Soluções de Automação

Por Jim Parsons

“O alto torque a baixas velocidades dá a estes motores DC sem escova um maior grau de rigidez e controle, tornando-os mais silenciosos e duráveis uma vez que eles podem também ser usados como drives diretos.”

Por gerações, a história de "O Pequeno Motor Que Podia" tem ensinado às crianças o que pode ser conseguido com muito trabalho e uma atitude positiva. Quem pode esquecer a forma como o pequeno motor não se inibe diante uma tarefa que suas contrapartes maiores e mais poderosas rejeitam por um motivo ou outro.

Todos os dias, uma nova iteração desta história se passa no mundo real da embalagem. Para se ter certeza, os projetistas e proprietários de máquinas normalmente sabem o que seus motores são capazes de fazer, e resistência aos comandos é bastante raro (geralmente o resultado de uma falha de um componente de uso prolongado e / ou manutenção em atraso).

Mas não há como negar que os motores de menor porte estão oferecendo mais recursos nos dias de hoje, resultando no aparente enigma de tanto uma perda líquida (ou seja, o espaço da máquina e uso de energia) e um ganho líquido (ou seja, potência e versatilidade). Isso pode não ser traduzido tão bem em uma história infantil, mas é certo para ajudar os proprietários de sistemas de embalagem a dormir melhor à noite.

Um exemplo é o novo alto torque de 1,8 ˚ PKP Series motor de passo da Oriental Motor Corp EUA, Torrance, Califórnia Disponível nos tamanhos compactos que variam de 20 milímetros (0,79 polegadas) a 56.4/60mm (2.22/2.36 polegadas), o PKP oferece até 1,7 vezes mais torque em comparação a outros motores de série.

Em outras palavras, diz Steve Khou, porta-voz da empresa, a Série PKP fornece um torque equivalente a um motor de maior estrutura, que permite aos usuários obterem mais de equipamentos com tamanhos similares ou reduzidos.

"Como resultado, um utilizador pode aumentar a carga sobre o motor, ou reduzir o consumo de energia em até 20 por cento, ou mesmo reduzir o aumento da temperatura até 18 graus Fahrenheit [10 graus Celsius]", diz Khou. "A economia de energia e aumento da eficiência também faz a série PKP capaz de ter um ciclo maior de duração. É oferecido em muitas combinações sinuosas, e compatível com uma ampla variedade de especificações elétricas .”

Complementando a série PKP de tamanho pequeno / grande capacidade de potência está o novo Spur SH da Oriental Motor, que oferece maior precisão e é eficaz para reduzir a velocidade, aumentando o torque, alcançando maior resolução e reduzindo a vibração. Ele também oferece uma velocidade permitida mais ampla do que os modelos convencionais.

"O Spur SH é agora capaz de uma maior velocidade e especificação de repercussão garantida, beneficiando muitas aplicações do tipo embalagem com velocidade ou controle de posicionamento," diz Khou.

Falando em menor...

Wittenstein, Inc., Bartlett, Illinois, pode usar ortografia minúscula para a sua nova linha dinâmica cyber, mas os usuários não irão receber nada além do alto desempenho desta família de motores síncronos.

Os motores 48VDC são oferecidos em tamanhos de diâmetro exterior de 17, 22, 32 e 40 milímetros. Eles fornecem 0,012-0,350 Nm de torque, e são adequados para faixas de desempenho entre 25 e 335 watts.

Todos motores dinâmicos cibernéticos unem o codificador padrão robusto e compacto, com incrementos de 1,024 e uma interface BiSS em uma caixa de aço inoxidável com superfícies fáceis de limpar. Elas dispõem de um conector na parte traseira, o que evita os enormes custos muitas vezes incorridos em caso de uma falha caso eles estejam conectados com uma extremidade do cabo. Como resultado, não há mais a necessidade de substituir todo o motor caso o cabo esteja danificado, e uma falha no motor não significa automaticamente religação.

