W praktyce inżynierskiej obsługi aplikacji sterowania ruchem popularnym podejściem jest stosowanie silnika oraz napędu pochodzących od tego samego producenta. Jednak gdy jakiś element aplikacji zawiedzie, wybór odpowiedniego komponentu może nie być już tak prosty. Posiadając wiedzę na temat natury problemu, można podjąć właściwą decyzję dotyczącą dalszych działań.

Wybór rozwiązania DSD: Optymalny wybór bazujący na charakterystyce M-n napędu. Źródło: Lenze Americas

Dobór silników i napędów nie zawsze jest tak oczywisty, jak można by oczekiwać. Nierzadko zdarza się inżynierom napotykać problemy dotyczące kompatybilności, które mogą negatywnie wpłynąć na czynności planowania lub budżet projektu. W przypadku budowy nowego systemu sterowania ruchem lub przy kapitalnym remoncie już istniejącego większość inżynierów współpracuje z jednym dostawcą silników i napędów. Co jednak w przypadku napraw, modernizacji i doposażania?

Być może jakiś komponent jest przestarzały lub jego trwałość nie odpowiada trwałości maszyny… Poprzez wymianę jednego elementu utrzymanie maszyny nie powinno mieć znaczącego wpływu na wydatki spowodowane przestojem. W zależności od tego, kiedy dana maszyna została zaprojektowana, może zawierać wiele przestarzałych komponentów, które z kolei mogą wymagać rozszerzonego planu modernizacji w celu poprawy ogólnych parametrów pracy maszyny.

Inną możliwą sytuacją jest zastosowanie silnika przewymiarowanego do danej aplikacji, co w przeszłości było często spotykaną praktyką. Możliwe, że często przyczyną takiego postępowania była zasada „coś się zepsuło i musi być naprawione, by ponownie mogło funkcjonować”. By zapewnić odpowiednie połączenie i współpracę napędu i silnika, warto zwrócić uwagę na poniższe zagadnienia:

Moment obrotowy

W przypadku normalnego procesu projektowania systemu od początku należy zacząć od określenia aplikacji i wyboru silnika spełniającego wymagania mechaniczne i posiadającego odpowiednie osiągi. Od tego punktu wybór przekładni i inwertera zależy od silnika. Inwerter określa maksymalny moment obrotowy. Jeżeli silnik może wygenerować większy moment, niż może przenieść inwerter, system będzie przeciążony i prawdopodobnie wystąpi awaria napędu.

Określenie maksymalnego momentu obrotowego jest stosunkowo proste, ale podczas wyboru silnika należy również określić wartość RMS momentu (średnią kwadratową – skuteczną), by uwzględnić zmienną wartość momentu oraz czas, w którym dana wartość momentu i związana z nim energia musi zostać wygenerowana.

Sprzężenie zwrotne

W przypadku serwomotorów i silników indukcyjnych należy także mieć pewność, że wybrano napęd, który może współpracować z informacją zwrotną pochodzącą z silnika. Jeżeli silnik pracuje z wysoką prędkością, a inwerter nie jest w stanie pracować z tak wysoką częstotliwością, żaden z komponentów nie będzie w stanie wykonywać powierzonej mu pracy.

Okablowanie silników i napędów

Jeżeli zastosowano silnik i napęd od różnych producentów, wówczas problematyczna może się okazać nawet tak prosta kwestia, jak okablowanie łączące te dwa podzespoły. Przewody można kupić u producenta silnika/napędu, lecz mogą one nie być zgodne ze standardami przesyłu sygnałów, łączenia urządzeń lub mogą być niezgodne z liczbą faz, którymi zasilane jest urządzenie. Również ułożenie samych złączy może być różne.

