Blog

W tym artykule przedstawimy wiodące trendy w rozwiązaniach napędowych oraz zaprezentujemy jak firma Mitsubishi Electric ustosunkowuje się do tych zmian poprzez wprowadzenie na rynek najnowszej serii rozwiązań serwonapędowych – MR-J5. Przyjrzymy się, jak nowe technologie redefiniują standardy wydajności i bezpieczeństwa w przemyśle oraz jakie korzyści przynoszą producentom i użytkownikom maszyn. Wreszcie, dowiemy się, dlaczego serwonapędy stanowią kluczowy element przyszłości przemysłu i dlaczego warto przyjrzeć się bliżej oferowanym przez nas rozwiązaniom, aby być na czele tych rewolucyjnych zmian. 

Każdy trend przemysłowy został opisany w jednym rozdziale. Pierwsza część artykułu składa się z następujących części: 

• Pogoń za dokładnością i wydajnością
• Bezpieczeństwo maszyn i urządzeń
• Wykorzystanie różnych protokołów sieciowych w obrębie tej samej aplikacji
• Zmniejszenie gabarytów maszyn

Gdyby w skrócie przedstawić główny cel stawiany przez każdym projektantem maszyn przemysłowych moglibyśmy napisać „maksymalizacja wydajności przy zachowaniu możliwie najniższych kosztów”. Oczywiście podejście jest logiczne – szybciej pracująca maszyna oznacza większy nakład produkcyjny, a więc większe zyski dla danego przedsiębiorstwa. W ostatnich latach szczególnie łatwo zauważyć ten trend na polskim rynku. Zwiększona konkurencja firm specjalizujących się w produkcji maszyn powoduje zwiększony popyt na ich wydajność. To zjawisko ma swoje odbicie w zapotrzebowaniu na systemy napędów serwo. Według badania przeprowadzonego przez Interact Analysis, światowa branża w 2021 r. urosła o 21.6% a w 2022 r. o 9.1%. Według przewidywań w kolejnych latach wzrost ten wyniesie średnio 5.5% każdego roku.

W Mitsubishi Electric zdajemy sobie sprawę z tej tendencji, dlatego seria Melservo J5 może pochwalić się jednymi z najbardziej konkurencyjnych rozwiązań w kwestii wydajności napędów. Mówiąc o wydajności należy jednak najpierw zadać sobie pytanie w jaki sposób taką wydajność można zmierzyć? Jednym z najważniejszych czynników na nią wpływających będzie czas odpowiedzi pętli prędkościowej napędu.

Krótszy czas odpowiedzi pozwala na uzyskanie lepszej precyzji oraz wydajności działania zespołu napędowego, stad seria MR-J5 może pochwalić się najszybszą odpowiedzią pętli prędkościowej na rynku wynoszącą 3.5 kHz – każda zmiana może nastąpić 3500 razy na sekundę. Należy jednak pamiętać, że sam czas odpowiedzi wewnątrz napędu nie będzie oznaczać, że jesteśmy w stanie zmienić komendę ruchu w tym samym zakresie, gdyż ogranicza nas sieć, po której występuje wymiana danych. CC-Link IE TSN pozwoli nam na cykliczną wymianę informacji pomiędzy napędem a PLC, co każde 32.5 mikrosekundy, żeby interfejs sieciowy nie stanowił ograniczenia napędu.Wiemy już, że na wydajność maszyny wpływa czas opóźnienia sieci oraz samego napędu. Kolejną ważną kwestią będzie sam silnik jako jej element wykonawczy. W końcu to on musi wziąć na siebie faktyczną pracę. Seria MR-J5 korzysta z rozwiązań silników o konstrukcji PMSM czyli Permament Magnet Synchronous Motor lub w rodzimym języku Silniki Synchroniczne z Magnesami Trwałymi.

Z wykresu łatwo wywnioskować, że porównaniu do innych, nasze rozwiązanie napędowe jest średnio o 20% bardziej wydajne. Jest to efekt ponad 40-letniego doświadczenia w projektowaniu serwo.