"Esta série de motores síncronos cria diversas novas oportunidades para um projeto de máquina com um conjunto de funcionalidades avançadas e inovadoras", diz o porta-voz da Wittenstein, Steve Herbst. Por exemplo, a linha dinâmica cibernética é ideal para aplicações que envolvem alta aceleração ou movimentos curtos com frequentes mudanças de velocidade, como é normalmente o caso dos sistemas de pegar-e-colocar.

Uma relação torque / peso excelente significa que há menos massa para ser acelerada e o rendimento da máquina é aumentado ainda mais. Isto, juntamente com a utilização otimizada do motor de energia formam uma solução ideal para os dispositivos alimentados por bateria e dispositivos móveis, porque os ciclos de funcionamento entre os dois processos de carregamento são agora consideravelmente mais longos, aumentando assim sua disponibilidade.

Herbst observa que o constante torque elevado da linha dinâmica cibernética também abre o caminho para menores seções transversais de cabo e controladores de servo mais compactos. O resultado é um menor gasto de espaço, peso e dinheiro.

"O alto torque a baixas velocidades dá a estes motores DC sem escova um maior grau de rigidez do controle e torna-os mais silenciosos e mais duráveis para que eles possam também ser usados como acionamento direto", diz ele.

Mais potência, mais desempenho

Entre as outras linhas de motor DC recebendo um impulso está a linha de motoredutores INTEGRAmotor™ da empresa Bodine Electric, Northfield, Ill. O novo modelo do motor DC sem escova de 24 VDC e alto torque redutor 34B4/FV-F, juntamente com controlador de velocidade embutido e um codificador ótico criam um pacote rígido de alto desempenho que simplifica radicalmente o design, fiação e montagem.

Os novos redutores 34B/FV-F fornecem ¼ hp (187 watts) e até 341 lb.-pol (39 Nm) de torque contínuo. Relações de transmissão que variam entre 5:1 e 180:1 e velocidades de saída nominal de 0,3 a 500 rpm estão disponíveis, tornando os 34B/FV-F motores ideais para uma variedade de aplicações de embalagem e transporte. Eles também são bem adequados para aplicações portáteis ou remotas onde a conexão a uma linha de AC não é possível. E os motores são praticamente livres de manutenção, uma vez que seu design elimina o desgaste da escova e manutenção, além da emissão e acúmulo de pó de carvão.

A interface de PWM que controla a velocidade dos novos motores aceitam entradas a partir de um controlador de movimento externo ou Controlador Lógico Programável (CLP).

Para complementar os IP-44 motoredutores 34B/FV-F, versões especiais de ordem de motoredutores INTEGRAmotor da Bodine estão disponíveis com redutor lubrificantes de grau alimentício.

Eficiência da unidade de tempo

Atrás de todo motor de sucesso, independentemente do seu tamanho, há uma unidade igualmente bem sucedida. E quanto mais suscetível a unidade, mais versátil e eficiente o motor será para a sua aplicação pretendida.

Pode ser natural supor que a relativa simplicidade das tarefas realizadas pelo ímã permanente de motores AC não justificam as capacidades de um carro "inteligente". Mas coisas como bombas e ventiladores em uma máquina de embalagem primária podem absorver energia tão facilmente como seus primos maiores. Então se você não precisa de toda velocidade ou torque o tempo todo, por que operar o motor como se você precisasse?

Esses tipos de aplicativos são o lugar onde a nova série de acionamento de velocidade ajustável AC30V da Parker Hannifin podem ajudar.

"Enquanto a maioria dos inversores em suas classes se limitam a executar motores de indução, o AC30V adiciona a capacidade de executar ímãs permanente a motores AC, que são menores e mais eficientes", explica Lou Lambruschi da Parker Charlotte. "Muitos produtos concorrentes são "unidades mudas" que respondem a comandos de velocidade ou torque. O AC30V inclui Macros de Aplicação, parte do software de programação PDQ intuitiva Parker, que permite aos usuários configurar rapidamente o carro para uma aplicação específica.”

Combinando a velocidade de bombas e ventiladores para processar demandas com o AC30V pode significar rendimento significativo, mesmo para comparativamente motores pequenos. Uma redução de 20 por cento da velocidade, por exemplo, pode cortar energia quase ao meio, com retorno total alcançado em menos de 18 meses em muitos casos.

