязными или опасными. Недавно интеграция бортового интеллекта в электрические приводы подняла их эргономический вклад на новый уровень. Умные функции, такие как цифровой контроль двигателя, обратная связь по позиции, синхронизация и мониторинг в реальном времени, делают еще более легким применение автоматизации для улучшения комфорта, безопасности и эффективности на рабочем месте.

Цифровой контроль двигателя

Традиционные приводы часто зависят от больших, энергонеэффективных реле или независимых контроллеров для выдвижения, втягивания или остановки приводов. Использование бортовой электроники для управления питанием может снизить ток на выключателях или контактах с 20 А до менее 22 мА, позволяя более простую, менее дорогую конструкцию системы. Операторы могут запускать и менять направление привода с простого пульта.

Представьте рабочее пространство, где рабочие обрабатывают компоненты весом более 100 фунтов и требуют частых наклонов и вытягиваний. Если их рабочий стол контролировался бы приводами с низкоуровневым переключением, каждый пользователь мог бы регулировать высоту до уровня, требующего минимального наклона или растяжения, уменьшая усталость и повышая производительность (Рисунок 1).

В то время как традиционные сборки приводов могут позволять такие регулировки, они требовали бы внешнего переключения двигателя, которое потребляет больше энергии и должно выполняться вручную. Управляя током цепи электронно, однако, все такое переключение встраивается в корпус привода, что также обеспечивает более элегантную, чистую установку без внешней проводки.

Автоматизация переключения двигателя также имеет преимущества для безопасности. Привод потребляет от 20 до 40 ампер в зависимости от нагрузки. Минимизация воздействия этого тока при установке и эксплуатации обеспечивает более эргономичный контроль, снижая потенциальные риски удара от реле с высоким током.

Цифровая обратная связь по позиции

Умные электрические приводы (Рисунок 2) не только позволяют точные регулировки позиции, но и обеспечивают обратную связь в реальном времени о степени этих регулировок. Они могут сообщать о местоположении нагрузки на протяжении всего хода. В примере рабочего стола на Рисунке 1 они могли бы фиксировать данные о местоположении нагрузки и сравнивать их с предустановленными параметрами для обеспечения последовательной работы.

Наряду с цифровой обратной связью по позиции приходит способность измерять и контролировать скорость. Предположьте, вы автоматизируете подъем или опускание тяжелой двери, защищающей конкретную машину или образующей перегородку. Микроконтроллер мог бы получать импульсные счеты от энкодера и вычислять пройденное расстояние и скорость на основе количества импульсов, полученных за заданный интервал времени. Оставаясь в примере тяжелой двери (Рисунок 3), это позволяло бы устанавливать скорость замедления по мере достижения конца хода, предотвращая захлопывание двери до того, как оператор успеет освободить проем.

Аналоговая обратная связь по позиции

Цифровая обратная связь по позиции — один из самых легких способов измерения скорости привода, но ее нелегко программировать, потому что она не запоминает сообщаемые позиции после потери питания или выключения. Умные приводы, оснащенные аналоговыми потенциометрами, однако, могут получать точную информацию о позиции от потенциометров в редукторе привода, которые посылают сигналы напряжения, оповещающие пользователей о скорости и направлении привода — от начала до конца хода. Они запоминают эту позицию, поэтому, если питание потеряно, нет необходимости возвращаться в домашнюю позицию и сбрасывать устройство.

Надежная память позиции позволяет разрабатывать приложения, которые хранят эргономические настройки для каждого пользователя, позволяя рабочему пространству адаптироваться к множеству людей на основе таких факторов, как рост, хранимые процедуры или предпочтения пользователя.

Синхронизация

Эргономические преимущества умных электрических приводов еще более выражены при использовании с несколькими приводами. Можно настроить приводы на автоматическую регулировку к смещающимся нагрузкам. Приложение по сборке самолета, в котором пять или десять рабочих финализуют фюзеляж, например, может поддерживать их платформой, которую нужно поднять высоко над землей.

По мере того как рабочие перемещаются по платформе, вес смещается на разные части платформы, что вызывает потенциальный дисбаланс. Умные приводы, расположенные в разных точках под платформой (например, по одному в каждом углу), могут быть настроены на саморегулировку для компенсации смещения нагрузки во время синхронного движения приводов (Рисунок 4).

