Siemens SINAMICS variklių valdymo sistemos: skatinant energijos naudojimo efektyvumą ir eksploatacinę saugą skaitmeninėje pramonėje

Šiandien sparčiai besivystančioje pramonės aplinkoje gamintojai vis labiau spaudžiami didinti našumą, sumažinti energijos suvartojimą ir gerinti eksploatacinę saugą. Šioje kontekste Siemens SINAMICS variklių valdymo sistema tapo išsamia portfelio siūla, skirta palaikyti perėjimą prie protingos, efektyvios ir tvarios automatizacijos. Jungdama pažangią galios elektroniką, modulinį inžinerijos sprendimą ir skaitmeninės integracijos galimybes, SINAMICS kintamosios dažnio variklių valdymo sistemos užtikrina aukšto našumo judėjimo valdymą įvairiose pramonės srityse.

Vietoj to, kad tarnautų vienam tikslui, Sinamics yra sukurtas kaip vieninga variklių valdymo platforma, galinti tenkinti įvairiausius reikalavimus – nuo paprasto greičio reguliavimo iki sudėtingų daugiagalių judėjimo sistemų. Šiame asortimente pateikiami žemo įtampos variklių valdymo įrenginiai, servorinės sistemos, nuolatinės srovės keitikliai bei itin žemo įtampos mechatroninės sprendimai, užtikrinantys suderinamumą su beveik kiekvienu pramoniniu aplinkos sąlygomis. Ši lankstumas leidžia inžinieriams standartizuoti variklių valdymo technologijas, vienu metu tenkindami taikomųjų sprendimų specifinius našumo reikalavimus.

Energetiškai efektyvios variklių valdymo sistemos šiuolaikinei pramonei

Ekologinė suderinamybė ir išteklių taupymas yra svarbūs šiuolaikinės įrenginių inžinerijos rodikliai. SINAMICS kintamosios srovės variklių valdymo sistema specialiai sukurtа, kad būtų maksimaliai padidinta termodinaminė ir elektrinė naudingumo našumas, neprarandant dinaminio vykdymo. Naudojant pačias naujausias uždarosios kilpos reguliavimo paradigmas kartu su labai optimizuotomis puslaidininkių topologijomis, šie elektroniniai greičio reguliatoriai žymiai sumažina vidines perjungimo ir laidumo nuostolas, todėl įmonėms suteikiama galimybė sumažinti veiklos sąnaudas ir mažinti korporacinį anglies pėdsaką.

Ši daugiasluoksnė galios elektronikos platforma veikia kaip pagrindinis variklis naujos kartos gamybos darbo eigoms. Tai apima skysčių dinaminius siurblinius tinklus, automatinės šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo (HVAC) sistemos konfigūracijas, nuolatinio veikimo medžiagų logistikos linijas, didelės našumo apdirbimo centrus ir sudėtingas daugiapakopio proceso automatizavimo sistemas. Nepriklausomai nuo to, ar pramoninė sistema reikalauja kintamo skysčių srauto, sinchronizuoto masinio medžiagų tvarkymo, nustatytos mikropozicijos ar intensyvaus aukšto našumo gamybos, Sinamics valdikliai naudoja labai adaptuotas srauto optimizavimo ir vektorinio valdymo topologijas, kurios yra specialiai sukurtos tam, kad būtų pašalinti konkrečių eksploatacijos trinties taškai.

Vykdant realiuoju laiku įtampų ir dažnių vektorių bei veleno sukimo momento koregavimą griežtai atitinkant akmeninį veleno apkrovos momentą, varomųjų sistemų infrastruktūra užtikrina, kad elektros energijos suvartojimas būtų tiksliai apribojamas aktyvioms mechaninėms apkrovoms. Ši protingoji apkrovos pritaikymo reguliavimo sistema ne tik optimizuoja sisteminį galios koeficientą, bet taip pat žymiai sumažina laikinąsias sukimo įtempio apkrovas mechaninėse pavara, todėl reikšmingai padidinama vidutinė laiko trukmė tarp gedimų (MTBF) pagalbiniams sukamiesiems įrenginiams.