Lambruschi acrescenta que o grau de eficiência adquirido com o uso do AC30V depende do tipo de tecnologia que a unidade substitui. Quando usado em bombas centrífugas, ventiladores ou unidades de potência hidráulica para substituir válvula ou controle do amortecedor, por exemplo, o uso de energia é drasticamente reduzido, juntamente com o ruído.

"Quando usado para alimentar motores de ímã permanente ao invés do motor de estilo tradicional de indução AC, há ganhos de eficiência e conservação do espaço em virtude da maior densidade de potência do motor", diz Lambruschi.

O AC30V inclui também o "Torque Seguro Desligado" (STO), de acordo com as normas ISO/EN13849 "ple" e "SIL3" como um recurso padrão, garantindo uma operação segura em uma ampla gama de aplicações. Conectividade Ethernet também é padrão, com opções para outros protocolos Fieldbus industriais para operação remota. Um slot para cartão de memória SD permite backups fáceis de informações da unidade e atualizações de firmware.

Além de ser inteligente, a AC30V também é resistente. O revestimento protetor em suas placas de PC resiste a ambientes severos encontrados em muitas operações de processamento e embalagem.

Flexibilidade em tempo integral

Há poucas coisas que os proprietários do sistema de embalagem querem mais do que máquinas flexíveis e que também sejam confiáveis. E com os componentes do motor, como o controlador de automação programável MP3200iec (PAC) da Yaskawa America Inc., Waukegan, Illinois, é verdadeiramente possível se "ter tudo".

O MP3200iec de movimento centrado processa um programa quatro vezes mais rápido que um PLC típico e pode sincronizar 32 servo-eixos em um milésimo de segundo. E isso é exatamente a capacidade que modernos sistemas automatizados precisam, diz Chris Knudsen, porta-voz da Yaskawa.

"O MP3200iec permite que os servo-eixos extras possam ser sincronizado através de transmissão eletrônica", diz Knudsen. "O tempo de varredura do processador está sincronizado com a atualização servo tão rápida quanto 250 microssegundos, permitindo que as entradas sejam lidas e postas em prática em tempo tão curto quanto um milésimo de segundo, sem a necessidade de um módulo de interruptor limite programável extra."

O MP3200iec foi originalmente desenvolvido para proporcionar um controle de alta velocidade em rede para múltiplos Sigma-5 servos, e irá integrar eixos servo 62 através de uma rede de comunicação digital de alta velocidade. Os Sigma-5 servos vem com um recurso de supressão de vibração, que lê as vibrações da máquina do encoder servo e aplica-se um sinal de que neutraliza e elimina a vibração. O resultado é uma máquina mais suave, mais rápida, mais duradoura.

Knudsen diz que os usuários finais também irão gostar do Toolbox PackML que podem ser implementadas no MP3200iec.

"As máquinas que utilizam PackML seguem um diagrama de estado padrão, que faz com que seja mais fácil mais rápido para diagnosticar um problema se houver tempo de inatividade", diz ele. "O navegador padrão também ajuda os usuários finais a verem informações sobre o estado da máquina sem o uso de software de programação."

Comunicando controle

Outro dispositivo versátil é o Unidrive M700, um dos sete modelos de motor desenvolvido especificamente para o mercado de automação industrial pelo Controle de Divisão de Tecnologia da Emerson, Eden Prairie, Minnesota

Disponível em 11 tamanhos de quadro com poder de 0,5 a 1.600 hp de saída, o M700 oferece um rendimento máximo da máquina através de um maior controle com sincronização de rede única e multi-eixos. Em tempo real Ethernet (IEEE 1588 V2), controle integrado de movimento avançado e de alta velocidade de I / O para a captura de posição permite a construtores de máquinas facilmente criar máquinas mais sofisticadas e flexíveis. A sincronização pode ser alcançada através da rede abaixo de 1 mS, com taxas de atualização tão baixas quanto 250 mS com uma contagem nó praticamente ilimitada.

