Tehokkuuden ja kestävyyden edistäminen erilaisilla toimialoilla liike- ja ohjausratkaisujen avulla

Kuva 1: Vesipumppuja suuressa voimalaitoksessa. (Kuvan lähde: Shutterstock)

Teollisuusyritykset etsivät kaikkialla maailmassa ratkaisuja toimintojensa optimointiin ja hiilijalanjäljen minimointiin ympäristöhaasteiden sekä kestävän elektroniikan tarpeen vuoksi. Prosesseja täytyy valvoa energiankulutuksen vähentämiseksi, jätemäärän minimoimiseksi ja tuloksen maksimoimiseksi toimialasta riippumatta.

Liike- ja ohjaustuotteita käytetään yhdessä mekaanisten elementtien liikkeen, nopeuden ja asennon hallintaan elektroniikkasovelluksissa. Nämä tuotteet on suunniteltu liikkeiden eri osa-alueiden tarkkaan, tehokkaaseen ja luotettavaan ohjaukseen, jotta koneet ja laitteet voivat suorittaa toimintonsa optimaalisella tehokkuudella ja minimaalisilla virheillä.

DigiKey, elektroniikkakomponenttien maailmanlaajuinen jakelija, tarjoaa laajan valikoiman eri toimittajien liike- ja ohjaustuotteita, joiden avulla asiakkaat voivat parantaa automaatiojärjestelmiensä kestävyyttä ja tehokkuutta.

Liike- ja ohjausjärjestelmien ydinkomponentit

Liike- ja ohjausratkaisujen ydinkomponentteja ovat sähkömoottorit, joita käytetään ensisijaisena keinona muuntaa sähköenergia mekaaniseksi energiaksi. Eri sovelluksissa käytetään eri tyyppisiä moottoreita, joista kukin tarjoaa ainutlaatuisia ominaisuuksia ja etuja. Esimerkiksi AC-moottorit ovat tunnettuja kestävyydestä, tehokkuudesta ja kyvystä toimia suurilla nopeuksilla, mikä tekee niistä optimaalisia käytettäväksi teollisuuskoneissa, LVI-järjestelmissä ja muissa sovelluksissa, joissa luotettava ja pitkäaikainen suorituskyky on tärkeää. DC-moottorit puolestaan tarjoavat erinomaisen vääntömomentin ja nopeuden ohjauksen, joten ne soveltuvat hyvin tarkkaa liikettä vaativiin sovelluksiin, kuten robotiikkaan ja autojärjestelmiin. Askelmoottorit mahdollistavat erittäin tarkan asemoinnin, ja niitä käytetään 3D-tulostimissa, CNC-koneissa ja muissa laitteissa, jotka vaativat tarkkaa, inkrementaalista liikettä. Servomoottoreita, joilla on nopea vasteaika ja korkea vääntömomentti, käytetään nopeita ja tarkkoja liikkeitä vaativissa sovelluksissa, kuten ilmailu- ja avaruusjärjestelmissä.

Liike- ja ohjausratkaisut perustuvat monenlaisiin taajuusmuuttajiin ja ohjaimiin, jotta moottoreiden toimintaa voidaan ohjata ja säätää tehokkaasti. Taajuusmuuttajia (VFD) käytetään AC-moottoreiden nopeuden ja vääntömomentin hallintaan, ja ne mahdollistavat tasaisen ja tehokkaan toiminnan sekä energiansäästöt. Erityisesti servomoottoreita varten suunnitellut servokäytöt tarjoavat suljetun silmukan ohjauksen ja mahdollistavat erittäin tarkan asemoinnin ja liikkeen. Liikeohjaimia, jotka pystyvät ohjaamaan samanaikaisesti useiden akselien liikkeitä, käytetään kompleksisissa sovelluksissa, joissa ne koordinoivat ja synkronoivat eri komponenttien liikettä mahdollistaen sujuvan ja tarkan toiminnan.

