L-għażla tat-tagħmir ta 'awtomazzjoni industrijali ottimali bħal muturi, drives, u moduli ta' komunikazzjoni teħtieġ attenzjoni bir-reqqa għad-dettall. Pereżempju, l-Assoċjazzjoni Nazzjonali tal-Manifatturi tal-Elettriku tal-Amerika ta 'Fuq (NEMA) u l-Kummissjoni Elettroteknika Internazzjonali Ewropea (IEC) juru bosta differenzi fil-klassifikazzjonijiet tal-muturi u tas-sewqan.
Fatturi li għandhom jiġu kkunsidrati meta jintgħażlu muturi, drives u kontrolluri jinkludu vultaġġi u tolleranzi ta 'input u output, firxiet ta' veloċità meħtieġa u ħtiġijiet ta 'regolamentazzjoni, rekwiżiti ta' torque, aċċelerazzjoni, ċikli ta' xogħol tal-ibbrejkjar, talbiet speċjali bħal rispons mgħaġġel jew tat-torque, u fatturi ambjentali inkluż ġestjoni termali.
Ir-rekwiżiti tal-komunikazzjoni jvarjaw skont il-pożizzjoni tal-apparat fil-ġerarkija tal-kontroll industrijali. Fl-eqreb saff tat-tarf tal-art tal-ħanut tal-fabbrika, protokolli bħal IO-Link jistgħu jintużaw għal sensuri u attwaturi intelliġenti, filwaqt li EtherCAT, PROFINET, Modbus, u protokolli oħra jgħaqqdu sistemi ta 'moviment, sikurezza, I/O u viżjoni.
L-ogħla saff ta’ netwerks ta’ awtomazzjoni tal-fabbrika tipikament juża Ethernet/IP biex jgħaqqad diversi kontrolluri ta’ awtomazzjoni, interfaces ta’ programmazzjoni, u s-sħab, flimkien ma’ protokolli bħal DisplayPort għal interfaces tal-magni tal-bniedem-(HMIs). Bejn dawn is-saffi, taħlita ta 'Ethernet/IP, EtherCAT, u protokolli oħra tgħaqqad il-livell tal-qasam tal-art tal-ħanut mas-saffi operattivi u ta' kontroll.
Id-dettalji huma numerużi wisq biex jiġu koperti b'mod komprensiv f'diskussjoni waħda. Minflok, dan l-artikolu jippreżenta diversi linji gwida li għandek tikkonsidra meta tispeċifika muturi, drives, u moduli ta 'komunikazzjoni, flimkien ma' eżempji ta 'applikazzjoni, ħardwer u protokoll minn [Siemens], [Phoenix Contact], [Omron Automation], Panasonic [Industrial], u [Schneider Electric].
Tibdil Focus
Muturi u drives huma elementi komuni f'ħafna sistemi ta 'awtomazzjoni industrijali. Bħala punt tat-tluq għal din id-diskussjoni, huwa utli li wieħed jifhem fejn l-effiċjenza tal-mutur tidħol f'kunsiderazzjonijiet usa 'tal-prestazzjoni tas-sistema ta' awtomazzjoni industrijali u kif inbidel l-enfasi.
L-użu ta 'muturi aktar effiċjenti jista' jiffranka sa 6% fl-enerġija. Dak tajjeb. Madankollu, iż-żieda ta' drives ta'-effiċjenza għolja u komponenti ta' appoġġ jistgħu jiffrankaw sa 30% fl-enerġija.
Meta l-attenzjoni tinbidel lejn l-ottimizzazzjoni olistika tas-sistema, jitfaċċaw il-kaċċa-vera. Billi jiġu kkunsidrati l-komponenti mekkaniċi kollha u żżid il-komunikazzjoni biex tintegra mal-Internet tal-Oġġetti Industrijali (IIoT)-li jkopru l-livelli operattivi u tal-impjant, fl-aħħar mill-aħħar jintlaħqu livelli ta' intrapriża u sħab-iffrankar sa 60% fil-konsum tal-enerġija u produttività ogħla tal-enerġija tista' tinkiseb (Figura 1).
Figura 1: Livelli mtejba ta' integrazzjoni u komunikazzjoni jistgħu jiffrankaw aktar enerġija u jagħtu spinta lill-produttività. (Sors tal-immaġni: Siemens)Eko-disinn tas-Sistemi tal-Mutur
IEC 61800-9 Parti 2, "Eko-disinn ta' Sistemi tal-Mutur - Determinazzjoni u Klassifikazzjoni tal-Effiċjenza tal-Enerġija," tista' sservi bħala riżors ewlieni. Ma tiffokax biss fuq l-effiċjenza tal-mutur iżda tagħti dettalji ta 'serje ta' fatturi ta 'prestazzjoni ta' livell ogħla għal "sistemi ta 'sewqan bil-mutur." Il-VFDs huma kkunsidrati bħala moduli ta 'sewqan kompluti (CDMs), li jinkludu "sezzjoni ta' għalf" ta 'input AC, "modulu ta' sewqan bażiku" (BDM) bħall-VFD innifsu, u "tagħmir awżiljarju" inklużi filtri ta 'input/output, ċowk tal-linja, u komponenti oħra ta' appoġġ.