"Enquanto as soluções de muitos outros fabricantes de controles do motor têm protocolos de comunicação fechado / proprietário, nós desenvolvemos nossa nova geração de controles de motor utilizando Ethernet aberta", explica Rob Kelly, porta-voz da Emerson. "Isso dá aos usuários finais a opção de integrar outros componentes da marca que escolherem."

Interface de retorno a bordo do M700 oferece conectividade de alto desempenho para múltiplos canais de encoder e suporta praticamente qualquer tecnologia de feedback do encoder padrão, incluindo resolver, BISS e dispositivos ENDAT.

Funções disponíveis incluem comunicações, dispositivos de E / S adicionais, comentários, características de segurança melhoradas e controle de movimento escalável. O módulo SI-Safety oferece uma solução inteligente programável para atender as normas de segurança funcional IEC 61800-5-2, cobrindo várias funções, incluindo a STO, Parada Segura 1 e 2, Cofre com Velocidade Limitada e Monitor com Velocidade Segura.

Combinação lógica

2 + 2 = 1

Espere, isso não pode estar certo... pode?

Sim, está, pelo menos no mundo da integração orientada de tecnologia de embalagem. E ele está certo por um bom motivo. Quando mais funções podem ser combinadas numa única unidade, tanto o construtor da máquina quanto o proprietário do sistema terão mais utilidade com embalagens menores com custos geralmente bem menores.

Esse é o pensamento por trás do novo AKD® PDMM da Kollmorgen, Radford, Va. AKD PDMM combina um controlador de movimento multi-eixos de alta performance, IEC61131-3 completo, mestre EtherCAT ® e uma unidade servo AKD em um único e compacto pacote que oferece uma plataforma completa e totalmente escalável para até 12 eixos.

"Os construtores de máquinas compram um AKD PDMM e podem adicionar quantos servo escravo quiserem usando EtherCAT ® como necessários para a aplicação", diz ele. "O resultado é um movimento completo e uma solução de controlador de máquina que reduz os custos da máquina, reduz o espaço no painel em 50 por cento ou mais, reduz o nível de integração e elimina a necessidade de ligar outro objeto ao painel."

Reduzindo o tempo necessário para integrar o sistema de controle economiza o tempo de engenharia OEM ao criar a máquina. O pequeno tamanho do AKD PDMM, e os servo-acionamentos AKD acompanhados de um sistema multi-eixo, também podem ajudar OEMs a fazer uma máquina menor.

AKD PDMM também são de fácil manutenção. Um backup automático e recurso de restauração permitem que o pessoal da manutenção troquem os acionamentos sem terem que reconfigurar o dispositivo. A informação é centralizada na AKD PDMM e transferida automaticamente para a unidade escravo. Se o AKD PDMM é alterado, um cartão SD pode ser trocado dentro da unidade. Nenhum software de PC ou programação do teclado é necessário para configurar a máquina em uma situação de substituição ou manutenção preventiva, aumentando significativamente o tempo de funcionamento de uma linha de embalagem.

A Kollmorgen também tem um servidor web que permite que as operações ou pessoal de engenharia verifiquem o estado de uma máquina em qualquer navegador da web. "Os usuários podem conectar-se à AKD PDMM e obter o status do controlador com um iPhone, Android, PC, Mac, Blackberry ou qualquer outro dispositivo conectado à Internet", diz Hunt. "Os usuários podem parar e reiniciar a máquina, verificar o status de cada eixo em linha, comandar o backup e restaurar as funções deste servidor."