Выполнение регулировок, противодействующих этим смещающимся нагрузкам, делается с контролем скорости и обратной связью по позиции. Приводы общаются друг с другом через внутреннюю сеть, считывают скорость друг друга на основе обратной связи по позиции и регулируются соответственно.

Делая это с цифровой обратной связью, однако, приводит к ступенчатому шагу, который проектировщики могут избежать, помещая и позицию, и скорость в цикл обратной связи и заставляя их регулироваться на основе скорости актуации и позиции. Это обеспечивает эргономическое преимущество, которое плавно поднимает смещающуюся нагрузку с нескольких точек, компенсируя неудобные по размеру нагрузки, такие как платформы, сиденья и тяжелые двери.

Управление множественными традиционными приводами возможно, но это неточное, трудоемкое и трудоемкая операция, которая налагает дополнительное напряжение на приводы, в конечном итоге приводящую к заклиниванию или другим неисправностям. Синхронизация умных приводов устраняет гадание и приводит к сбалансированному, плавному и хорошо позиционированному движению.

Мониторинг в реальном времени

Умные электрические приводы могут возвращать результаты непрерывного мониторинга для температуры, тока, скорости, напряжения и других переменных, что позволяет продвинутый мониторинг состояния, диагностику и обработку ошибок. Обратная связь может появляться так быстро, как десять раз в секунду, так как привод постоянно тестирует себя. Если он обнаруживает проблему (например, превышение порога температуры), привод может остановиться в середине хода или завершить свой запрограммированный ход — либо полностью втянутый, либо выдвинутый — остановиться и послать флаг ошибки компьютеру, все за долю секунды.

Такая обратная связь позволяет пользователям отойти от своих операций, чтобы анализировать паттерны в использовании, скорости и позиции для того, чтобы сделать операции более дружелюбными, безопасными и эффективными. Это особенно ценно в настройках заводской автоматизации, интегрирующих множественные устройства (Рисунок 5). Собранные данные могут показывать, сколько раз рабочая станция поднималась и опускалась или сколько раз дверь открывалась и закрывалась. Это можно сравнить с операционной историей или лучшими отраслевыми практиками для улучшения дизайна ячейки.

Операционные данные также могут быть перекрестно таблированы с отчетами о травмах, что может указывать на необходимость более эргономичных анализов. Если привод, позиционирующий штамп для каймания, постоянно сообщал о перегрузках, например, это могло бы указывать на частоту случаев травм людей и могло бы идентифицировать, в какой ячейке это происходит, в какое время дня и какие смены могут быть затронуты.

Диверсификация для выживания

Множество функций, встроенных в умные электрические приводы, позволяют пользователям подходить к приложению с мыслью об упрощении дизайна. Имея способность управлять приводами цифровыми средствами, предоставлять цифровую или аналоговую обратную связь, позволять синхронизацию множественных приводов или добавлять мониторинг в реальном времени для метрик предоставляет инструменты, необходимые для выполнения работы в одном пакете. Теперь, когда пользователи смотрят на приложение, они могут предложить решение автоматизации, выходящее за рамки базовой функциональности движения туда-обратно.

Умные электрические приводы обеспечивают plug-and-play движение по множественным осям автоматизированных процессов без сложностей других технологий автоматизации, таких как гидравлические или пневматические цилиндры. Просматривая потребности приложения заранее, пользователь может обнаружить, что способность умного привода контролировать движение, запоминать позицию или предоставлять метрики приложения может дифференцировать его среди моря других технологий.

По мере того как конструкторы машин и конечные пользователи смотрят в будущее, их решения автоматизации выйдут за пределы базовой функциональности и продолжат предоставлять более легкие решения, более долгую жизнь оборудования и долгосрочную безопасность.

Чем более интринзично эта способность контроля к оборудованию, тем меньше она стоит между пользователем и конечными преимуществами, которые они ожидают. Выгода можно найти в удовлетворенности работников, безопасности, здоровье и производительности — все это благоприятствует всем в цепочке создания стоимости.

Эта статья написана Крисом Диаком, менеджером по продажам продуктов автоматизации в Motion Industries (Бирмингем, АЛ) и Трависом Гилмером, специалистом по продуктовой линейке — линейные приводы в Thomson Industries (Рэдфорд, ВА).