Modułowe maszyny – co zrobić z oczekiwaniami rynku?

OCME – włoski producent system opakowaniowych wprowadzając na rynek nowy stem DryBlock zadbał o modułowość maszyn i osiągnał mistrzostwo w miniaturyzacji gabarytów oraz energooszczędności.  W nowym projekcie OCME zastosowała silnik elektryczny zintegrowany z jednostką napędową, co zrewolucjonizowało  technologię projektowania, wytwarzania i zarządzania liniami pakującymi.

Niezwykle kompaktowe połączenie silnika elektrycznego z jednostką
napędową: ACOPOSmotor. Jedyny dostępny na rynku serwonapęd montowany na
silniku, który nie obniża znamion obsługiwanej maszyny i może samodzielnie
obsługiwać jej moduły. Gwarantuje wydajność dynamiczną standardowych napędów i
wymaga tylko jednego kabla zasilania. Stworzony przez inżynierów działu rozwoju
( R&D) firmy B&R. Jest to rozwiązanie rozwiązanie odpowiadające
zmieniającym się wymaganiom rynku, który oczekuje  maszyn o modułowej architekturze

Do małej przestrzeni,  i tam gdzie potrzebne zintegrowane funkcje bezpieczeństwa

ACOPOSremote to  przemyślane rozwiązanie dla rosnącego rynku maszyn modułowych. Znajduje zastosowanie i swietnie sprawdzi się w  aplikacjach wymagających  rozwiązań o niewielkich  gabarytach. Maszyny napełniające z siłownikami zabudowanymi bezpośrednio na stole obrotowym szczególnie unaoczniają, jak trudno jest maksymalnie wykorzystać małe przestrzenie instalacyjne. Rozwiązanie oparte na ultrakompaktowym napędzie silnikowym jest również niezwykle ważne w aplikacjach wymagających zintegrowanych funkcji bezpieczeństwa i hubu POWERLINK pod kolejne komponenty wejść i wyjść.

Przykład aplikacji – firma OCME

Firma OCME to jeden z największych producentów systemów opakowaniowych. Siedziba firmy zlokalizowana jest w Parmie we Włoszech. Maszyny OCME słyną z niezwyklej wszechstronności i są bardzo zaawansowane technicznie, zaś o zdolnościach innowatorskich producenta może poświadczyć 25 złożonych przez niego patentów. Wprowadzając swój najnowszy system DryBlock , OCME podniosła poprzeczkę w miniaturyzacji gabarytów i energooszczędności.

Kompaktowy zespół napędowy kluczem do rozwoju

Na potrzeby nowego systemu DryBlock firma OCME poszukiwała kompaktowego zespołu napędowego... mniejszego od wszystkich dostępnych wówczas na rynku. Kierownik działu elektryki w OCME, Antonio Mosca, nakreślił potrzeby firmy przed Davidem Beviglierim, jednym z doradców klienta kluczowego z B&R. "Chcemy połączyć sinik elektrycznych z serwonapędem w jednym kompaktowym module", wyjaśnił Mosca.

OCME postanowiła zrewolucjonizować technologię projektowania, wytwarzania i zarządzania liniami pakującymi. Wymogi przewidywały uelastycznienie transportu produktów na linii, przenoszenie pojedynczych butelek w jej potoku i jednocześnie uniemożliwienie fizycznego kontaktu między wyrobami. Poszczególne moduły linii, tj. etykieciarka, owijarka foliowa oraz paleciarka miały być sterowane jednym panelem wielodotykowym, a także współpracować w pełni ze standardem technologicznym OMAC o nazwie PackML, który optymalizuje sterowanie maszyną, komunikację z nią oraz synchronizację jej pracy. Obrane podejście wymagało pełnej modułowości maszyny z rozproszeniem sterowania napędami oraz rozproszonym układem wejść i wyjść.

Beviglieri skontaktował się z Aloisem Holzleitnerem, kierownikiem Działu Techniki Napędowej w B&R, aby przedstawić mu wymagania dla tej aplikacji. "Zbiegiem okoliczności akurat opracowujemy rozwiązanie o identycznym przeznaczeniu", oświadczył mu Holzleitner i nakreślił projekt, opisując stan zaawansowania prac.