Geração conectar

É difícil acreditar que qualquer coisa, desde a década de 1990 é considerada agora "retro". Mas, pelos padrões de hoje, aquela década está tão ultrapassada como grupos cantando na Inglaterra e calculadoras de quatro funções. Enquanto você ainda pode tocar suas velhas fitas VHS (supondo que você ainda tem um videocassete), poucas pessoas querem voltar para os processos de automação da década de 1990. A prevalência de protocolos industriais baseados em Ethernet fizeram que os sistemas de controle do motor barebones da época parecessem absolutamente primitivo. "Em geral, usando a tecnologia de controle de movimento elétrico é definitivamente uma solução mais limpa e eficiente de energia", diz o gerente de produtos Nuzha Yakoob da Festo. "Além disso, o controle de movimento elétrico pode contribuir para a rápida transição entre as diferentes SKUs, o que leva a um maior rendimento." É por isso que mais e mais fabricantes de automóveis estão utilizando capacidade Ethernet em seus produtos. Por exemplo, a popular unidade servo CMMP-AS-M3 da Festo foi aprimorada com a capacidade de rede / integração com as principais plataformas de controle via protocolos baseados em Ethernet. "A nova série CMMP-AS-M3 oferece agora ambos ProfiNet e Ethernet / IP de comunicação, que estão ficando cada vez mais populares na área de automação de embalagens", diz Yakoob. "Isso permite que os fabricantes de máquinas integrem os atuadores elétricos Festo, motores e acionamentos para as plataformas de controle industrial populares para implementar soluções de manuseio simples na linha de embalagem." Em uma configuração de Profinet, o CMMP-AS-M3 também suporta PROFIenergy, permitindo a monitoração de multi-drive e gerenciamento através da rede. A unidade também pode ser configurada usando um cartão de memória SD, reduzindo significativamente o tempo de inatividade da máquina de embalagem no caso de uma unidade trocar. "Isso também beneficia construtores de máquinas, como eles podem de forma mais eficiente duplicar configurações de unidade", diz Yakoob. Capacidade de comunicação não é o único acessório do CMMP-AS-M3. "Esta série de drives também foi melhorada em termos de desempenho e velocidade de processamento servo para tempos de resposta superiores, precisão de posicionamento e que cumpram os requisitos de torque mais elevados de exigência e aplicações em embalagens de alto rendimento", acrescenta Yakoob.

Montagem simples, controle ilimitado

Só porque motores e acionamentos estão sendo utilizados em funções mais complexas não significa que os utilizadores têm de lidar com um aumento comparável em complexidade de programação e operação. Produtos como o novo i700 servo inversor da Lenze Americas, Uxbridge, Massachusetts, percorrem um longo caminho para simplificar o design, construção, comissionamento e operação de aplicações multi-eixo. Concebido como um complemento para o controlador 3200C do Lenze, os módulos do sistema de acionamento de um único eixo e eixo duplo oferecem uma gama de potência 0,37-15 kW, juntamente com os módulos adequados de fornecimento de energia para suportar tecnologias de motores que variam de padrão de motores trifásicos a síncrono servo motores. Tempos de ciclo extremamente curtos, resolução de sinal de 32 bits e capacidade de sobrecarga de mais de 200 por cento fazem o i700 bem adequado para tudo, desde tarefas simples de posicionamento a aplicações altamente dinâmicas e precisas. O i700 também é fácil de instalar e configurar via EtherCAT graças a ferramentas de software intuitivas e uma interface de engenharia central. Download automático de parâmetros e de firmware, juntamente com funções de auto-ajuste, garantem um rápido comissionamento. Conectores permitem uma fácil ligação. Em condições normais de operação, os módulos de alimentação do i700 não necessitam de filtragem ou DC de fusão, e tem um built-in de frenagem dinâmica. Em vez de cabos, as conexões elétricas intermediárias entre as unidades i700 utilizam um sistema inovador que é facilmente instalado, definindo os braços de ligação. Módulos de eixo da unidade são capazes de várias sobrecargas de correntes de saída de pico entre 5 e 64 A. Por razões de segurança, STO integrado é oferecido como um recurso padrão. A fim de implementar redes de segurança estendidas, a Lenze oferece variantes (por exemplo, SS1, SS2, SOS, SLS, SDI ou SLI), que permitem que os usuários a alcancem o mais alto nível de segurança sobre a classificação EtherCAT (FSoE).

Jim Parsons tem escrito sobre questões de negócios e tecnologia por mais de 14 anos.

Uma nova noção de movimento linear

Muitos avanços recentes na tecnologia de acionamento envolveram integração de componentes discretos em uma única unidade para economizar energia e espaço. Beckhoff Automation, Minneapolis, Minnesota, levou o conceito um passo adiante, combinando duas unidade separadas por princípios-rotativo e lineares de movimento em um único movimento linear, a tecnologia do Sistema de Transporte eXtended (XTS).

