Aktualności

Blog

Trendy przemysłowe w serwonapędach: stwórz nową jakość z Melservo J5 cz.2

Powrót do przeglądu

Udostępnij przez

Serwonapędy

Trendy przemysłowe w serwonapędach: stwórz nową jakość z Melservo J5 cz.2

06.11.202310 minut czytania

Druga część artykułu na temat trendów w branży napędowej. W tym artykule zostaną opisane kolejne wyzwania lub trendy w branży napędowej: - Krótki czas wsparcia urządzeń przez producentów - Rosnące ceny energii elektrycznej - Predictive maintenance

Krótki czas wsparcia urządzeń przez producentów

Okres czasu wsparcia urządzeń przez producentów to kwestia dotycząca szczególnie użytkowników końcowych, ale również pośrednio system integratorów i producentów maszyn. Możemy się z pewnością zgodzić, że wobec producentów urządzeń automatyki wymaga się możliwie najdłuższego czasu wsparcia. Średnio, po wycofaniu produktu z rynku jeszcze przez ok. 10 lat¹większość producentów wspiera wycofane serie umożliwiając zakup części zamiennych. Co po tym okresie? Zazwyczaj zostaje tylko kosztowna wymiana wszystkich napędów na danej aplikacji lub szukanie używanych części w sklepach internetowych, ponieważ bardzo mały procent tych firm zapewnia kompatybilność wsteczną nowszych serii z starszymi².

W Mitsubishi Electric od lat przykładamy największą uwagę do kompatybilności wstecznej urządzeń. Dowodem na to jest fakt, że seria MR-J5 jest w pewnym stopniu (poprzez interfejs montażowy) kompatybilna wstecznie z serią MR-J2S, która pojawiła się na europejskim rynku ponad 25 lat temu! Pełną zgodność MR-J5 osiąga z serią MR-J4, co pozwala na bardzo łatwą migracje z serii starszej na nową. Co dokładnie oznacza ta kompatybilność?

Identyczne wymiary przyłączeniowe silników oraz serwowzmacniaczy
Obsługę silników serii MR-J4 przez serię MR-J5
Specjalną wersję wzmacniaczy z interfejsem sieciowym SSCNETIII/H (MR-J5-B) używanym w poprzedniej serii napędów
Współdziałanie w obrębie jednej aplikacji serwonapędów serii starszej z nowszą w trybie kompatybilności
Oprogramowanie umożliwiające łatwą konwersję parametrów pomiędzy jedną a drugą serią

Kompatybilność wsteczna serii MR-J5 w stosunku do serii MR-J4 zapewniona jest na kilku płaszczyznach: hardware oraz software:

Oczywiście możliwość migracji to nie wszystko dlatego urządzenia projektowane są do bezawaryjnej pracy w okresie min. 10 lat (okres życia kondensatorów wygładzających, elementów, które najszybciej wykazują objawy normalnego zużycia), a same części zamienne dostępne są w okresie 20 lat po wycofaniu serii. To, razem z kompatybilnością wsteczną pozwala na:

Redukcje kosztów eksploatacji maszyny
Redukcje przestojów
Wzrost zaufania dla producenta, wyposażającego maszyny w komponenty wysokiej trwałości

___________________________________________

^[1]Dane uśrednione z informacji podawanych przez 10 wiodących producentów serwonapędów dostępnych na europejskim rynku

^[2] Pełną kompatybilność wsteczną zapewnia tylko 1 z 10 analizowanych firm

Rosnące ceny energii elektrycznej

W ostatnich latach szczególnie doświadczamy wzrostowego trendu ceny energii elektrycznej. Raczej każdy zgodzi się z opinią, że obecne społeczeństwo nie jest w stanie poradzić sobie bez elektryczności. Jak można się więc domyślić, wzrost cen tej energii bezpośrednio koreluje z wydatkami zakładów przemysłowych, dlatego ostatnie podwyżki bardzo negatywnie odbiły się na ich kondycji finansowej. Jak to wygląda w liczbach?

Przedsiębiorstwa działające w sektorze energetycznym zobowiązane są do nabywania i opłacania uprawnień EU-ETS, czyli Unijnego Systemu Handlu Emisjami, który stanowią kluczowy element unijnej polityki zmierzającej do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. Uprawnienia EU-ETS są rodzajem zezwolenia, które przedsiębiorstwa w UE muszą posiadać, aby legalnie emitować gazy cieplarniane. Jest to bardzo istotne w kontekście cen energii elektrycznej, ponieważ wzrost cen uprawnień bezpośrednio koreluje ze wzrostem ceny energii. Spójrzmy na poniższy wykres z cenami uprawień EU-ETS na rynku pierwotnym.