L-istandard jiddefinixxi aktar Power Drive System (PDS) bħala CDM flimkien ma 'mutur. Sussegwentement, tiddeskrivi sistema bil-mutur bħala PDS flimkien ma 'tagħmir ta' kontroll tal-mutur bħal kuntatturi.
L-ogħla livell huwa l-prodott estiż, jew is-sistema ġenerali fil-Figura 1, li żżid tagħmir ta 'sewqan mekkaniku bħal gearboxes u magni tat-tagħbija. Għal fehim aktar dettaljat tal-istandard tal-effiċjenza tal-IEC 61800-9-2 PDS, ara l-artikolu "[X'inhuma t-tipi differenti ta' drajvs tal-muturi industrijali b'veloċità varjabbli?]".
Il-punt tat-tluq biex tiġi speċifikata "sistema ta 'sewqan bil-mutur" huwa l-mutur innifsu.
Konsiderazzjonijiet tal-Mutur
Meta speċifikati u użati sew, il-muturi jistgħu jkunu magni effiċjenti ħafna. Dan jagħmel l-għażla tal-mutur kompitu kritiku għad-disinjaturi tal-magni.
L-IEC jikkwantifika l-qawwa tal-mutur f'kilowatts (kW), filwaqt li NEMA juża horsepower (hp), li jagħmel l-ekwivalenza diretta sempliċi. Madankollu, IEC u NEMA jimpjegaw kalkoli ta 'effiċjenza differenti; għal disinji ta 'mutur identiċi, l-effiċjenza tal-pjanċa tal-isem IEC tista' taqbeż bi ftit il-klassifikazzjonijiet NEMA.
L-effiċjenza attwali tal-mutur hija marbuta mill-qrib ma 'applikazzjonijiet speċifiċi. Konsegwentement, l-istandards tal-effiċjenza tal-mutur huma tipikament diskussi f'termini ta 'telf ta' enerġija mnaqqas aktar milli valuri ta 'effiċjenza assoluta.
IEC 60034-30-1 jirrikonoxxi ħames klassijiet ta' effiċjenza tal-mutur, li jvarjaw minn IE1 sa IE5. It-telf tal-enerġija jonqos b'20% bejn klassijiet suċċessivi. Dan ifisser mutur IE5 "Ultra Premium" juri telf ta '20% inqas minn mutur IE4 "Super Premium". Fatturi addizzjonali jeħtieġu konsiderazzjoni. F'ċerti xenarji, muturi ta 'effiċjenza ogħla jistgħu juru fattur ta' qawwa mnaqqas (PF).
Fl-Amerika ta 'Fuq, il-klassifikazzjonijiet tal-effiċjenza tal-enerġija tan-NEMA huma inqas komuni iżda ugwalment importanti. NEMA tirrikonoxxi l-Fattur tas-Servizz tal-Mutur (SF), li mhuwiex inkluż fl-istandards IEC. Mutur NEMA b'SF ta '1.15 jista' jaħdem kontinwament f'115% tal-kapaċità nominali tiegħu, għalkemm dan jirriżulta f'temperaturi ogħla ta 'tħaddim tal-mutur, li jwassal għal ħajja mnaqqsa ta' bearing u insulazzjoni.
L-IEC jidentifika għaxar tipi operattivi jew fatturi ta 'servizz (S1 sa S10) ibbażati fuq kunsiderazzjonijiet bħal tħaddim kontinwu versus intermittenti, varjazzjoni fil-veloċità, u użu tal-brejkijiet, aktar milli SF.
NEMA u IEC huma differenti fil-firxiet ta 'vultaġġ u frekwenza tagħhom, iżda t-tnejn huma espressi fi kwantitajiet "għal kull unità" (pu). Fis-sistema pu, il-kwantitajiet huma rappreżentati bħala frazzjonijiet ta 'valur bażi. NEMA tidentifika serje ta 'vultaġġi u frekwenzi tal-muturi. L-IEC jidentifika żewġ "żoni" (Figura 2).