Não é apenas o motor completamente integrado com os componentes eletrônicos de potência, mas também a tecnologia de medição de deslocamento necessário para executar uma vasta gama de movimentos do produto e aplicações de posicionamento em níveis de eficiência sem precedentes.

A chave para o XTS está em seus múltiplos motores sem fio, que podem ser controlados com alta dinâmica de até 4 m / s em um caminho quase arbitrário e flexível que pode ser personalizado para atender a numerosos manuseios de materiais. Placas magnéticas no interior dos motores, juntamente com as bobinas nos módulos do motor, geram forças de propulsão similar a um motor linear.

"Os rolos sobre os motores, que são equipadas com uma superfície de plástico de baixo desgaste, podem mover-se em altas velocidades nas calhas", explica Joe Martin, gerente de vendas da Beckhoff. "

Isso significa que os motores podem fazer... bem, praticamente tudo. Eles podem acelerar, frear, posicionar-se e sincronizar-se com precisão. Eles podem assumir posições absolutas e posições relativas entre si, criar forças de fixação em movimento, passando por curvas e retas, e juntamente, recuperar energia através da travagem regenerativa e usar ambos os caminhos de retorno e os caminhos externos para fins de transporte.

"A exigência de utilização de um “controlador caixa preta” a parte para sistemas de transporte deste tipo já pode ser considerado uma coisa do passado", diz Martin. "Além do mais, os módulos do motor não contêm partes móveis e não estão sujeitas ao desgaste.

Servos inteligentes sustentáveis

Se houvesse um prêmio para a palavra mais utilizada no PACK EXPO ou outro evento do setor, "sustentabilidade" iria ganhar facilmente. E não é de se admirar. Com grande CPG focado em gestão e conservação de energia, a fim de serem bons cidadãos corporativos e usuários de recursos sábios, cabe aos construtores de máquinas e fornecedores de tecnologia fornecerem continuamente ferramentas e sistemas que ajudam a monitorar com precisão, medir e o mais importante, minimizar o consumo de energia em suas operações de embalagem.

Com esse objetivo em mente, a Mitsubishi Electric Automation, Inc., Vernon Hills, Illinois, deu a mais recente iteração de sua série MR-J de servo e controles de movimento, a MR-J4, distinta por ser “amigável ao ambiente”. A nova família de servo motores, servo amplificadores e controladores de movimento foi projetada para reduzir o consumo de energia e fornecer ferramentas de relatórios de gestão de energia que ajudam os usuários finais a melhor monitor os custos de energia de controle.

Incorporando características únicas, como uma capacidade de regeneração de energia, o amplificador de três eixos economiza energia a partir de um motor de alta velocidade, uma vez que começa a desacelerar, e em seguida armazena a energia gerada em um capacitor. "Em seguida, ele regenera a energia do capacitor para um outro motor que começa a acelerar", explica Sunny Ainapure, gerente sênior da linha de produtos da Mitsubishi. "Caso contrário, a energia é perdida".

A partir de um monitoramento de energia e uma perspectiva de gestão, o MR-J4 permite aos usuários monitorar cada aspecto de sua automação e sistema de movimento, incluindo a útil informação de como medir a corrente do motor retirada de cada eixo, quanta potência total consumida por cada eixo ou o consumo total de energia por cada célula de trabalho. Estas informações podem ser facilmente exibidas em uma solução HMI de Automação Elétricas da Mitsubishi ou um PC.

O MR-J4 também oferece o dobro de economia de energia se comparado a gerações anteriores de servo. "Em um teste recente no Japão, comparando um MR-J3 amplificador de 400 watts a um servo da geração anterior, a unidade [apenas] salvou 11 Joules", diz Ainapure. "O novo-J4 MR família servo pode economizar até 30 Joules, dependendo do tamanho do amplificador, motores e perfis de movimento."

"Economizando o espaço dos outros dois amplificadores de eixo único, disjuntores e contatores magnéticos que não são mais necessários para montar e instalar economizará tempo e dinheiro", diz Ainapure.