Silnik elektryczny to często niedoceniany bohater czwartej rewolucji przemysłowej, który może „tchnąć życie” zarówno w roboty, jak i drukarki 3D. Niestety, silniki elektryczne nie są niezniszczalne, a gdy zawiodą, mogą spowodować zatrzymanie całej linii produkcyjnej. Co więcej, pochłaniają one prawie połowę energii elektrycznej wytwarzanej w Europie. Jednak postępy poczynione w zakresie sprawności energetycznej oraz rozwój przemysłowego Internetu rzeczy (IIoT), który pozwala na wprowadzenie konserwacji predykcyjnej, sprawiły, że możliwa jest teraz poprawa wydajności zarówno silników, jak i napędzanych przez nie maszyn.

Kluczem jest odpowiedni dobór silników i innych istotnych elementów wydajnego i bezpiecznego układu napędowego o odpowiedniej wielkości. Andrew Guest z firmy Distrelec dzieli się czterema przydatnymi wskazówkami, które pomogą osiągnąć sukces w tym zakresie.

Wskazówka 1 — Nie zapominaj, że wielkość ma znaczenie

Inżynierowie, bez względu na to, czy projektują samochody elektryczne, drony czy roboty współpracujące, stawiają sobie dziś za cel zmniejszenie masy i wymiarów urządzenia bez utraty mocy. Nie będzie również zaskoczeniem fakt, że rośnie zapotrzebowanie na mniejsze i lżejsze, a jednocześnie mocne silniki charakteryzujące się dobrym stosunkiem mocy do masy. Wielkość ma więc znaczenie przy wyborze układu napędowego. Oznacza to, że wszystkie jego elementy — od silników przez napędy falownikowe (o zmiennej prędkości obrotowej) po serwonapędy i siłowniki — muszą mieć odpowiedni rozmiar oraz moc.

Szczególnie przydatne mogą się tu okazać kompaktowe rozwiązania zapewniające różne poziomy mocy przy jednoczesnym ograniczeniu wymiarów do minimum. Na przykład serwonapędy z nowej serii S1 firmy Omron charakteryzują się bardzo kompaktową konstrukcją, a ich wysokość pozostaje taka sama bez względu na moc. Firma Pilz ma zaś w ofercie przekaźniki z serii PMD o stałych, niewielkich wymiarach 87 x 22,5 x 122 mm (wys. x szer. x dł.) dla wszystkich napięć roboczych, co pozwala zaoszczędzić miejsce w szafie sterowniczej bez utraty mocy.

Rozmiar siłownika również nie jest bez znaczenia. I tak nowe siłowniki kompaktowe z serii JCQ firmy SMC są nawet o 40% mniejsze (objętość) i nawet o 45% lżejsze od poprzednich modeli o tej samej średnicy cylindra.

Wskazówka 2 — Przejdź na nowy poziom sprawności

Wybór energooszczędnych silników jest nie tylko kwestią zgodności z rozporządzeniami nr 640/2009 i 4/2014 dotyczącymi ekoprojektu, które wymagają, aby wszystkie silniki o mocy znamionowej 0,75–375 kW osiągnęły co najmniej klasę sprawności IE3 (lub IE2 w połączeniu z napędem falownikowym). Dla użytkowników końcowych jest to również sposób na obniżenie zużycia energii i całkowitego kosztu eksploatacji (TCO), a dla producentów są to wyjątkowe cechy produktu.

Jak więc można osiągnąć lepszą sprawność energetyczną? Oczywistym rozwiązaniem wydaje się wybranie silnika o odpowiedniej klasie sprawności i/lub połączenie go z napędem falownikowym, ale są też inne ważne czynniki, które należy rozważyć. Na przykład nowe, w pełni mechatroniczne rozwiązanie firmy Trinamic, które łączy silnik krokowy i sterujące układy elektroniczne, pozwala na automatyczne skalowanie prądu dostosowane do obciążenia. Funkcja ta umożliwia silnikowi dostosowanie wymaganego prądu do obciążenia, dzięki czemu może przyczynić się do zmniejszenia zużycia energii nawet o 75%. To z kolei pomaga utrzymać niższą temperaturę układu, wydłuża żywotność silnika i obniża koszty.