Partnerska współpraca nad optymalizacją rozwiązania

Celem było maksymalne zwiększenie potencjału napędu ACOPOSremote. W drodze projektowania koncepcyjnego, symulacji i eksperymentów okazało się szybko, które komponenty zasadniczo nie wymagały modyfikacji. Natomiast wyzwaniem było utrzymanie prawidłowej temperatury w bardzo ograniczonej przestrzeni aplikacji. Moduł elektroniki miał być zainstalowany na obudowie rozgrzewającej się aż do 110°C podczas normalnej pracy. W takich warunkach żaden konwencjonalny komponent nie wytrzymałby długo bez usterek. Z zasady zakłada się, że wzrost temperatury o 10°C zwiększa dwukrotnie prawdopodobieństwo awarii.

Ponieważ mniejsza powierzchnia utrudnia rozpraszanie ciepła, należało się liczyć z większym obciążeniem silnika elektrycznego. Rozważano szereg konwencjonalnych rozwiązań tego problemu. Kiedy chłodnice wodne, chłodnice Peltiera i dodatkowe wentylatory okazały się nieskuteczne lub po prostu nieekonomiczne finansowo, projektanci B&R przystąpili do szerzej zakrojonych prób służących odkryciu optymalnego rozwiązania.

Surowe wymagania wobec silnika i elektroniki

Opracowano silnik do testów, mający emulować właściwości cieplne gotowego produktu, i poddano go ekstremalnym obciążeniom eksploatacyjnym. Szczegółowo przeanalizowano rozkład temperatury w uzwojeniu i łożyskowaniu, skupiając się szczególnie na enkoderze. Czym to zaowocowało? Wniosek był jeden: istniejące silniki bez modyfikacji nie dadzą zadowalających wyników.

Zmierzono temperatury pracy i ich wartości graniczne dosłownie każdego komponentu elektroniki, a było ich dobrze ponad 1000. Od razu udało się ustalić, co można zrobić dalej.

O ile elektronika napędowa dobrze znosi wysokie temperatury, silnie zintegrowane komponenty cyfrowe poddawały się znacznie częściej. To samo stwierdzono w przypadku komponentów pasywnych, np. kondensatorów magistrali prądu stałego, które musiały być bardzo małe, aby zmieścić się w projektowanej aplikacji. Niewielkie rozmiary i wynikająca z nich mała reaktancja pojemnościowa zwiększały ryzyko występowania rezonansu w magistrali DC.

"Jednym z podstawowych celów była gwarancja kompatybilności wszystkich komponentów B&R", wyjaśnia Holzleitner. "Dzięki temu klienci mogą w każdym projekcie wybierać między ACOPOSremote i ACOPOSmotor. Zależy nam na tym, aby zawsze mogli skalować swoje rozwiązania."

Zespół projektantów postanowił rozplanować układ komponentów tak, jak potrafił najlepiej, dzieląc urządzenie na oddzielne strefy temperatury i konsultując się z producentami najważniejszych części rozwiązania. Tak poczyniono przełom w poszukiwaniach.

Praktyczny sprawdzian ACOPOSmotor

Wyniki prac projektantów przeszły najśmielsze oczekiwania. B&R udało się zachować pełną kompatybilność z pozostałymi napędami o silnikami ACOPOS, bez konieczności obniżania wartości znamionowych. Pojedynczy kabel hybrydowy służy do przekazywania danych w protokole POWERLINK oraz zasilania z magistrali DC ACOPOSmulti bezpośrednio do odbiorników. Złącza o stopniu ochrony IP67 uwzględniają moduły we/wy serii X67 z zabezpieczeniami, zaś w opcji dostępne są funkcje SafeMOTION spełniające wymagania normy IEC 61800-5-2. Oś zdalną można bezpiecznie zatrzymać niezależnie od sygnału STO na kablu hybrydowym, lub sterować nią z bezpieczną prędkością w warunkach konfiguracji bądź konserwacji maszyny.