Nie zawsze jest jasne, czy awaria wystąpiła na skutek błędu w okablowaniu. W przypadku silnika indukcyjnego błąd w podłączeniu przewodów będzie skutkować prawdopodobnie jedynie odwrotnymi obrotami. Jednak w przypadku serwomotoru fazy muszą być podłączone prawidłowo, ponieważ w przeciwnym wypadku system sterowania ruchem nie będzie działał. Może również wystąpić trwałe uszkodzenie przewodów, jeśli źle podłączono przewody odpowiadające za sygnał zwrotny (sprzężenia zwrotnego).

Programowanie i konwertowanie sygnałów

Ustawienie inwertera może być proste. Dla popularnych rozwiązań z silnikami indukcyjnymi bądź liniowymi zwykle stosuje się sterowanie prędkościowe, ale jego ustawienie może być wyzwaniem. Im bardziej skomplikowana, dynamiczna i mocniejsza aplikacja, tym trudniej zapewnić to, że wszystkie podzespoły silnika i napędu będą ze sobą współgrać.

W przypadku otwartego sterowania wektorowego niezbędne są dodatkowe charakterystyki silnika, takie jak jego rezystancja. Niestandardowe typy silników mogą mieć swoje własne wymagania. Nawet silniki indukcyjne, pracujące w systemie z zamkniętą pętlą i sterowaniem wektorowym, mogą się cechować precyzyjnym pozycjonowaniem dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu.

Wiele wyzwań, jedna rozdzielczość

Większość wyzwań stawianych przed inżynierami podczas doboru silników i napędów powstaje, gdy korzystają oni z usług dwóch różnych dostawców. Większość producentów posiada przynajmniej dokumentację na temat kompatybilności swoich komponentów, co sprawia, że trudniej jest dokonać nieprawidłowego wyboru. Istnieją też inne korzyści wynikające ze współpracy z jednym dostawcą. Są to szybsza realizacja i uproszczenie wszystkich aspektów naprawy lub modernizacji, począwszy od wyboru urządzenia aż po etap konwersji sygnałów.

Niektórzy dostawcy oferują odpowiednie oprogramowanie, które eliminuje problemy niekompatybilności i pomaga optymalizować system dla jednego celu, takiego jak redukcja kosztów lub długoterminowe oszczędności energii. Zaawansowane technologie modelowania systemów dają możliwość porównywania osiągów dwóch produktów i wgląd w to, jak będą one działać w danej aplikacji. Zwykle bazują one na wartościach obliczonych, a nie empirycznych. Modele te mogą zapewnić dokładny obraz oparty na tych wartościach.

Jeden dostawca silnika i napędu to większe możliwości każdego komponentu i ich lepsze dopasowanie do aplikacji, automatycznie sprawdzane podczas procesu doboru. Nie ma potrzeby ponownej weryfikacji obliczeń, a proces doboru jest znacząco szybszy.

Uzyskanie pomocy związanej z systemem sterowania ruchem jest również prostsze. Podczas pracy z komponentami od różnych dostawców zawsze istnieje niepewność i ryzyko, że ktoś zacznie pokazywać palcem winnych, jeśli coś pójdzie nie tak. Jedna ekipa serwisowa dla silnika i napędu oznacza, że nikt nie będzie spychał odpowiedzialności na innych w przypadku zaistnienia potrzeby wsparcia technicznego. Niezależnie od tego, czy jest to naprawa, unowocześnienie lub przebudowa systemu sterowania ruchem, należy uważnie dobrać silnik i napęd oraz określić cel modernizacji, zanim zapadnie ostateczna decyzja dotycząca tego, gdzie zamówić komponenty.

Jeśli maszyna ma być zmontowana i działać dalej, zamawianie części od oryginalnego dostawcy silnika lub napędu ma sens, niezależnie od tego, czy pasują one do innych komponentów, czy nie. By zwiększyć wydajność i oszczędzić czas oraz wysiłki, warto odpowiednio dopasować silnik z napędem, wyszukując jednego dostawcę w celu uzyskania najlepszego rezultatu końcowego.

Chris Moskaites jest Product Managerem w firmie Lenze Americas.