Elementy takie jak przekaźniki przeciążeniowe mogą również odgrywać kluczową rolę w zwiększaniu sprawności energetycznej. Na przykład przekaźniki z serii Sirius firmy Siemens automatycznie wyłączają się, gdy silnik pracuje na biegu jałowym (np. praca pompy na biegu jałowym) i są wyposażone w opcję kompensacji mocy biernej dzięki funkcji monitorowania współczynnika mocy.

Wskazówka 3 — Wyprzedzaj awarie

Zmiany warunków pracy silnika, takie jak drgania, temperatura, pobór prądu czy rezystancja izolacji, mogą być oznaką zbliżającej się awarii, dlatego kluczowa jest ich obserwacja w czasie rzeczywistym. Pomogą w tym niektóre z najnowszych urządzeń opartych na IIoT do monitorowania stanu technicznego.

Przekaźniki monitorowania silnika z serii K6CM firmy Omron w sposób ciągły i automatyczny monitorują drgania, temperaturę, pobór prądu i rezystancję izolacji nawet do 10 silników. Przekaźniki te natychmiast wykrywają i sygnalizują wszelkie nieprawidłowości, wyświetlając stan silnika na pasku alarmowym w trzech kolorach: zielonym (normalny), pomarańczowym (ostrzeżenie) i czerwonym (krytyczny), co pomaga zapobiegać awariom.

Kolejnym kluczowym elementem w zakresie monitorowania warunków pracy silnika są sterowniki. Podłączenie sterowników, np. tych z serii Modicon M221 firmy Schneider, do urządzeń monitorujących takich jak przekaźniki czy czujniki, umożliwia natychmiastowy dostęp do najważniejszych danych silnika z dowolnego miejsca przez Ethernet, sieć bezprzewodową lub serwery internetowe. Inżynier odpowiedzialny za konserwację może otrzymywać powiadomienia bezpośrednio na smartfon lub tablet i dokonywać konserwacji predykcyjnej, na przykład poprzez zdalną zmianę parametrów w celu uniknięcia awarii.

Na początek warto wybrać zestawy startowe sterowników, takie jak te oferowane przez firmę Siemens, które zawierają moduły zasilania i kompletne oprogramowanie wymagane do łatwej konfiguracji. Istnieje wiele opcji do wyboru — od podstawowych po zaawansowane.

Wskazówka 4 — Pamiętaj o ochronie

Urządzenia monitorujące mogą pomóc zapobiec większości awarii i wydłużyć żywotność silnika. Jednak zabezpieczenie przed takimi sytuacjami, jak nagłe przeciążenie jest również niezwykle istotne w celu ochrony silnika, napędzanej maszyny oraz operatorów. Właśnie do służą przekaźniki bezpieczeństwa.

Łatwość użytkowania i instalacji, wszechstronność oraz możliwość integracji urządzenia z infrastrukturą IIoT to tylko niektóre z najważniejszych cech, na jakie warto zwrócić uwagę przy wyborze przekaźników.

Na przykład przekaźniki z serii PMD firmy Pilz są wyposażone w technologię łączenia na wcisk, która umożliwia łatwą instalację bez użycia narzędzi. Są one również łatwe w obsłudze, gdyż odpowiednie parametry można szybko ustawić z przodu urządzenia — wystarczy zwykły wkrętak.

Przekaźniki przeciążeniowe z serii Sirius firmy Siemens mają certyfikat ATEX, co oznacza, że są przeznaczone do szerokiej gamy zastosowań — mogą być np. wykorzystane w silnikach w wykonaniu przeciwwybuchowym. Dzięki modułowi IO-Link przekaźniki te można łatwo podłączyć do sytemu sterowania wyższego poziomu i w ten sposób zintegrować ze środowiskiem automatyzacji. Funkcja ta może pomóc w zwiększeniu dostępności systemu i uprościć dokumentację systemu dzięki zintegrowanym funkcjom diagnostycznym i czytelnemu przypisywaniu parametrów.

Źródło:Distrelec