Myös aktuaattoreilla on ratkaiseva rooli liike- ja ohjausjärjestelmissä, sillä ne vastaavat energian muuntamisesta liikkeeksi ja voiman tuottamisesta mekaanisten komponenttien liikuttamiseen. Hydraulisia aktuaattoreita, jotka tunnetaan niiden korkeasta voimantuotosta ja kyvystä käsitellä raskaita kuormia, käytetään muun muassa rakennus- ja teollisuuskoneissa, joissa tarvitaan raakaa voimaa. Pneumaattisia aktuaattoreita, jotka käyttävät paineilmaa liikkeiden tuottamiseen ja jotka mahdollistavat nopeat vasteajat, käytetään nopeita, toistuvia liikkeitä vaativissa sovelluksissa, kuten pakkaus- ja kokoonpanolinjat. Sähköiset aktuaattorit, mukaan lukien lineaariset ja kiertotyyppiset, mahdollistavat tarkan ohjauksen esimerkiksi lääketieteen, autoteollisuuden ja ilmailu- ja avaruusalan laitteissa ja laitteistoissa.

Kuva 2: Robottikamerajärjestelmä näköanturilla älytehtaassa. (Kuvan lähde: Shutterstock)

Anturit, takaisinkytkentälaitteet ja ohjausjärjestelmät

Antureita ja takaisinkytkentälaitteita käytetään liikkeen eri osa-alueiden valvontaan ja mittaukseen liike- ja ohjausjärjestelmien mahdollisimman tarkan ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi. Asentoanturit, kuten lineaariset ja kiertopotentiometrit, antavat reaaliaikaista tietoa mekaanisten elementtien tarkasta sijainnista ja mahdollistavat tarkan asemoinnin ja seurannan. Inkrementaalisia ja absoluuttisia enkoodereita käytetään pyörivien akselien kulma-asennon ja nopeuden mittaukseen, mikä mahdollistaa nopeuden ja asennon tarkan ohjauksen. Resolverit ovat samanlaisia kuin enkooderit, mutta ne on suunniteltu vaativiin ympäristöihin. Ne tarjoavat lisäksi korkean tarkkuuden ja luotettavuuden herkissä sovelluksissa.

Kaikki nämä komponentit linkitetään yhteen ohjausjärjestelmissä, jotka organisoivat ja hallinnoivat liike- ja ohjausratkaisujen yhteistoimintaa. Ohjelmoitavat logiikkaohjaimet (PLC), ohjaukseen ja automaatioon suunnitellut kestävät teollisuustietokoneet, käsittelevät monia tulo- ja lähtösignaaleja samanaikaisesti tehdasautomaatiossa, prosessinohjauksessa ja muissa sovelluksissa. Teollisuustietokoneita, jotka tarjoavat PLC-ohjaimia paremman joustavuuden ja prosessointitehon, käytetään usein yhdessä edistyneiden liikeohjausohjelmistojen kanssa liikeohjausalgoritmien simulointiin kompleksisissa moniakselijärjestelmissä.

Liike- ja ohjauskomponentit teollisuussovelluksissa

Liike- ja ohjausratkaisut ovat ratkaisevan tärkeitä tehokkuuden, tarkkuuden ja tuottavuuden lisäämiseksi monenlaisissa teollisuusprosesseissa. Niillä hallitaan esimerkiksi robottikäsivarsien ja työstökoneiden kaltaisia laitteita teollisten toimintojen tehostamiseksi ja virheiden minimoimiseksi. Autoteollisuuden tehtaissa ja varastoissa liike- ja ohjausjärjestelmät koordinoivat teollisuusrobottien, yhteistyörobottien (cobottien) ja autonomisten mobiilirobottien (AMR) liikkeitä esimerkiksi käsittely-, kokoonpano- ja tarkastustehtävien suorittamisessa. Vastaavasti teollisuuden pakkaussovelluksissa liike- ja ohjausratkaisut keräävät ja kuljettavat laatikoiden ja kuormalavojen kaltaisia tuotteita kuljetinjärjestelmien, lajittelukoneiden ja automaattisten varastointi- ja hakujärjestelmien (AS/RS) avulla.

Lääketieteen sektorilla liike- ja ohjausjärjestelmät muokkaavat tapaa, jolla terveydenhuoltoa tarjotaan ja tutkimusta tehdään. Ne mahdollistavat tarkan asemoinnin, annostelun ja automaation lääketieteellisissä laitteissa ja laitteistoissa, kuten kirurgisissa roboteissa, diagnostisissa kuvantamisjärjestelmissä ja laboratoriolaitteissa. Liike- ja ohjauskomponentteja käyttävillä kirurgisilla roboteilla voidaan esimerkiksi suorittaa toimenpiteitä tarkasti ja minimaalisen invasiivisesti, mikä lyhentää potilaiden toipumisaikoja ja parantaa kokonaistuloksia. Myös lääketutkimuslaboratorioiden automatisoidut nesteenkäsittelyjärjestelmät käyttävät liike- ja ohjausjärjestelmiä reagenssien tarkkaan annosteluun ja sekoittamiseen, mikä sujuvoittaa lääkekehitysprosessia ja nopeuttaa uusien hoitojen kehittämistä.

