Siemens SINAMICS -ajokoneet: Energiatehokkuuden ja käyttöturvallisuuden edistäminen digitaalisessa teollisuudessa

Nykyisessä nopeasti muuttuvassa teollisuuskentässä valmistajat kohtaavat yhä suurempaa painetta tuottavuuden parantamiseksi, energiankulutuksen vähentämiseksi ja käyttöturvallisuuden parantamiseksi. Tässä tilanteessa Siemens SINAMICS-ajot ovat kehittyneet laajaksi ratkaisuportfolioksi, joka tukee siirtymää kohti älykästä, tehokasta ja kestävää automaatiota. Yhdistämällä edistyneet voimaelektroniikkaratkaisut, modulaarisen suunnittelun ja digitaalisen integraation mahdollisuudet SINAMICS-muuttuvan taajuuden ajot tarjoavat korkeatasoista liikkeenohjausta laajalle teollisuussovellusten kirjolle.

Sen sijaan, että ne palvelisivat ainoastaan yhtä tarkoitusta, Sinamics on suunniteltu yhtenäiseksi käyttöalustaksi, joka kykenee täyttämään laajan kirjon vaatimuksia – yksinkertaisesta nopeuden säädöstä monimutkaisiin moniakselisiin liikkeenohjausjärjestelmiin. Tuotevalikoima kattaa alhaisen jännitteen käyttömoottorit, servojärjestelmät, tasavirtamuuntajat ja erityisen alhaisen jännitteen mekatroniset ratkaisut, mikä takaa yhteensopivuuden lähes kaikkien teollisten ympäristöjen kanssa. Tämä joustavuus mahdollistaa käyttömoottoriteknologian standardoinnin samalla kun sovelluskohtaiset suorituskyvyn vaatimukset täyttyvät.

Energiatehokkaat käyttöjärjestelmät modernille teollisuudelle

Ekologinen yhteensopivuus ja resurssien säilyttäminen ovat keskeisiä mittareita nykyaikaisessa teollisuuslaitosten suunnittelussa. SINAMICS-muuttuvan nopeuden arkkitehtuuri on erityisesti suunniteltu maksimoimaan termodynaamiset ja sähköiset hyötysuhteet kompromissittomasti dynaamisen suorituskyvyn kanssa. Hyödyntämällä nykyaikaisia suljetun silmukan säätöparadigmoja sekä erinomaisesti optimoituja puolijohdetopologioita nämä elektroniset nopeussäätimet vähentävät merkittävästi sisäisiä kytkentä- ja johtohäviöitä, mikä mahdollistaa yritystoimijoiden käyttökustannusten leikkaamisen ja yrityksen hiilijalanjäljen pienentämisen.

Tämä monitasoinen tehoelektroniikkaplattforma toimii ensisijaisena ajurina seuraavan sukupolven valmistusprosessien työnkulkuja varten. Tähän kuuluvat nesteen dynaamiset pumppuverkostot, automatisoidut ilmastointi- ja ilmanvaihtojärjestelmät, jatkuvatoimiset materiaalilogistiikkalinjat, korkean nopeuden koneistuskeskukset sekä monitasoiset prosessiautomaatiokehykset. Riippumatta siitä, vaatiiko teollinen asettelu muuttuvaa nesteen virtausta, synkronisoitua massamateriaalin käsittelyä, determinististä mikropaikannusta vai intensiivistä korkean tuottavuuden valmistusta, Sinamics ohjaimet käyttävät erinomaisesti sopeutuvia vuon optimointi- ja vektoriohjausarkkitehtuureja, jotka on suunnattu tiettyjen toiminnallisten kitkapisteiden lievittämiseen.

Suorittamalla jännite-taajuusvektorien ja akselin vääntömomentin reaaliaikaisia säätöjä täsmälleen hetkellisten akselikuormitusten mukaisesti moottoriohjausinfrastruktuuri varmistaa, että sähköenergian kulutus rajoittuu tiukasti aktiivisiin mekaanisiin kuormituksiin. Tämä älykäs kuorman sovitus säädöllä ei ainoastaan optimoi järjestelmän tehokerrointa, vaan lievittää myös merkittävästi transientteja vääntöjännityksiä mekaanisissa voiman siirtojärjestelmissä, mikä lisää huomattavasti apukoneiden keskimääräistä vikaantumisväliä (MTBF).