Išsamus varomųjų sistemų asortimentas įvairioms programoms

Galutinis konkurencinis šios Sinamics ekosistemos pranašumas slypi jos plačiai mastuojamoje, decentralizuotoje aparatinėje įrangoje. Kiekvienas atskiras produkto pogrupis yra optimizuotas tam, kad atitiktų konkrečius fizinio veikimo apribojimus, vienu metu išlaikydamas absoliučią aparatinės įrangos lygio ir protokolo lygio suderinamumą standartinėje, visuotineje automatizavimo struktūroje.

Žemo įtampos varikliai (0,12 kW–6600 kW)

Šie dažnio keitikliai tarnauja kaip šiuolaikinės sunkiosios pramonės pagrindinė darbo jėga ir reguliuoja viską – nuo paprastos atviros kilpos tūrinio greičio reguliavimo iki aukštos našumo uždaros kilpos procesų valdymo. Jie plačiai naudojami visame pasaulyje esančiose miestų vandens valdymo sistemose, žaliavų gavybos įmonėse, požeminėje kasyboje bei didelės apimties komercinėse klimato kontrolės sistemose. Jų natūralus integravimas su pramoninio lygio lauko magistralės tinklais leidžia greitai atlikti inžinerinį konfigūravimą ir centrinę SCADA telemetrijos duomenų rinkimą. Šios produkto šeimos išplėstiniškumas užtikrina vienodą veiksmingumą tiek izoliuotose mikromašinose, tiek tarpusavyje sujungtuose daugiamegavatinėse perdirbimo gamyklose.

Servo variklių valdymo sistemos (0,1 kW–7 kW)

Sudėtingoms kinematikos užduotims, reikalaujančioms ultraaukštos dinaminės reaktyvumo ir griežtos kampinės tikslumo, SINAMICS servovaldikliai užtikrina aukščiausios kokybės deterministinius judėjimo profilius. Šie tikslūs prietaisai visuotinai naudojami pažangiose robotų manipuliavimo sistemose, didelės našumo pakuotės įrenginiuose, pramoniniuose spaustuvuose ir puslaidininkių litografijos aplinkose su submikroniniais tikslumo reikalavimais. Šis papildomas produktų asortimentas natūraliai palaiko tiek izoliuotus vienašius profilius, tiek labai sudėtingus daugiaašius interpoliuotus konfigūracijų variantus, užtikrindamas sinchronizuotus judėjimo trajektorijų profilius su išskilusiu padėties pakartojamumu. Pagreitinti kilpų atnaujinimo ciklai kartu su pažangiais stebėtojo pagrindu veikiančiais grįžtamojo ryšio algoritmais užtikrina nekintamą našumą net esant labai nestabilioms sukimo momento kliūtims.

Nuolatinės srovės keitiklių sprendimai

Sinamics DC maitinimo valdikliai specialiai sukurti pramonės segmentams aptarnauti, kurie naudoja tradicinius nuolatinės srovės variklius. Jie užtikrina išsklaidytą elektrinę stabilumą ir patikimą srovės komutavimą, taip pat aukštą įrenginių prieinamumą ir fizikinį atsparumą tinklo įtampos svyravimams. Šie maitinimo keitikliai turi vidinę diagnostinę logiką, kuri supaprastina kasdieninį įrenginių valdymą ir pagerina gedimų izoliavimo galimybes. Jų beproblemė įstatomoji suderinamumas su senaisiais DC variklių topologijomis suteikia ekonomiškai optimizuotą kelią pramonės objektų modernizavimui ir eksploatavimo trukmės pratęsimui.