Jak można zauważyć na wykresie w przeciągu ostatnich 3 lat cena energii elektrycznej wzrosła o ponad 300% w porównaniu do lat poprzednich3. Trend ten podyktowany jest sytuacją geopolityczną skutkującą zwiększeniem cen surowców, w szczególności gazu ziemnego, węgla oraz ropy naftowej, z których między innymi produkuje się energię elektryczną (w Polsce udział paliw kopalnych w produkcji energii elektrycznej wynosi rekordowe 85%4). Użycie źródeł nieodnawialnych jako głównego surowca energetycznego niesie ze sobą przykre konsekwencje, nie tylko te oczywiste, klimatyczne, ale również finansowe dla spółek przemysłów energetycznego. Dlaczego?

Wprawne oko po pierwszym spojrzeniu na niego zauważy podobieństwo przebiegu krzywej
w stosunku do wykresu cen energii. Dlaczego poruszamy ten temat? Jest to bezpośredni dowód na to, że nawet po ustabilizowaniu się sytuacji geopolitycznej ceny energii elektrycznej dla Polski będą wciąż stopniowo rosły. Polityka UE odnośnie klimatu oraz kolejne cele ekologiczne (projekty typu „Fit for 55”) wskazują, że trudno się spodziewać w najbliższych latach trendu odwrotnego.

Jak więc bronić się przed podwyżkami cen?

Z podwyżkami cen i polityką energetyczną trudno walczyć, ale można ograniczyć ilość wykorzystywanej energii elektrycznej poprzez zastosowanie energooszczędnych urządzeń. Przykładem systemu pozwalającego na redukcję ilości dostarczanej do niego energii jest system wspólnej szyny DC MR-J5D wspomniany we wcześniejszych rozdziałach tego artykułu.

Serwonapędy działające w obrębie wspólnej szyny DC podlegają zjawisku tzw. rekuperacji energii, czyli odzyskiwaniu energii mechanicznej powstającej podczas hamowania napędem (np. w wyniku zjeżdżania w dół osią pionową) z powrotem do systemu serwo. Energia ta następnie rozdzielana jest pomiędzy pozostałe napędy działające w cyklu napędzania. W standardowych rozwiązaniach energia powstająca podczas hamowania rekuperacyjnego tracona jest w postaci ciepła na rezystorach hamujących.

Napędy serii MR-J5D pozwalają na zaoszczędzenie nawet do 70%5 energii elektrycznej wykorzystywanej na pracę napędu serwo w zależności od typu aplikacji, w których zostały zastosowane. W połączeniu z wysokosprawnymi serwosilnikami (średnio 90% sprawność w zakresie mocy 0.1 – 2 kW) serii HK- koszty zasilania układu napędowego i jego pracy mogą spaść nawet kilkukrotnie.

Rysunek obok przestawia schemat budowy systemów serii napędów MR-J5D.

___________________________________________

[3] w pierwszych II kwartałach 2023 roku cena za MWh średnio wynosiła 820.57 zł, z kolei średnia za 2020 rok to 252.69 zł czyli jest to 325 procentowy wzrost

[4] dane za rok 2022, źródło: raport „Transformacja energetyczna w Polsce, Edycja 2023” autorstwa Forum Energii

[5] źródło: A. Buryło: „Ocena wpływu systemów regeneracyjnych na energooszczędność napędów serwo”, Kraków, 2023, Politechnika Krakowska

Predictive maintenance

Szeroko pojęta sztuczna inteligencja to temat, który nieprzerwanie towarzyszymy każdemu od co najmniej roku. Ciężko znaleźć osobę, która nie słyszała o ChatGPT lub innych narzędziach bazujących na AI, które pomagają w codziennych obowiązkach nie tylko w pracy, lecz również w życiu osobistym. Gdzie można znaleźć sztuczną inteligencję w automatyce przemysłowej? Większość osób prawdopodobnie wskaże na złożone systemy rozproszone, oparte na potężnych serwerach i przetwarzaniu chmurowym. Niekoniecznie musi to być prawdą. Sztuczna inteligencja może być wykorzystywana również w mniejszych aplikacjach i implementowana w standardowych urządzeniach, jak na przykład roboty przemysłowe, falowniki czy właśnie serwonapędy. Maisart (Mitsubishi Electric’s AI creates the State-of-the-ART in technology) to technologia sztucznej inteligencji od Mitsubishi Electric, wykorzystywana w wielu urządzeniach automatyki. Doskonałym przykładem jej implementacji jest funkcja predictive maintenance – Machine Diagnosis Function zainstalowana we wzmacniaczach serw serii MELSERVO J5. Z jej użyciem, możliwe jest zastosowanie podejście predykcyjnego nie tylko do elementów systemu napędowego, ale również podłączonej do niego mechaniki – śrub kulowych, napędów pasowo-zębatych oraz przekładni mechanicznych.

