Maximale efficiëntie in bewegingsbesturingssystemen

Experts voorspellen dat tegen 2025 10-15% van de banen in drie sectoren, namelijk transport, productie en detailhandel, een groot potentieel voor automatisering zal hebben. Naarmate meer bedrijven geautomatiseerde processen en technologieën toepassen, is de vraag naar motion control-systemen in fabrieken en productielijnen exponentieel gegroeid. Motion control-systemen zorgen ervoor dat producten succesvol worden geassembleerd door de juiste componenten op het juiste moment naar de juiste plaats, in de juiste richting te verplaatsen.

In deze gids onderzoeken we wat motion control-systemen zijn, hoe ze werken, wie er baat bij heeft en hoe ze hun effectiviteit kunnen maximaliseren.

Wat zijn motion control-systemen?

Een motion control systeem genereert mechanische beweging. Het wordt aangedreven door een motor en ontworpen voor nauwkeurige koppelregeling, snelheid en/of positie. In de automatiseringsindustrie maken motion control-systemen een nauwkeurige en gecontroleerde beweging van machineonderdelen mogelijk.

Motion control-systemen worden vaak gebruikt in situaties die een snelle start en stop van beweging, coördinatie van afzonderlijke elementen en exacte positionering van een product vereisen.

In de meeste gevallen gebruiken motion control-systemen geautomatiseerde besturingen om gewenste acties te produceren en kracht, snelheid, druk en/of positionering te beïnvloeden. Meer geavanceerde systemen hebben gespecialiseerde technologie om kritieke procesgegevens en feedback zoals snelheid of positie te verzamelen voor de verbetering van toekomstige operaties.

De basisstructuur van een motion control-systeem

Motion control-systemen zijn samengesteld uit drie basiscomponenten:een motion controller, motor driver of versterker, en motor.

Bewegingscontroller

De bewegingscontroller is het brein van het hele systeem. Het behandelt alle rekenkundige vereisten van sequentie-uitvoering, servolussluiting en bewegingspadplanning. Het wordt bestuurd door de eindgebruiker om opdrachten uit te voeren die de functie van de machine sturen. Bewegingscontrollers variëren afhankelijk van het aantal assen, de vereiste resolutie, de updatetijd en de specifieke ondersteunde communicatiebus.

De bewegingscontroller levert vervolgens een analoog of digitaal motorcommandosignaal met laag vermogen aan de motoraandrijving.

Motoraandrijving of versterker

De motoraandrijving ontvangt het signaal met laag vermogen van de bewegingscontroller en stuurt de stroom naar de motor.

Motoraandrijvingen zijn verantwoordelijk voor het leveren van de juiste hoeveelheid spanning en stroom aan de motor die koppel produceert en de belasting in beweging zet.

Aandrijvingen kunnen analoog, digitaal, stepper, lineair, variabele frequentie en servotypes zijn. Elke schijf heeft een unieke functie en mogelijkheid. Elke aandrijving werkt met bepaalde motoren en sommige werken beter voor specifieke toepassingen.

Motor

Ook bekend als de spier van bewegingscontrolesystemen, zet de motor elektrische energie om in mechanische energie en produceert het koppel dat nodig is om naar de doelpositie te gaan.

Motoren in motion control-systemen worden geclassificeerd als gelijkstroom of wisselstroom, afhankelijk van het type stroom dat ze gebruiken.

Wisselstroommotoren bieden meer veelzijdigheid, gecontroleerde acceleratie, instelbare koppellimiet en minder stroomstoringen. DC-motoren hebben daarentegen een hoog startkoppel en zijn gemakkelijker te installeren en te gebruiken.

Feedbackapparaat

Feedbackapparaten zijn te vinden op zowel closed-loop- als open-loop-systemen. Ze voeren positie-, richtings- of snelheidsinformatie terug naar de bewegingscontroller. De controller maakt vervolgens de nodige aanpassingen aan de stroom om de beoogde output te bereiken.

Motion control-systemen worden veel gebruikt voor industriële en productietoepassingen. Ze worden vaak aangetroffen in sectoren zoals:

• Textiel
• Landbouw
• Halfgeleider en elektronica
• Printen en papier
• Plastic en rubber
• Olie en gas
• Metaal- en machinebouw
• Medisch
• Meubels en hout
• Eten en drinken
• Energie
• Automobiel
• Lucht- en ruimtevaart en defensie

Hoe u de efficiëntie van uw bewegingscontrolesysteem kunt verbeteren

1. Gebruik de juiste motor voor de specifieke toepassing

Het gebruik van de juiste motoren voor de toepassing kan leiden tot een betere output en hogere energiebesparingen. Drie van de meest voorkomende motoren die tegenwoordig in motion control-systemen worden gebruikt, zijn de DC-motoren (geborsteld en borstelloos), stappenmotoren en servomotoren.

Geborstelde gelijkstroommotoren zijn eenvoudig te regelen, hebben een uitstekend koppel bij lage snelheden, zijn redelijk efficiënt en meestal goedkoop. Ze produceren hoorbare ruis en elektromagnetische ruis die storingen in het systeem kunnen veroorzaken. Bovendien vereist een gelijkstroommotor met borstels constant onderhoud, aangezien de borstels kunnen en uiteindelijk zullen verslijten.