Laaja moottoriohjausvalikoima erilaisiin sovelluksiin

Erikoistunut kilpailuetu Sinamics ekosysteemillä on sen laajasti skaalautuva, hajautettu laitteistomatriisi. Jokainen yksittäinen tuoteluokka on optimoitu täyttämään tarkat fyysiset toimintarajoitukset säilyttäen samalla absoluuttisen laitteistotasoisen ja protokollatasoisen yhteensopivuuden standardoidun, yleiskattavan automaatiokehyksen sisällä.

Alajännitemoottoriohjaimet (0,12 kW – 6600 kW)

Toimien modernin raskas teollisuuden perusvoimanä, nämä taajuusmuuttajat säätävät kaikkea alkeellisesta avoimen silmukan tilavuusnopeuden säädöstä korkean suorituskyvyn suljetun silmukan prosessin ohjaukseen. Niitä käytetään laajalti ympäri maailmaa kunnallisissa vesihallintojärjestelmissä, raaka-aineiden louhintalaitoksissa, maan alla tapahtuvassa kaivostoiminnassa sekä suurmittaisissa kaupallisissa ilmastointijärjestelmissä. Niiden natiivi integraatio teollisuustason kenttäverkkoihin mahdollistaa nopean suunnittelukonfiguroinnin ja keskitetyn SCADA-telemetrian keräämisen. Tämän tuoteryhmän laaja skaalautuvuus takaa yhtä tehokkaan toiminnan sekä eristetyissä mikrokonemallissa että toisiinsa kytketyissä monimegawatin prosessointilaitoksissa.

Servomoottoriohjaimet (0,1 kW–7 kW)

Monimutkaisia kinemaattisia järjestelmiä, joissa vaaditaan erinomaista dynaamista vastausta ja tarkkaa kulmatarkkuutta, varten SINAMICS-servosäätimet tarjoavat erinomaisia deterministisiä liikeprofiileja. Nämä tarkkuuslaitteet ovat yleisesti käytössä edistyneissä robottikäsittelysovelluksissa, korkean nopeuden pakkauskoneissa, teollisuuden painokoneissa ja alamikronisen puolijohdeteknologian litografiaympäristöissä. Tämä osa-portfolio tukee natiivisti sekä eristettyjä yksiaxisia profiileja että erinomaisen monimutkaisia moniaxisia interpoloiduilla konfiguraatioita, mikä takaa synkronoidut liikeradat erinomaisella paikantamistoistuvuudella. Kiihdytetyt silmukkapäivityssykliyt yhdistettynä edistyneisiin havaintoperusteisiin takaisinkytkentäalgoritmeihin varmistavat vakauden suorituskyvyssä myös äärimmäisen epäsäännölisten momenttihäiriöiden aikana.

DC-muuntoriratkaisut

Sinamics DC-tehonsäätimet on tarkoituksellisesti suunniteltu palvelemaan teollisuusaloja, jotka hyödyntävät perinteisiä tasavirtaisia voimanlähteitä. Ne tarjoavat erinomaista sähköistä vakautta ja luotettavaa virtauksen kommutointia sekä korkean laitoksen saatavuuden ja fyysisen kestävyyden verkkojännitteen vaihteluihin nähden. Nämä tehomuuntajat sisältävät sisäisen diagnostiikkalogiikan, joka yksinkertaistaa päivittäistä laitoksen hallintaa ja parantaa vianerottelukykyä. Niiden saumaton vaihtoehtoisuus vanhojen DC-moottorien topologioiden kanssa tarjoaa taloudellisesti optimoidun ratkaisun teollisuuslaitosten modernisointiin ja käyttöiän pidentämiseen.

Erittäin alajännitteiset mekatroniset järjestelmät

Teollisuuden 4.0 -arkkitehtuurin strategisessa kontekstissa reunalaskennalla perustuva tietojenkäsittely ja hajautetut ohjausarkkitehtuurit ovat nousseet keskeisiksi tekijöiksi. SINAMICS:n erityisen alajännitteiset mikroajurit edistävät aktiivisesti näitä teknologisia suuntia tarjoamalla erinomaisen kompaktit ja fyysisesti integroidut liikkeenohjausratkaisut hajautettuihin konearkkitehtuureihin. Nämä alajänniteratkaisut käytetään pääasiassa modulaarisissa kokoonpanojärjestelmissä, autonomisissa sisälogistiikkakuljetusvälineissä (AGV) ja joustavissa älytehtaissa, joissa fyysinen tila, nopea käyttöönotto ja hajautettu joustavuus ovat keskeisiä tekijöitä.

