Maximierung der Effizienz in Bewegungssteuerungssystemen

Experten gehen davon aus, dass bis 2025 10-15 % der Arbeitsplätze in drei Sektoren, nämlich Transport, Fertigung und Einzelhandel, ein hohes Automatisierungspotenzial aufweisen werden. Da immer mehr Unternehmen automatisierte Prozesse und Technologien einführen, ist die Nachfrage nach Bewegungssteuerungssystemen in Fabriken und Produktionslinien exponentiell gestiegen. Bewegungssteuerungssysteme stellen sicher, dass Produkte erfolgreich montiert werden, indem die richtigen Komponenten zur richtigen Zeit in der richtigen Ausrichtung an den richtigen Ort gebracht werden.

In diesem Leitfaden untersuchen wir, was Bewegungssteuerungssysteme sind, wie sie funktionieren, wer davon profitiert und wie ihre Effektivität maximiert werden kann.

Was sind Bewegungssteuerungssysteme?

Ein Bewegungssteuerungssystem erzeugt eine mechanische Bewegung. Es wird von einem Motor angetrieben und ist für eine präzise Drehmomentsteuerung, Geschwindigkeit und/oder Position ausgelegt. In der Automatisierungsbranche ermöglichen Bewegungssteuerungssysteme eine genaue und kontrollierte Bewegung von Maschinenteilen.

Bewegungssteuerungssysteme werden häufig in Situationen eingesetzt, in denen ein schneller Start und Stopp von Bewegungen, die Koordination einzelner Elemente und die exakte Positionierung eines Produkts erforderlich sind.

In den meisten Fällen verwenden Bewegungssteuerungssysteme computergestützte Steuerungen, um gewünschte Aktionen zu erzeugen und Kraft, Geschwindigkeit, Druck und/oder Positionierung zu beeinflussen. Fortgeschrittenere Systeme verfügen über eine spezialisierte Technologie, um kritische Prozessdaten und Rückmeldungen wie Geschwindigkeit oder Position zur Verbesserung zukünftiger Abläufe zu sammeln.

Die Grundstruktur eines Bewegungssteuerungssystems

Bewegungssteuerungssysteme bestehen aus drei grundlegenden Komponenten:einer Bewegungssteuerung, einem Motortreiber oder -verstärker und einem Motor.

Bewegungssteuerung

Der Motion Controller ist das Gehirn des gesamten Systems. Es bewältigt alle Rechenanforderungen der Sequenzausführung, des Schließens der Servoschleife und der Planung des Bewegungspfads. Es wird vom Endbenutzer gesteuert, um Befehle auszuführen, die die Funktion der Maschine steuern. Bewegungssteuerungen variieren abhängig von der Anzahl der Achsen, der erforderlichen Auflösung, der Aktualisierungszeit und dem spezifischen unterstützten Kommunikationsbus.

Die Bewegungssteuerung liefert dann ein analoges oder digitales Low-Power-Motorbefehlssignal an den Motorantrieb.

Motorantrieb oder Verstärker

Der Motorantrieb empfängt das Low-Power-Signal von der Bewegungssteuerung und sendet dann Strom an den Motor.

Motorantriebe sind dafür verantwortlich, die richtige Menge an Spannung und Strom an den Motor zu liefern, der ein Drehmoment erzeugt und die Last in Bewegung setzt.

Antriebe können analoge, digitale, Stepper-, lineare, variable Frequenz- und Servotypen sein. Jedes Laufwerk hat eine einzigartige Funktion und Fähigkeit. Jeder Antrieb funktioniert mit bestimmten Motoren und manche eignen sich besser für bestimmte Anwendungen.

Motor

Der Motor, auch bekannt als der Muskel von Bewegungssteuerungssystemen, wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um und erzeugt das Drehmoment, das zum Bewegen in die Zielposition erforderlich ist.

Motoren in Bewegungssteuerungssystemen werden entweder als DC oder AC klassifiziert, abhängig von der Art der Energie, die sie verwenden.

AC-Motoren bieten mehr Vielseitigkeit, kontrollierte Beschleunigung, einstellbare Drehmomentbegrenzung und weniger Netzstörungen. Gleichstrommotoren hingegen haben ein hohes Anlaufdrehmoment und sind einfacher zu installieren und zu verwenden.

Feedback-Gerät

Feedback-Geräte sind sowohl in geschlossenen als auch in offenen Systemen zu finden. Sie geben Positions-, Richtungs- oder Geschwindigkeitsinformationen an die Bewegungssteuerung zurück. Der Controller nimmt dann die notwendigen Anpassungen am Strom vor, um die Zielausgabe zu erreichen.

Bewegungssteuerungssysteme werden häufig in Industrie- und Fertigungsanwendungen eingesetzt. Sie sind häufig in Branchen zu finden, darunter:

• Textil
• Landwirtschaft
• Halbleiter und Elektronik
• Druck und Papier
• Kunststoff und Gummi
• Öl und Gas
• Metall- und Maschinenbau
• Medizinisch
• Möbel und Holz
• Essen und Getränke
• Energie
• Automobil
• Luftfahrt und Verteidigung

Wie Sie die Effizienz Ihres Bewegungssteuerungssystems verbessern können

1. Verwenden Sie den richtigen Motor für die jeweilige Anwendung

Die Verwendung geeigneter Motoren für die Anwendung kann zu einer besseren Ausgangsqualität und höheren Energieeinsparungen führen. Drei der heute am häufigsten in Bewegungssteuerungssystemen verwendeten Motoren sind DC-Motoren (bürstenbehaftet und bürstenlos), Schritt- und Servomotoren.