Ypač žemo įtampos mechatronikos sistemos

Strateginėje Pramonės 4.0 architektūros kontekste krašto skaičiavimais paremtas duomenų apdorojimas ir decentralizuotos valdymo topologijos tapo esminiai. SINAMICS ekstražemo įtampos mikrovarikliai aktyviai remia šiuos technologinius kryptis, pateikdami ultrašvelnius, fiziškai integruotus judėjimo sprendimus pasiskirstytoms mašinų architektūroms. Šie žemo įtampos sprendimai daugiausia naudojami modulinėse surinkimo sistemose, autonomiškuose vidinės logistikos transporto priemonėse (AGV) ir lankstiose protingų gamyklos įrenginiuose, kur fizinės vietos apribojimai, greitas diegimas ir decentralizuota lankstumas lieka esminiai.

Inovacijų skatinimas pramoninėse aplikacijose

SINAMICS dažnio keitikliai veikia kaip pagrindinis technologijų katalizatorius procesų inovacijoms įvairiose vertikaliose pramonės šakose. Hidraulinėse siurblinėse ir aerodinaminėse ventiliacinėse sistemose jie tiksliausiai reguliuoja tūrinį srautą, pašalindami didelius slėgio vožtuvų nuostolius, būdingus mechaninei reguliacijai. Tolygiuose perduodamųjų juostų ir automatizuotų sandėlių rūšiavimo sistemose jie užtikrina itin sklandų greičio padidinimą ir mikrosinchronizuotą greičio pritaikymą. Gamybos ir frezavimo srityse jų aukšto dažnio juostos momentų valdymas užtikrina aukštesnės kokybės paviršiaus apdorojimą, tuo pačiu sumažindamas įrankių nusidėvėjimą ir žaliavų atmetimo normas.

Be to, ši varomųjų įrenginių technologija giliai integruota į pažangias gamybos sritis, kur ypač svarbūs didelis pakartojamumas ir minimalus nuokrypis nuo leistinų nuokrypių. Nuo labai automatizuotų automobilių kėbulų gamybos įmonių iki ultrašvarios maisto ir gėrimų pakuotės įmonių šie varikliai užtikrina labai numatytus ir nekintamus išvesties rodiklius esant sunkiausioms, nuolatinėms darbo pertraukoms sukeliamoms šiluminėms apkrovoms.

Sujungdami integruotas skaitmenines diagnostikos sistemas su išsamiais telemetriniais duomenų rinkimo mechanizmais, SINAMICS diegimai taip pat sudaro proaktyvių prognozuojamosios priežiūros darbo eigų struktūrinę pagrindą. Aukšto greičio, tikrojo laiko duomenų įvedimas leidžia įmonės inžinieriams ankstyvai aptikti mikroskopinius šilumos ar elektros srovės nukrypimus, dėl ko žymiai sumažėja katastrofiškų įrangos gedimų rizika ir išvengiama brangių, neplanuotų gamybos sustojimų.

Kodėl Rinktis Sinamics pagrindiniai privalumai

Visuotinis SINAMICS šeimos inžinerinis įdiegimas remiasi keliais pagrindiniais architektūriniais principais, kurie daro ją ypatingai universalia ir patikima šiuolaikinėse pramonės sistemose.

Sistemos integracija ir lankstumas: natūraliai suderinama su įvairialypėmis automatizavimo aplinkomis, leidžianti individualų varomųjų agregatų suformavimą moduliškai derinant nepriklausomus galios modulius, valdymo procesorius ir žmogaus–mašinos sąsajos skydelius.

Sumažintas eksploatacinis rizikos lygis: naudoja daugiasluoksnę vidinę diagnostiką, į techninę įrangą įdiegtas funkcines saugos procedūras ir patikimus pernagrinėjimo srovės slopinimo grandynus, kad būtų užtikrintas nuolatinis veikimas net esant rimtiems viršutinės grandinės elektros sutrikimams.

Modulinė architektūra: fragmentuotos komponentų topologijos leidžia greitai keisti įrangą veikiant („karštai“) ir atnaujinti komponentus be reikalavimo brangiai ar laiko reikalaujančio visos gamyklos konfigūracijos perstatymo.

Pažangus stebėjimas ir valdymas: kraštinės lygio (edge-level) srautinė telemetriją užtikrina absoliučią realiųjų laiko veiklos rodiklių matomumą, įskaitant šiluminius gradientus, vidinius nuolatinės srovės magistralės (DC-bus) įtampų svyravimus ir akimirkinį galios naudojimo indeksą.