Figura 2: Tqabbil ta' Meded ta' Vultaġġ u Frekwenzi AC Industrijali NEMA u IEC. (Sors tal-immaġni: NEMA)
It-titjib tal-Effiċjenza tal-PDS
Id-drajvs tal-muturi huma komponenti ewlenin għall-effiċjenza tal-PDS kif definit fl-IEC 61800-9-2. Jistgħu jiġu kategorizzati f'diversi modi, bħal vultaġġ tal-mutur, livell ta 'enerġija, tip ta' moviment, applikazzjonijiet appoġġjati, u aktar. It-tipi ta 'moviment jistgħu jiġu kklassifikati bħala kontinwi jew mhux kontinwi. Ibbażat fuq il-produzzjoni tal-qawwa massima meħtieġa, jistgħu jinqasmu aktar f'kategoriji ta' prestazzjoni baxxa-, ta' prestazzjoni medja u ta' prestazzjoni għolja.
Tipi ta ' drajv differenti jappoġġjaw rekwiżiti distinti tas-sistema. Servo drives u muturi huma-adattati tajjeb għal applikazzjonijiet bħar-robotika li jeħtieġu aċċelerazzjoni rapida, deċelerazzjoni, u pożizzjonament preċiż. Soft starters huma ideali għal tħaddim kontinwu, bħal conveyors li jibbenefikaw minn startjar u waqfiet bla xkiel. Il-VFDs jintużaw ħafna f'diversi makkinarju industrijali.
Ċerti linji ta 'prodotti VFD huma ottimizzati għal operazzjonijiet bħal ippumpjar, ventilazzjoni, kompressjoni, applikazzjonijiet mobbli, jew magni. Is-serje Siemens SINAMICS G120 drives għal skopijiet ġenerali - huma kklassifikati minn 0.55 sa 250 kW (0.75 sa 400 hp) u huma adattati għal applikazzjonijiet industrijali ġenerali fl-industriji tal-karozzi, tat-tessuti u tal-ippakkjar.
Il-mudell [6SL32203YE340UF0] jaħdem fuq qawwa ta' tliet fażijiet b'firxa ta' vultaġġ ta' input ta' 380 sa 480 Vac ±10% / -20%. Fl-Ewropa, muturi kklassifikati 22 sa 30 kW huma speċifikati għal tħaddim ta '400 V, filwaqt li fl-Amerika ta' Fuq, muturi ratati 30 sa 40 hp huma kklassifikati għal 480 V (Figura 3).
Figura 3: Dan il-VFD jista 'jintuża b'muturi ratati minn 22 sa 30 kW, skont il-vultaġġ operattiv. (Sors tal-immaġni: DigiKey)
Il-VFDs mhumiex l-unika ċavetta għal disinn effiċjenti tal-PDS. L-artiklu "[X'inhuma l-Prodotti ta' Appoġġ Jinħtieġu biex Jimmassimizzaw l-Impatt tal-Użu ta' VFDs u VSDs? - Parti 1]" jirrevedi xi komponenti ta' appoġġ essenzjali.
Komunikazzjoni u Ottimizzazzjoni tas-Sistema
Għalkemm il-muturi u d-drajvs jgħixu fl-ewwel livell jew fil-qasam tal-art tal-fabbrika, mhumiex l-aktar saff baxx fil-ġerarkija tal-komunikazzjoni tal-Industrija 4.0. Din il-pożizzjoni tappartjeni għal funzjonijiet tal-Livell 0 bħal sensuri u attwaturi. Barra minn hekk, jeżistu diversi livelli 'l fuq mil-livell tal-qasam. Biex timmassimizza l-effiċjenza, il-produttività u s-sostenibbiltà ġenerali ta' impjant tal-Industrija 4.0, komunikazzjoni f'waqtha u effiċjenti mill-ġerarkija tal-komunikazzjoni sal-cloud hija essenzjali. Il-protokolli li ġejjin jiffaċilitaw il-konnettività tal-cloud:
- uOPC PubSub Bridge jintegra flussi tad-dejta tat-teknoloġija operazzjonali multipli (OT).
- MOTT Broker jirċievi messaġġi u jgħaddihom lill-utenti bbażati fuq suġġetti ta 'messaġġi.
Livell 1 jinkludi aktar minn sempliċiment drives u muturi. Fieldbus Master Units (FMUs) jiffaċilitaw il-komunikazzjoni u jissimplifikaw l-integrazzjoni ta 'drives u apparati oħra. L-FMUs jappoġġjaw diversi protokolli inklużi PROFINET, PROFIBUS, DeviceNet, CANopen, u aktar. L-użu tal-FMUs jippermetti konnettività indipendenti tal-manifattur-.
Il-mudell [AFP7NPFNM] ta' Panasonic huwa FMU PROFINET. Hija għandha librerija ta 'funzjoni integrata b'softwer ta' programmar, li tnaqqas b'mod sinifikanti l-ħin ta 'żvilupp għal soluzzjonijiet ta' applikazzjoni speċifiċi.
