De ergonomische lat hoger leggen met slimme elektrische actuatoren

Elektrische lineaire actuatoren bieden al lang ergonomische voordelen door taken te automatiseren die repetitief, vuil of gevaarlijk zijn. Onlangs heeft de integratie van intelligentie aan boord in elektrische actuatoren hun ergonomische bijdrage naar een nieuw niveau getild. Slimme functies zoals digitale motorbesturing, positiefeedback, synchronisatie en realtime monitoring maken het nog eenvoudiger om automatisering toe te passen om het comfort, de veiligheid en de efficiëntie op de werkplek te verbeteren.

Digitale motorbesturing

Traditionele actuatoren zijn vaak afhankelijk van grote, stroominefficiënte relais of onafhankelijke controllers om de actuators uit te schuiven, in te trekken of te stoppen. Het gebruik van ingebouwde elektronica om het vermogen te beheren, kan de stroom bij de schakelaars of contacten verminderen van 20 A tot minder dan 22 mA, waardoor een eenvoudiger, goedkoper systeemontwerp mogelijk wordt. Operators kunnen de actuator draaien en van richting veranderen met een eenvoudige bediening.

Stelt u zich een werkruimte voor waarin werknemers componenten hanteren die meer dan 100 pond wegen en die vaak moeten reiken en bukken. Als hun werktafel werd bestuurd door actuatoren die waren uitgerust met een laag niveau schakelen, zou elke gebruiker de hoogte kunnen aanpassen tot een niveau dat minimaal buigen of strekken vereist, waardoor vermoeidheid wordt verminderd en tegelijkertijd de productiviteit wordt verbeterd (Afbeelding 1).

Hoewel traditionele actuatorassemblages dergelijke aanpassingen mogelijk maken, zouden ze externe motoromschakeling vereisen, wat meer stroom trekt en handmatig moet worden gedaan. Door de stroom van het circuit elektronisch te regelen, is al dit schakelen echter ingebed in de behuizing van de actuator, wat ook zorgt voor een slankere, schonere instelling zonder externe bedrading.

Het automatiseren van motorschakelingen heeft ook veiligheidsvoordelen. Een aandrijving trekt, afhankelijk van de belasting, tussen de 20 en 40 ampère. Het minimaliseren van blootstelling aan deze stroom tijdens installatie en gebruik zorgt voor meer ergonomische controle, terwijl het potentiële risico op schokken door relais met hoge stroomsterkte wordt verminderd.

Digitale positiefeedback

Slimme elektrische actuatoren (Figuur 2) maken niet alleen fijne positieaanpassingen mogelijk, maar ze geven ook realtime feedback over de omvang van die aanpassingen. Ze kunnen gedurende de hele slag rapporteren over de locatie van de belasting. In het voorbeeld van de werktafel in afbeelding 1 konden ze gegevens vastleggen over de locatie van de belasting en deze vergelijken met vooraf ingestelde parameters om een ​​consistente werking te garanderen.

Naast digitale positiefeedback komt de mogelijkheid om de snelheid te meten en te regelen. Stel dat u het op- of neerlaten automatiseert van een zware deur die een bepaalde machine afschermt of een afscheiding vormt. De microcontroller kan het aantal pulsen van een encoder ontvangen en de reisafstand en -snelheid berekenen op basis van het aantal pulsen dat binnen een bepaald tijdsinterval wordt ontvangen. Door bij het voorbeeld van een zware deur (Figuur 3) te blijven, zou dit het mogelijk maken om de snelheid te vertragen wanneer deze het einde van de slag bereikt, waardoor wordt voorkomen dat de deur dichtslaat voordat de operator tijd heeft om de opening vrij te maken.

Analoge positiefeedback

Digitale positiefeedback is een van de gemakkelijkste manieren om de actuatorsnelheid te meten, maar het is niet eenvoudig te programmeren omdat het de posities die het rapporteert na een stroomuitval of uitschakeling niet onthoudt. Slimme actuatoren die zijn uitgerust met analoge potentiometers, kunnen echter exacte positie-informatie ontvangen van potentiometers in de actuatorversnellingsbak, die spanningssignalen verzendt die gebruikers van het begin tot het einde van de slag waarschuwen voor de rijsnelheid en -richting. Ze onthouden die positie, dus als de stroom uitvalt, is het niet nodig om terug te keren naar een thuispositie en het apparaat te resetten.

Betrouwbaar positiegeheugen maakt de ontwikkeling mogelijk van applicaties die ergonomische instellingen voor elke gebruiker opslaan, waardoor de werkruimte kan worden aangepast aan meerdere personen op basis van factoren zoals lengte, opgeslagen procedures of gebruikersvoorkeuren.

Synchronisatie

De ergonomische voordelen van slimme elektrische actuatoren zijn nog groter bij gebruik met meerdere actuatoren. U kunt actuatoren instellen om zich automatisch aan te passen aan verschuivende belastingen. Een toepassing voor het assembleren van vliegtuigen waarbij vijf of tien arbeiders de romp afwerken, kan ze bijvoorbeeld ondersteunen met een platform dat hoog boven de grond moet worden geheven.