Innovaation edistäminen teollisissa sovelluksissa

SINAMICS-taajuusmuuttajat toimivat keskitettynä teknologisena katalyyttinä prosessien uudistamisessa laajalla alasektorien valikoimalla. Hydraulisissa pumpuverkoissa ja aerodynaamisissa ilmanvaihtoverkoissa ne säätävät tilavuusvirtaa täysin tarkasti, mikä vähentää mekaanisen säädön aiheuttamia vakavia sulkuventtiilihäviöitä. Jatkuvissa kuljetinhihnajärjestelmissä ja automatisoituja varastolajittelujärjestelmiä käytettäessä ne takaa erinomaisen sileät kiihtyvyysramppit ja mikrosynkronoidun nopeuden sovituksen. Valmistus- ja porausaloilla niiden korkeataajuinen momenttisäätö tuottaa paremman pinnanlaadun sekä vähentää työkalujen kulumista ja raaka-aineiden hylkäysasteikkoa.

Lisäksi tämä ajoteknologia on syvästi integroitu edistyneisiin valmistusaloihin, joissa erinomainen toistettavuus ja mahdollisimman pieni toleranssipoikkeama ovat ratkaisevan tärkeitä. Näitä ajoyksiköitä käytetään sekä erittäin automatisoituissa autotehtaissa että erityisen hygieenisissä elintarvike- ja juomapakkaustehdaslaitoksissa, ja ne tuottavat erinomaisen ennustettavia ja muuttumattomia tulostusprofiileja vaativien, jatkuvien työvuorojen aiheuttamissa lämpökuormituksissa.

Yhdistämällä integroidut digitaaliset diagnostiikkakehykset laajamittaiseen telemetrian keruuseen SINAMICS-järjestelmät muodostavat myös rakenteellisen perustan ennakoivaan ennustavaan huoltotoimintaan. Korkeanopeusinen, reaaliaikainen tiedonkeruu mahdollistaa laitoksen insinöörien havaita mikroskooppisia lämpö- tai virta-anomaliaa jo varhaisessa vaiheessa, mikä vähentää dramaattisesti katastrofaalisten laitteistoviaten riskiä ja estää kalliita, suunnittelemattomia tuotantokatkoja.

Miksi valita Sinamics ydin-edut

SINAMICS-perheen globaali insinöörimäinen käyttö perustuu useisiin perusarkkitehtonisiin periaatteisiin, jotka tekevät siitä erinomaisen monikäyttöisen ja luotettavan nykyaikaisten teollisten järjestelmien puitteissa.

Järjestelmän integrointi ja joustavuus: Natiivinen yhteensopivuus heterogeenisten automaatioympäristöjen kanssa mahdollistaa räätälöidyn voiman siirtojärjestelmän muodostamisen modulaarisesti yhdistämällä toisistaan riippumattomia tehomoduuleja, prosessointiohjausyksiköitä ja ihmisen ja koneen välistä käyttöliittymää.

Toiminnallisen riskin vähentäminen: Monitasoiset sisäiset diagnostiikkatoiminnot, laitteistolla toteutetut turvallisuustoiminnot ja vahvat ylikuormitussuojauspiirit varmistavat jatkuvan käytettävyyden myös vakavien yläpuolella olevien sähköisten häiriöiden aikana.

Modulaarinen arkkitehtuuri: Jakautuneet komponenttirakenteet mahdollistavat nopean, riippumattoman laitteiston kuumavaihdon ja suoraan asennettavien komponenttien päivitykset ilman, että koko tehdasrakenteen kalliita tai aikaa vieviä uudelleenkonfigurointeja olisi tarpeen.

Edistynyt seuranta ja ohjaus: Reunatasoiset suoratoistotelemetriadatat tarjoavat täydellisen näkyvyyden reaaliaikaisiin toimintamittareihin, mukaan lukien lämpögradientit, sisäiset DC-välipiirin jänniteheilahtelut ja hetkelliset tehonkäyttöindeksit.