Myös ilmailu-, avaruus- sekä puolustusteollisuus ovat riippuvaisia tarkoista liike- ja ohjausratkaisuista kriittisissä sovelluksissa, kuten satelliittipaikannuksessa, lentokoneiden ohjausjärjestelmissä ja ohjusten ohjaamisessa. Näillä sektoreilla pienikin poikkeama aiotusta liikkeestä tai asennosta voi aiheuttaa katastrofaalisen vaikutuksen. Liike- ja ohjaustekniikat varmistavat, että nämä järjestelmät toimivat erittäin tarkasti ja luotettavasti, jotta satelliitit pysyvät kiertoradoilla, lentokoneet lentävät turvallisesti ja ohjukset saavuttavat kohteensa. Lisäksi nämä ratkaisut mahdollistavat uusien ilmailu-, avaruus- ja puolustusteknologioiden kehittämisen ja testaamisen, jolloin insinöörit voivat simuloida ja validoida kompleksisia järjestelmiä ennen niiden varsinaista käyttöönottoa.

DigiKeyn monitoimittajastrategian ymmärtäminen

Tekemällä yhteistyötä useiden toimittajien kanssa DigiKey varmistaa, että insinööreillä ja järjestelmäsuunnittelijoilla on saatavilla laaja valikoima tuotteita. Tämä strategia ei ainoastaan lisää monipuolista tuotevalikoimaa, vaan myös parantaa saatavuutta, edistää kilpailukykyistä hinnoittelua ja tarjoaa pääsyn runsaaseen tekniseen asiantuntemukseen. Yksi DigiKeyn monitoimittajakonseptin selkeä etu on kyky vastata teollisuuden monenlaisiin vaatimuksiin. DigiKeyn valikoimasta löytyy ratkaisu kaikkiin sovelluksiin, olipa kyse sitten kompaktista askelmoottorista tarkkuusmittalaitteisiin tai suuren vääntömomentin servokäytöstä raskaaseen automaatioon. Tämän monimuotoisuuden ansiosta insinöörit voivat löytää omiin erityistarpeisiinsa sopivimmat tuotteet, joilla voidaan optimoida järjestelmän kokonaissuorituskyky ja -tehokkuus. Lisäksi hankkimalla tuotteita useilta toimittajilta DigiKey minimoi toimitusketjun häiriöiden riskiä – kun yhdellä valmistajalla on tuotanto-ongelmia tai viivästyksiä, vaihtoehtoisia tuotteita voidaan hankkia muilta toimittajilta taaten asiakkaille luotettava ja yhdenmukainen toimitus. Tämä joustavuus on ratkaisevaa teollisuuslaitoksissa, joissa pienikin seisokki voi vaikuttaa merkittävästi resursseihin, budjetteihin ja toimintaan.

Edistyneitä liike- ja ohjaustuotteita alan johtavilta yrityksiltä

DigiKeyn kumppanuudet johtavien valmistajien kuten Schneider Electricin, Siemensin ja Omronin kanssa osoittavat sen sitoutumisen laatuun ja innovointiin. Nämä alan jättiläiset ovat tunnettuja huippuluokan liike- ja ohjausratkaisuistaan, jotka sisältävät edistyneitä ominaisuuksia ja teknologioita tehokkuuden ja kestävyyden parantamiseksi.

Schneider Electricin Altivar™-pehmokäynnistin ATS480 (kuva 3) perustuu aiempien iteraatioiden käynnistys- ja pysäytystehokkuuteen laitteiden käyttöiän pidentämiseksi ja sovellusten käytettävyyden maksimoimiseksi vaativissa ympäristöissä. Altivar 212 VSD -taajuusmuuttaja tarjoaa maksimaalisen helppokäyttöisyyden ja turvallisuuden järjestelmäintegraattoreille ja loppukäyttäjille LVI-järjestelmissä säästäen energiaa ja parantaen rakennusten mukavuutta ja hallintaa. Vastaavasti ATV320 VFD -taajuusmuuttajat tarjoavat turvallisuutta, luotettavuutta ja yksinkertaisuutta kompaktissa muodossa asennuksen ja tehokkaan tilankäytön yksinkertaistamiseksi.