Terwijl werknemers over het platform bewegen, verschuift het gewicht naar verschillende delen van het platform, wat een mogelijke onbalans veroorzaakt. Slimme actuatoren die zich op verschillende punten onder het platform bevinden (bijv. één op elke hoek) kunnen zo worden ingesteld dat ze zichzelf aanpassen om te compenseren als de belasting verschuift tijdens synchrone beweging van de actuator (Figuur 4).

Het maken van aanpassingen die deze verschuivende belastingen tegengaan, gebeurt met zowel snelheidsregeling als positioneringsfeedback. Actuatoren communiceren met elkaar via een intern netwerk, lezen elkaars snelheid af op basis van positiefeedback en passen zich dienovereenkomstig aan.

Dit doen met digitale feedback resulteert echter in een stotterende stap, die ontwerpers kunnen vermijden door zowel positie als snelheid in de feedbacklus te plaatsen en deze aan te passen op basis van de activeringssnelheid en de positie. Dit biedt een ergonomisch voordeel dat een verschuivende last soepel vanaf meerdere punten kan tillen en compenseert voor onhandige lasten zoals platforms, stoelen en zware deuren.

Het aansturen van meerdere traditionele actuatoren is mogelijk, maar is een onnauwkeurige, tijdrovende en arbeidsintensieve operatie die de actuatoren extra belast, wat uiteindelijk leidt tot vastlopen of andere storingen. Slimme actuatorsynchronisatie maakt giswerk overbodig en resulteert in een uitgebalanceerde, soepele en goed gepositioneerde beweging.

Realtime bewaking

Slimme elektrische actuatoren kunnen continue bewakingsresultaten retourneren voor temperatuur, stroom, snelheid, spanning en andere variabelen, wat geavanceerde conditiebewaking, diagnostiek en foutafhandeling mogelijk maakt. Feedback kan maar liefst tien keer per seconde verschijnen, omdat de actuator zichzelf continu test. Als het een probleem detecteert (bijvoorbeeld het overschrijden van een temperatuurdrempel), kan de actuator halverwege de slag stoppen of de geprogrammeerde beweging beëindigen - volledig ingetrokken of uitgeschoven - stoppen en een foutvlag naar de computer sturen, alles in een fractie van een seconde. tweede.

Met dergelijke feedback kunnen gebruikers afstand nemen van hun activiteiten om patronen in gebruik, snelheid en positie te analyseren om de operaties vriendelijker, veiliger en efficiënter te maken. Dit is vooral waardevol in fabrieksautomatiseringsinstellingen waarin meerdere apparaten zijn geïntegreerd (Afbeelding 5). Verzamelde gegevens kunnen laten zien hoe vaak een werkstation omhoog en omlaag is gebracht of hoe vaak een deur is geopend en gesloten. Dit kan worden vergeleken met de bedrijfsgeschiedenis of best practices uit de branche om het celontwerp te verbeteren.

Bedrijfsgegevens kunnen ook worden samengevoegd met letselrapporten, wat kan wijzen op de noodzaak van meer ergonomische analyses. Als een actuator die een krimpmatrijs positioneert bijvoorbeeld constant overbelasting rapporteert, kan dit duiden op een incidentie van mensen die zichzelf verwonden en kan het identificeren in welke cel dit gebeurt, op welk tijdstip van de dag en welke shifts mogelijk worden beïnvloed.

diversifieer om te overleven

Dankzij de vele functies die zijn ingebouwd in slimme elektrische actuatoren, kunnen gebruikers een toepassing benaderen met ontwerpvereenvoudiging in het achterhoofd. De mogelijkheid om de actuatoren met digitale middelen te besturen, digitale of analoge feedback te geven, synchronisatie van meerdere actuatoren mogelijk te maken of realtime monitoring voor metrische gegevens toe te voegen, biedt de tools die nodig zijn om de klus te klaren in één pakket. Wanneer gebruikers nu naar een applicatie kijken, kunnen ze een automatiseringsoplossing leveren die verder gaat dan de basisfunctionaliteit van een heen-en-weer beweging.

Slimme elektrische actuatoren zorgen voor plug-and-play beweging over meerdere assen van geautomatiseerde processen zonder de complicaties van andere automatiseringstechnologieën zoals hydraulische of pneumatische cilinders. Door vooraf de applicatiebehoeften te beoordelen, kan de gebruiker ontdekken dat het vermogen van de slimme actuator om beweging te regelen, positie te onthouden of applicatiestatistieken te leveren, zichzelf kan onderscheiden van een zee van andere technologieën.

Terwijl machinebouwers en eindgebruikers naar de toekomst kijken, zullen hun automatiseringsoplossingen verder gaan dan de basisfunctionaliteit en blijven ze eenvoudigere oplossingen, een langere levensduur van de apparatuur en veiligheid op de lange termijn bieden.

Hoe intrinsieker dit regelvermogen is voor de apparatuur, hoe minder het staat tussen de gebruiker en de uiteindelijke voordelen die hij verwacht. De beloning is te vinden in de tevredenheid, veiligheid, gezondheid en productiviteit van werknemers, die allemaal ten goede komen aan iedereen in de waardestroom.

Dit artikel is geschreven door Chris Diak, Automation Product Sales Manager bij Motion Industries (Birmingham, AL) en Travis Gilmer, Product Line Specialist – Linear Actuators bij Thomson Industries (Radford, VA).