Bezpieczeństwo w zakładach przemysłowych to kwestia o fundamentalnym znaczeniu, zarówno dla pracowników, jak i samego przedsiębiorstwa. Przed producentami maszyn jak i użytkownikami końcowymi stawia się obecnie o wiele więcej wymagań niż miało to miejsce jeszcze kilka lat temu. Wygrodzenie całej maszyny i w ten sposób ograniczenie kontaktu z użytkownikiem do wyłącznie sytuacji serwisowych nie zawsze jest możliwe. Coraz częściej człowiek musi pracować razem z daną aplikacją – żeby było to możliwe potrzebne są odpowiednie rozwiązania bezpieczne.

Zdając sobie sprawę z powagi tego problemu i jego ważności, seria MR-J5 wprowadza znaczne zmiany w kontekście podejścia do bezpieczeństwa. Każdy serwowzmacniacz z serii, w standardzie wyposażony jest w aż 10 funkcji bezpiecznych SIL zgodnych z IEC 61508, takich jak:

Dynamiczne środowisko przemysłowe, w którym efektywność i elastyczność stanowią kluczowe wyzwania, coraz częściej kreuje potrzebę wykorzystywania różnych protokołów komunikacyjnych i sieci w jednej maszynie. Zwiększona liczba producentów na rynku i zwiększona konkurencyjność rozwiązań powoduje, że nie rzadko niemożliwym staje się zastosowanie tylko jednego interfejsu sieciowego w aplikacji. To podejście otwiera również nowe możliwości i zapewnia większą swobodę w projektowaniu oraz integracji maszyn i rządzeń przemysłowych.

Pełne wsparcie kontrolerów EtherCAT: MR-J5 bez problemu połączy się z sterownikami ruchu obsługującymi sieć EtherCAT. Pozwala to np. na pełną synchronizację napędów w obrębie sieci z cyklem 125 µs. Zgodność ze standardem CiA402 Drive Profile pozwala na zachowanie zgodności z pozostałymi elementami sieci i ułatwia programowanie poprzez kompatybilność z PLCopen.

Zgodność z funkcjami komunikacyjnymi CoE, FoE, EoE czyli CANopen over EtherCAT, File over EtherCAT oraz Ethernet over EtherCAT. Każdy z protokołów pozwala na użycie innej funkcjonalności sieci jak przesyłanie plików czy przekazywanie danych, np. diagnostycznych. Seria MR-J5 znajduje również dodatkowe zastosowania tych protokołów często niewspierane przez producentów napędów z EtherCAT jak na przykład, możliwość wywoływania autotuningu napędów serwo po sieci (możliwe dzięki kompatybilności z EoE).

Zgodność z Fail Safety over EtherCAT (FSoE) Jak wspomniano w poprzednim rozdziale, bezpieczeństwo maszyn i urządzeń jest jednym z priorytetów w przemyśle. MR-J5 oferuje obsługę funkcji FSoE, co pozwala na użycie funkcjonalnego bezpieczeństwa bezpośrednio po sieci EtherCAT. Otwiera to drzwi do zaawansowanych funkcji monitorowania oraz zatrzymywania awaryjnego wbudowanych w naszą serię napędową bez potrzeby fizycznego połączenia sygnałów.

Ponadto, wystarczy również zainstalować tylko jeden filtr zakłóceń EMC/ EMI.Niewątpliwe mniejsza szafa elektryczna to bardzo duża zaleta, jednakże częściej miejsca brakuje w części roboczej aplikacji. W jaki sposób poradzić sobie z tym problemem? Wystarczy zamontować mniejsze napędy! Silniki serii MR-J5 są nawet o 40% krótsze niż tożsame rozwiązania dostępne na rynku. Zastosowana technologia budowy cewki oraz enkodera pozwoliła na zaprojektowanie jednych z najbardziej kompaktowych rozwiązań na rynku.