Sensuri, Attwaturi, u Livell ta' Sigurtà 0
Biex timmassimizza l-iffrankar tal-enerġija tal-PDS fil-VFDs, il-konnettività trid titnaqqas għal-Livell 0. L-integrazzjoni ta’ sensuri, attwaturi, u apparat ta’ sikurezza bħal purtieri tad-dawl fil-Livell 0 tagħti spinta sinifikanti lill-effiċjenza, u tikseb iffrankar tal-enerġija li jaqbeż it-30%.
Protokolli komuni għall-konnessjoni tal-funzjonijiet tal-Livell 0 jinkludu DeviceNet, HART, Modbus, u IO-Link. IO-Link hija protokoll minn punt-sa-punt li jgħaqqad sensuri u attwaturi ma' kontrolluri ta'-livell ogħla. Disponibbli kemm bħala standards bil-fili kif ukoll mingħajr fili, huwa dejjem aktar skjerat fl-Industrija 4.0 bħala alternattiva kost-effettiva.
[Omron's NX-ILM400] IO-Link master units jistgħu jħalltu I/O standard ma' I/O sinkroniku ta'-veloċità għolja. I/O diġitali standard joffri 16-il konnessjoni għal kull unità, b'għażliet li jinkludu:
- Erba 'sensors bi 3 wajers b'provvista ta' enerġija
- Tmien inputs ta 'kuntatt b'2 wajers jew outputs ta' attwatur
- Sittax-il konnessjoni b'1 wajer għal sensuri u attwaturi konnessi ma 'provvista ta' enerġija komuni
PDS Livell 2 u ogħla
Komunikazzjoni ta'-livell għoli ttejjeb l-operazzjonijiet fuq il-post, iżda hija essenzjali biex timmassimizza l-effiċjenza u l-produttività organizzattiva. Mil-Livell 2 sal-Livelli 3 u 4, is-sħaba teħtieġ protokolli bħal Ethernet/IP, EtherCAT, u Modbus TCP/IP.
Apparati użati biex jiġu stabbiliti dawn il-konnessjonijiet jinkludu Kontrolluri Loġiċi Programmabbli (PLCs) jew Kompjuters Personali Industrijali (IPCs). Il-PLCs huma kompjuters ottimizzati għall-awtomazzjoni u l-kontroll industrijali. F'applikazzjonijiet tipiċi, PLC jimmonitorja l-inputs minn magni u sensuri assoċjati, jieħu deċiżjonijiet ibbażati fuq l-ipprogrammar tiegħu, u jibgħat outputs ta 'kontroll.
Filwaqt li l-IPCs jistgħu jwettqu funzjonijiet-bħal PLC, huma apparati għal skopijiet aktar ġenerali-. Li jmexxu sistemi operattivi bħall-Linux jew il-Windows, jaċċessaw firxa usa' ta' għodod tas-softwer u tipikament jgħaqqdu ma' HMIs (għalkemm ħafna PLCs jgħaqqdu wkoll ma' HMIs). Il-PLCs għandhom tendenza li jkunu ċċentrati fuq il-magni-, filwaqt li l-IPCs joffru aktar kapaċitajiet operattivi.
Id-distinzjoni bejn PLCs u IPCs hija dejjem aktar mċajpra. Pereżempju, il-PLC [1069208] ta' Phoenix Contact imexxi s-sistema operattiva Linux. Bħal PLCs tradizzjonali, jista 'jiġi pprogrammat bl-użu ta' Flowchart Simboliku (SFC), Ladder Diagram (LD), Function Block Diagram (FBD), u Structured Test (ST). Jinkludi tliet interfaces Ethernet indipendenti u jista 'jqabbad ma' PROFICLOUD.
Schneider Electric joffri l-[HMIBMIEA5DD1E01] IIoT Edge Box għal applikazzjonijiet li jibbenefikaw minn kapaċitajiet IPC. Dan id-disinn bla fann jinkorpora proċessur Intel Atom Apollo Lake E3930 dual-core li jaħdem f'1.8 GHz. Fiha slot ta 'espansjoni mini PCIe wieħed u disa' portijiet ta 'komunikazzjoni.
Konklużjoni
Dan l-artikolu jiddeskrivi fil-qosor xi linji gwida li d-disinjaturi għandhom jikkunsidraw meta jispeċifikaw muturi, drives, u moduli ta 'komunikazzjoni għall-installazzjonijiet tal-Industrija 4.0. Huwa bogħod milli eżawrjenti. L-iskop tiegħu huwa li jipprovdi ikel għall-ħsieb u xi riżorsi għal aktar riċerka.