Gebürstete Gleichstrommotoren sind einfach zu steuern, haben ein hervorragendes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, sind einigermaßen effizient und meist kostengünstig. Sie erzeugen hörbares und elektromagnetisches Rauschen, das Störungen innerhalb des Systems verursachen kann. Darüber hinaus erfordert ein DC-Bürstenmotor eine ständige Wartung, da die Bürsten irgendwann verschleißen können und werden.

Häufige Anwendungen:Handy-Vibrator, Spielzeug, Handventilatoren, Akku-Bohrer, Autofenster.

Bürstenlose Gleichstrommotoren sind leiser als ein Bürstenmotor, da es keinen Kontakt zwischen den Oberflächen gibt. Aus dem gleichen Grund sind sie auch effizienter. Ein bürstenloser DC-Motor liefert mehr Leistung als ein bürstenbehafteter DC-Motor mit Magnet gleicher Größe. Der Nachteil dieser Motoren ist, dass sie schwer zu steuern sind und oft eine spezielle Steuerung erfordern.

Übliche Anwendungen:Waschmaschine, Klimaanlage, Computerlüfter, Festplatten, Drohnen

Schrittmotoren werden zur präzisen Positionierung und/oder Geschwindigkeitsregelung verwendet. Sie haben ein hervorragendes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und sind perfekt für Anwendungen mit hohem Haltemoment. Sie können einfach mit kostengünstigen Mikrocontrollern gesteuert werden. Der Nachteil eines Schrittmotors ist das entstehende Geräusch, das begrenzte Drehmoment bei hohen Geschwindigkeiten und der geringere Wirkungsgrad. Da sie ständig Strom verbrauchen, neigen sie dazu, heiß zu werden.

Häufige Anwendungen:Überwachungskameras, Auto-Seitenspiegelneigungen, Drucker

Servomotoren haben ein hervorragendes Drehmoment bei Drehzahlen von mehr als 2000 U / min. Mit Closed-Loop-Feedback haben sie die höchste Positioniergenauigkeit. Sie werden für die meisten fortschrittlichen Bewegungssteuerungsanwendungen benötigt. Die möglichen Nachteile eines Servomotors sind die Kosten und das mögliche Zittern beim Versuch, die Position zu halten.

Gängige Anwendungen:3D-Druck, CNC, Verpackung, kartesische Systeme

2. Verwenden Sie geeignete und effiziente Geschwindigkeitsantriebe

Die heutigen Hersteller streben nach einer höheren Maschinen- und Gesamtleistungseffizienz, um der Konkurrenz einen Schritt voraus zu sein und die sich ändernden Kundenanforderungen zu erfüllen.

Die neueste Generation von Frequenzumrichtern (VFDs) spielt eine Schlüsselrolle bei der Beschleunigung der Betriebseffizienz sowohl in der Konstruktions- als auch in der Produktionsphase. VFDs helfen dabei, die Drehzahl des Motors an die gewünschte Drehzahl der angetriebenen Maschine anzupassen. Sie sind auch für weniger Lärm, sanfteren Start und weniger Wartung ausgelegt.

3. Wählen Sie die richtige speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) aus

SPS sind ein beliebtes Automatisierungstool in verschiedenen Branchen, da sie einfach zu bedienen sind und eine präzise und modifizierbare Steuerung bieten.

Bei der Auswahl Ihrer SPS ist es wichtig, die Anwendungsanforderungen einschließlich der Steuerungsgrundlagen und der zukünftigen Skalierbarkeit zu definieren. Andere wichtige zu berücksichtigende Faktoren sind:

• Anzahl und Art der E/A
• Notwendige Kontrollfunktionen
• Datenerhebung und spezielle Funktionsanforderungen
• Kommunikationsoptionen
• Automatisierungserfahrung und Fähigkeiten des Anlagenpersonals

Während einige Anlagenmitarbeiter mit Automatisierung vertraut sind, haben andere wenig Erfahrung mit neueren Technologien. Zum Glück gibt es verschiedene SPS auf dem Markt, die speziell für Anfänger entwickelt wurden. Obwohl diese Steuerungen oft klein und einfach sind, sind sie für eine einfache Erweiterung konzipiert und besitzen viele der Funktionen, die in größeren SPSen zu finden sind.

4. Verwenden Sie nur die geeigneten Komponenten

Bewegungssteuerungssysteme bestehen aus verschiedenen mechanischen Teilen wie Riemen und Lagern. Jede Komponente wirkt sich auf die Gesamtleistung des gesamten Systems aus. Aus diesem Grund müssen alle Teile konsequent überprüft und getestet werden, von der Entwurfsphase bis hin zur Installation.

5. Planen Sie eine regelmäßige Wartung

Alle Komponenten unterliegen einem normalen Verschleiß, was zu einer geringeren Systemeffizienz führen kann. Geplante vorbeugende Wartung eliminiert kostspielige Ausfallzeiten, die durch einen Ausfall verursacht werden. Es verlängert auch die Lebensdauer des Bewegungssteuerungssystems und verhindert größere Reparaturen und einen vorzeitigen Austausch von Maschinen.

Leistungsstarke Automatisierungstechnologien, die auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind

In Produktionslinien, in denen Leistung, Produktivität und Bewegungspräzision von entscheidender Bedeutung sind, kann das richtige Bewegungssteuerungssystem den Unterschied zwischen Erfolg und Misserfolg ausmachen.

John Henry Foster kann Ihnen bei der Implementierung eines Bewegungssteuerungssystems helfen, das an Ihre spezifische Anwendung angepasst werden kann. Seit 1938 statten wir Hersteller mit Robotik-, Automatisierungs- und Industriesystemen aus, die auf die individuellen Bedürfnisse jedes Kunden zugeschnitten sind. Wenden Sie sich an unser Team, um ein Angebot zu erhalten.