Kuva 3: Schneider Electricin Altivar™-pehmokäynnistin ATS480. (Kuvan lähde: Schneider Electric)

Schneider Electricin Easy TeSys -sarjaan kuuluvat manuaaliset moottorinkäynnistimet, joihin kuuluu magneettinen suojaus 13-kertaisella enimmäisasetuksella, ruuvipuristusliitännällä varustetut termiset ylikuormitusreleet ja 3-napaiset kontaktorit, joiden käyttöikä on noin miljoona sähkökytkentäkertaa. Nämä laitteet on suunniteltu ohjaamaan ja suojaamaan tavallisia moottorisovelluksia. TeSys™ Island -kommunikaatiomoottorinkäynnistimet eliminoivat ohjausjohdotuksen ja PLC IO -laitteiden tarpeen yhdellä nauhakaapelin napsautuksella ja tarjoavat pääsyn dataan teollisuusviestintäprotokollien kautta.

Siemensin rakenteeltaan kompaktit, robustit ja kestävät SINAMICS V20 -taajuusmuuttajat soveltuvat erinomaisesti erilaisiin perusohjaussovelluksiin prosessi- ja tuotantolaitoksissa. Lisäksi SIRIUS 3RA23 -sarjan kääntökontaktorikokoonpanot estävät pää- ja ohjauspiirien johdotusvirheet. SIRIUS-kontaktorien ohjauslaitteet tarjoavat joustavia vaihtoehtoja sähkökuormien kytkentään perinteisten ja puolijohdetyyppisten toimintamekanismien avulla.

Omronin MX2-sarjan VFD-taajuusmuuttajat tarjoavat edistynyttä moottorin- ja koneenohjausta VFD-tekniikalla tarkkaa toimintaa, energiansäästöä ja vikasuojausta varten. MX2 tarjoaa edistyneen rakenteensa ja algoritmiensa ansiosta tasaisen ohjauksen aina nollanopeuteen asti sekä vääntömomentin ohjauksen avoimessa silmukassa.

Kuva 4: Schneider Electricin terminen ylikuormitusrele TeSys. (Kuvan lähde: Schneider Electric)

Automatisoidun tuotantolinjan kestävyyden parantaminen

Liike- ja ohjausteknologian vaikutusta kestävyyteen voidaan havainnollistaa tarkastelemalla automatisoitua tuotantolinjaa tuotantolaitoksessa. Nämä komponentit auttavat valmistajia saavuttamaan tavoitteensa energiankulutuksen ja jätteiden minimoinnissa ja samalla varmistamaan turvallisen ja luotettavan toiminnan – kuljetushihnanopeuksien ja pakkauskoneiden moottoreiden tarkasta ohjauksesta robottikäsivarsien integrointiin ja turvajärjestelmien käyttöönottoon:

Kuljetinjärjestelmät: Kuljetinjärjestelmillä on automatisoidussa tuotantolinjassa keskeinen rooli materiaalien ja tuotteiden kuljettamisessa valmistusprosessin eri vaiheiden välillä. Kuljetinmoottoreiden nopeutta voidaan ohjata vaadittavan tuotantonopeuden mukaisesti integroimalla järjestelmään Schneider Electricin Altivar 212 VSD- tai Omron MX2 -sarjan VFD-taajuusmuuttaja. Kun varmistetaan, että kuljetin toimii optimaalisella nopeudella, energiankulutus laskee ja mekaaniset komponentit kuluvat vähemmän. Lisäksi pehmokäynnistimet, kuten Schneider Electricin Altivar™ ATS480, mahdollistavat kuljetinmoottoreiden pehmeän käynnistyksen ja pysäytyksen, mikä vähentää mekaanista rasitusta ja pidentää laitteiden käyttöikää.