Funkcja Machine Diagnosis pozwala na wykorzystanie serwonapędu nie tylko w roli elementu wykonawczego aplikacji, ale również jako jej zawansowanego czujnika. Serwo ma możliwość badania aktualnej kondycji oraz przewidywać pierwsze oznaki awarii elementów mechanicznych na podstawie estymowanych wartości tarcia i wibracji w przypadku śrub kulowych lub wartości zmian naciągu pasa w napędach pasowych

Zastosowanie tych funkcji znacząco skraca przestoje w zakładach produkcyjnych bardzo małym kosztem, ponieważ każdy napęd serii MR-J5 standardowo jest w nie wyposażony. Sztuczna inteligencja kojarzy się często ze skomplikowanymi algorytmami wymagającymi kadry eksperckiej do ich implementacji. Maisart w napędach serwo, korzystając z algorytmów nauczania maszynowego eliminuje ten problem. Ustawienie i włączenie funkcji zajmują dosłownie kilka minut, a skomplikowanie procesu kończy się na ustawieniu kilku parametrów bezpośrednio w serwowzmacniaczu.

Machine Diagnosis Function może być pierwszym krokiem ewolucji produkcji w stronę Przemysłu 4.0 – kierunku, który prędzej czy później każde przedsiębiorstwo produkcyjne będzie musiało obrać, żeby pozostać konkurencyjnym6. Dodatkowo, w przypadku producentów maszyn użycie funkcji predykcyjnych zwiększy zaufanie klientów i serwisowalność maszyn. Dzięki Machine Diagnosis przestój związany z wymianą można zaplanować z wyprzedzeniem bez narażania się na duże starty w przypadku awarii.

___________________________________________

[6] Przewiduje się, że wielkość globalnego rynku Przemysłu 4.0 wyniesie 165.5 USD do 2026 r. z 73.9 mld USD zanotowanego w 2022 r. przy założonej rocznej stopie wzrostu wynoszącej 20.6% (wzrost pomiędzy 2021-2022 wynosił 39.12%). Źródło: „Industry 4.0 Market Size, Share & Industry Growth Analysis Report by Technology (Industrial Robots, Blockchain, Industrial Sensors, Industrial 3D Printing, Machine Vision, HMI, AI in Manufacturing, Digital Twin, AGV's, Machine Condition Monitoring) and Geography - Global Growth Driver and Industry Forecast to 2026”, Market&Markets

Podsumowanie

Mamy nadzieję, że przedstawiony artykuł był w stanie choć trochę przybliżyć kierunki, które obecnie obiera przemysł maszynowy. Podlega on ciągłej ewolucji, żeby sprostać wyzwaniom, które są przed nim stawiane a nasza firma ewoluuje wraz z nim. Seria MELSERVO J5 powstała po to, żeby dać szansę klientom Mitsubishi Electric na stawienie czoła aktualnym trendom i wyzwaniom oraz obranie tych, które dopiero zaczynają się kreować.

Oczywiście w jednym artykule nie jesteśmy w stanie przekazać wszystkich funkcjonalności i parametrów serii dlatego zachęcamy do zapoznania się z naszą stronę produktową, gdzie można dowiedzieć się więcej o MR-J5 oraz pozostałych serwonapędach z naszego portfolio z: AC Servos-MELSERVO | Products | MITSUBISHI ELECTRIC Factory Automation

Materiał pochodzi z serii „MELSERVO J5 Perfect match for your company”. Zachęcamy do śledzenia informacji o kolejnych artykułach, w których będzie można dowiedzieć się m.in. jak radzić sobie z wysokim momentem bezwładności w aplikacjach, czym dokładnie jest funkcja Machine Diagnosis, jak projektować aplikacje energooszczędne oraz jak optymalizować koszty budowy maszyn używając serii MR-J5.

W jaki sposób radzić sobie z momentem bezwładności w aplikacjach wymagających precyzyjnego pozycjonowania?

07.05.2024

Systemy serwonapędowe są kluczowe dla precyzyjnych aplikacji z uwagi na ich szybką reakcję. Odpowiedni dobór serwonapędu, uwzględniający moment bezwładności obciążenia, gwarantuje optymalną wydajność napędu oraz stabilność działania. W dalszej części artykułu omówimy znaczenie momentu bezwładności i strategie doboru serwonapędu, które maksymalizują jego efektywność.

8 minut czytaniaCzytaj więcej

Tematy