IGBT pagrįsta galios technologija: Remiasi pažangiais izoliuotojo gatvo bipolinio tranzistoriaus (Insulated Gate Bipolar Transistor) puslaidininkiniais substratais, užtikrinančiais itin mažą perjungimo energijos išsisklaidymą, sumažintą harmonikų generavimą, puikią šilumos išsisklaidymo galimybę ir maksimalų tūminį galios tankį.

Skatiname skaitmeninės gamybos ateitį

Kai šiuolaikinės pramoninės įmonės aktyviai įgyvendina gilų skaitmeninį pertvarkymą, Sinamics variklių valdymo topologijos veikia kaip būtinas ryšys tarp tinklų sujungimo ir kraštinės skaičiavimo (edge computing). Jų įgimta galimybė natūraliai bendrauti per pramoninės Ethernet magistralės infrastruktūrą, praturtinti didžiųjų duomenų analizės platformas ir veikti suderinta tvarka autonominėse kibernetinėse-fizinėse sistemose pakelia jas žymiai aukščiau nei klasikiniai variklių valdikliai.

Suderindami aukštos naudingumo laipsnio energijos konvertavimą, nustatytą funkcionaliąją saugą ir programinės įrangos apibrėžtą debesijos telemetriją, šie variklių valdymo sistemos leidžia šiuolaikinėms gamybos įmonėms pasiekti nepasiekiamus našumo rodiklius, tuo pačiu drastiškai sumažindamos ekologinę pėdsaką. Jos jau išėjo už paprastų elektros variklių valdiklių apibrėžties ribų ir dabar veikia kaip pagrindiniai duomenis generuojantys krašto (edge) mazgai visiškai suvienytose ir skaitmenizuotose pramonės įmonėse.

Išvada

Siemens SINAMICS variklių valdymo technologija yra visapusiška sprendimo sistema šiuolaikinėms pramonės automatizavimo problemoms. Platus jos asortimentas, apimantis žemo įtampos variklių valdiklius, servomechanizmus, nuolatinės srovės keitiklius ir itin žemo įtampos sprendimus, užtikrina nepasiekiama įvairovę visose pramonės šakose.

DŽK 1: Kur naudojami SINAMICS variklių valdikliai?

SINAMICS variklių valdikliai pramonės automatizavime naudojami siurbliams, ventiliatoriams, perduodamiesiems įrenginiams, robotams ir apdirbimo įrenginiams, užtikrindami tikslų variklių sukimosi dažnio ir judėjimo valdymą įvairiose srityse.

DŽK 2: Kaip SINAMICS variklių valdymo sistemos padidina energijos naudojimo efektyvumą?

Jos sumažina energijos suvartojimą naudodamos išmaniuosius valdymo algoritmus, kurie pritaiko variklio sukimosi dažnį ir sukimo momentą pagal realiuoju laiku keičiamą apkrovos poreikį.

DŽK 3: Kokio tipo Sinamics variklių valdymo sistemos egzistuoja?

Pagrindiniai tipai apima žemo įtampos variklių valdymo sistemas, servovaldymo sistemas, nuolatinės srovės keitiklius ir itin žemo įtampos sistemas skirtingoms pramoninėms reikmėms.

DŽK 4: Ar SINAMICS gali būti integruotos su esamomis sistemomis?

Taip, jos turi modulinę konstrukciją, kuri leidžia lengvai integruoti jas su esamomis automatizavimo sistemomis ir pramoniniais ryšių tinklais.

DŽK 5: Kodėl SINAMICS variklių valdymo sistemos yra tinkamos Pramonės 4.0 reikalavimams?

Jos palaiko skaitmeninį ryšį, realaus laiko stebėjimą ir numanomąją priežiūrą, todėl yra idealios protingų gamybos aplinkai.

Šaltiniai:

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

(Jei yra bet kokių autorių teisių pažeidimų, prašome susisiekti su manimi, kad šis straipsnis būtų ištrintas.)