IGBT-pohjainen voimateknologia: Perustuu edistyneisiin eristetyllä portilla varustettujen bipolaaritransistorien (IGBT) puolijohdealustoille, mikä takaa erinomaisen alhaisen kytkentähäviön, vähennetyn harmonisten yliaaltojen muodostumisen, paremman lämmönhäviön ja maksimoitun tilavuusperusteisen tehantiukkuuden.

Mahdollistamme digitaalisen valmistuksen tulevaisuuden

Kun nykyaikaiset teollisuusyritykset toteuttavat kiihkeästi syvällistä digitaalista muutosta, Sinamics moottoriohjaimet toimivat välttämättömänä välitysvälineenä sisäverkkoyhteyksien ja reunalaskennan mahdollistamiseksi. Niiden luonnollinen kyky kommunikoida suoraan teollisuus-Ethernet-takaverkojen kautta, rikastaa suurten tietojoukkojen analyysialustoja sekä toimia yhtenäisesti itsenäisissä kyberfyysisissä verkostoissa nostaa niitä paljon yläpuolelle perinteisten moottorien ohjainten tasolta.

Yhdistämällä korkean tehokkuuden tehomuunnos, määritelty toiminnallinen turvallisuus ja ohjelmistolla määritellyn pilvitelemetrian nämä ajotyypit mahdollistavat nykyaikaisten tehdasten saavuttaa ennätysmäisiä tuottavuustasoja samalla kun niiden ekologinen jalanjälki vähenee merkittävästi. Ne ovat kehittyneet yksinkertaisista sähkömoottorien ohjaimista paljon pidemmälle ja toimivat nyt keskitetyn, digitalisoitunut teollisen yrityksen tärkeinä datatuottavina reuna- (edge-) solmuina.

Johtopäätös

Siemens SINAMICS-ajoteknologia edustaa kattavaa ratkaisua nykyaikaisiin teolliseen automaatioon liittyviin haasteisiin. Laaja tuotevalikoima, joka kattaa alajännitteiset ajot, servojärjestelmät, tasavirtamuuntajat ja erityisen alajännitteiset ratkaisut, tarjoaa ylivoimaisen monipuolisuuden kaikilla teollisuuden aloilla.

UKK 1: Mihin SINAMICS-ajot käytetään?

SINAMICS-ajot käytetään teollisessa automaatiossa esimerkiksi pumppujen, tuulipuhaltimien, kuljetinratkaisujen, robotiikan ja koneistuksen ohjaukseen, tarjoamalla tarkkaa moottorin nopeuden ja liikkeen säätöä useissa eri sovelluksissa.

UKK 2: Kuinka SINAMICS-moottoriohjaimet parantavat energiatehokkuutta?

Ne vähentävät energiankulutusta älykkäiden ohjausalgoritmien avulla, jotka säätävät moottorin nopeutta ja vääntömomenttia reaaliaikaisen kuorman vaatimusten mukaan.

UKK 3: Mitkä ovat Sinamics moottoriohjaintyypit?

Päätyyppejä ovat alajännitteiset ohjaimet, servoomohjaimet, tasasuuntaajat ja erityisen alajännitteiset järjestelmät erilaisiin teollisiin tarpeisiin.

UKK 4: Voivatko SINAMICS-ohjaimet integroitua olemassa oleviin järjestelmiin?

Kyllä, niissä käytetään modulaarista rakennetta, joka mahdollistaa helpon integroinnin olemassa oleviin automaatiojärjestelmiin ja teollisiin tietoliikenneverkkoihin.

UKK 5: Miksi SINAMICS-moottoriohjaimet ovat sopivia Industry 4.0 -sovelluksiin?

Ne tukevat digitaalista yhteyttä, reaaliaikaista seurantaa ja ennakoivaa huoltoa, mikä tekee niistä ideaalisia älykkäiden valmistusympäristöjen käyttöön.

Lähteet:

https://www.siemens.com/en-us/products/sinamics/g120/

(Jos tässä on tekijänoikeusloukkausta, ota yhteyttä minuun tämän artikkelin poistamiseksi.)