Pakkauskoneet: Pakkauskoneet ovat olennainen osa automatisoitua tuotantolinjaa, ja ne vastaavat tuotteiden käärinnästä, sinetöinnistä ja etiketöinnistä. Nämä koneet vaativat usein moottorin nopeuden ja vääntömomentin tarkkaa ohjausta, jolla varmistetaan tasainen ja tarkka pakkaaminen. Kun järjestelmään integroidaan Schneider Electricin ATV320 VFD-taajuusmuuttajat, pakkauskoneiden moottoreita voidaan ohjata korkealla tarkkuudella, mikä parantaa järjestelmän yleistä suorituskykyä ja energiatehokkuutta.

Robottikäsivarret: Robottikäsivarsia käytetään laajalti automatisoiduissa tuotantolinjoissa esimerkiksi materiaalinkäsittelyssä, kokoonpanossa ja laadunvalvonnassa. Nämä työkalut vaativat useiden liikeakselien tarkkaa ohjausta, jotta ne voivat suorittaa tehtävänsä tarkasti ja tehokkaasti. Schneider Electricin TeSys Island -kommunikaatiomoottorinkäynnistimet tarjoavat ohjauksen robottikäsivarsien moottoreille. Koska monimutkaisen johdotuksen ja PLC IO-laitteiden tarve vältetään, TeSys Island mahdollistaa myös robottikäsivarren ohjausjärjestelmän nopeamman asennuksen ja helpon konfiguroinnin. Sisäänrakennettu digitaalinen käyttöliittymä ja älykäs konfigurointityökalu yksinkertaistavat käyttöönottoa ja säätöä, ja kriittisen datan käytettävyys kommunikaatioprotokollien kautta mahdollistaa etävalvonnan ja ennakoivan huollon.

Pumput ja tuulettimet: Pumput ja tuulettimet ovat elintärkeitä komponentteja automatisoidun tuotantolinjan eri osa-alueilla, kuten jäähdytysjärjestelmissä, hydraulisissa voimayksiköissä ja ilmanvaihtojärjestelmissä. Niiden suorituskyvyn optimointi mahdollistaa energiankulutuksen vähentämisen ja takaa maksimaalisen käyttöajan. Siemensin rakenteeltaan kompaktit ja kestävät SINAMICS V20 -taajuusmuuttajat soveltuvat pumppujen ja puhaltimien ohjaukseen teollisuusympäristöissä. SINAMICS V20 -taajuusmuuttajat tarjoavat erilaisia toimintoja, kuten PID-ohjauksen, usean pumpun ohjauksen ja energiansäästötilat.

Turvajärjestelmät: Henkilöstön ja laitteiden turvallisuuden varmistaminen tuotantolaitoksissa on erittäin tärkeää. Tuotantolinjat voivat saavuttaa korkean turvallisuustason turvallisuusluokitelluilla kontaktorikokoonpanoilla, mikä vähentää onnettomuuksien ja seisokkien riskiä. Siemensin SIRIUS 3RA23 -sarjan kääntökontaktorikokoonpanoilla turvatoimintoja voidaan toteuttaa moottorinohjausjärjestelmässä. Nämä kokoonpanot integroituvat saumattomasti kansainvälisten standardien, kuten IEC 61508 ja ISO 13849-1, mukaisiin toiminnallisen turvallisuuden järjestelmiin. 3RA23-sarjan integroiduilla mekaanisilla ja sähköisillä lukitusominaisuuksilla vältetään myös johdotusvirheet ja varmistetaan käännettävien moottoripiirien turvallinen toiminta.

Kuva 5: Digitaaliseen tehdastuotantoon käytettävät älykkäät robottikäsivarret. (Kuvan lähde: Shutterstock)

Yhteenveto

Edistyneet liike- ja ohjausratkaisut ovat tehokkuuden ja kestävyyden kannalta ratkaisevia tekijöitä monilla teollisuudenaloilla. Valmistajat parantavat toimintatehokkuutta, vähentävät energiankulutusta, minimoivat materiaalihävikkiä ja pidentävät laitteiden käyttöikää integroimalla näitä teknologioita automatisoituihin tuotantolinjoihin. DigiKeyn edustama useiden valmistajien tuotevalikoima mahdollistaa sen, että insinöörit ja suunnittelijat voivat luoda järjestelmiä, jotka tarjoavat korkean suorituskyvyn ja ovat samalla ympäristöystävällisiä. DigiKey tarjoaa alustan, jonka kautta insinöörit voivat tutkia, vertailla ja hankkia omiin sovelluksiinsa sopivimmat liike- ja ohjaustuotteet.