Veelvoorkomende toepassingen:vibrator voor mobiele telefoons, speelgoed, handventilatoren, accuboormachines, autoruiten.

Borstelloze gelijkstroommotoren zijn rustiger dan een borstelmotor omdat er geen contact is tussen oppervlakken. Om dezelfde reden zijn ze ook efficiënter. Een borstelloze gelijkstroommotor levert meer vermogen dan een geborstelde gelijkstroommotor met een magneet van hetzelfde formaat. Het nadeel van deze motoren is dat ze moeilijk te besturen zijn en vaak een speciale controller nodig hebben.

Veelvoorkomende toepassingen:wasmachine, airconditioning, computerventilatoren, schijven, drones

Stappenmotoren worden gebruikt voor nauwkeurige positionering en/of snelheidsregeling. Ze hebben een uitstekend koppel bij lage snelheden en zijn perfect voor toepassingen met een hoog houdkoppel. Ze kunnen eenvoudig worden aangestuurd met goedkope microcontrollers. Het nadeel van een stappenmotor is het geluid dat wordt gemaakt, het beperkte koppel bij hoge snelheden en een lager rendement. Omdat ze constant stroom verbruiken, hebben ze de neiging om heet te worden.

Veelvoorkomende toepassingen:beveiligingscamera's, kantelbare zijspiegels van auto's, printers

Servomotoren hebben een uitstekend koppel bij snelheden hoger dan 2000 tpm. Met terugkoppeling met gesloten lus hebben ze de hoogste positioneringsnauwkeurigheid. Ze zijn vereist voor de meeste geavanceerde motion control-toepassingen. De mogelijke nadelen van een servomotor zijn de kosten en de mogelijke jitter die probeert de positie te behouden.

Veelvoorkomende toepassingen:3D-printen, CNC, verpakkingen, cartesiaanse systemen

2. Gebruik geschikte en efficiënte snelheidsaandrijvingen

De fabrikanten van vandaag zoeken een grotere machine- en algehele prestatie-efficiëntie om de concurrentie voor te blijven en te voldoen aan de veranderende behoeften van de klant.

De nieuwste generatie frequentieregelaars (VFD's) spelen een sleutelrol bij het versnellen van de operationele efficiëntie tijdens zowel de ontwerp- als de productiefase. VFD's helpen de snelheid van de motor af te stemmen op de gewenste snelheid van de aangedreven machine. Ze zijn ook ontworpen voor minder geluid, een zachtere start en minder onderhoud.

3. Selecteer de juiste Programmable Logic Controller (PLC)

PLC's zijn een populaire automatiseringstool in verschillende industrieën omdat ze gemakkelijk te gebruiken zijn en nauwkeurige en aanpasbare controle bieden.

Bij het selecteren van uw PLC is het belangrijk om toepassingsvereisten te definiëren, inclusief de basisprincipes van de besturing en toekomstige schaalbaarheid. Andere belangrijke factoren om te overwegen zijn:

• Aantal en type I/O
• Noodzakelijke bedieningsfuncties
• Gegevensverzameling en speciale functie-eisen
• Communicatie-opties
• Automatiseringservaring en capaciteiten van fabriekspersoneel

Hoewel sommige fabrieksmedewerkers kennis hebben van automatisering, hebben anderen weinig ervaring met nieuwere technologieën. Gelukkig zijn er verschillende PLC's op de markt die speciaal zijn ontworpen voor beginners. Hoewel deze controllers vaak klein en eenvoudig zijn, zijn ze ontworpen voor eenvoudige uitbreiding en beschikken ze over veel van de functies die in grotere PLC's worden aangetroffen.

4. Gebruik alleen de juiste componenten

Motion control systemen bestaan ​​uit verschillende mechanische onderdelen zoals riemen en lagers. Elk onderdeel heeft invloed op de algehele prestaties van het hele systeem. Daarom moeten alle onderdelen consequent worden beoordeeld en getest, vanaf de ontwerpfase tot en met de installatie.

5. Plan regelmatig onderhoud

Alle componenten ondergaan normale slijtage, wat kan leiden tot een lagere systeemefficiëntie. Gepland preventief onderhoud elimineert kostbare uitvaltijd als gevolg van een storing. Het verlengt ook de levensduur van het motion control-systeem, waardoor grote reparaties en voortijdige vervanging van machines worden voorkomen.

Krachtige automatiseringstechnologieën afgestemd op uw behoeften

In productielijnen waar kracht, productiviteit en bewegingsprecisie van cruciaal belang zijn, kan het juiste motion control-systeem het verschil maken tussen succes en mislukking.

John Henry Foster kan u helpen bij het implementeren van een motion control-systeem dat kan worden aangepast aan uw specifieke toepassing. Sinds 1938 rusten we fabrikanten uit met robotica, automatisering en industriële systemen die zijn afgestemd op de unieke behoeften van elke klant. Neem contact op met ons team voor een offerte.