wersja mobilna
Online: 602 Wtorek, 2016.09.27

Raporty

Czas na serwonapędy. Czy branża systemów serwonapędowych powtórzy sukces sektora napędów elektrycznych prądu przemiennego?

piątek, 21 listopada 2014 11:59

Ostatnia dekada przyniosła rozwój krajowej branży maszynowej, a wraz z nim wzrost zapotrzebowania na systemy napędowe. O ile jeszcze kilka lat temu ich dostawcy skupiali się przede wszystkim na przemiennikach częstotliwości i wydajnych energetycznie silnikach AC, o tyle obecnie coraz częściej w centrum uwagi znajdują się rozwiązania serwonapędowe. Pozwalają one na tworzenie złożonych, dynamicznie pracujących maszyn, w których synchronizowana jest praca wielu osi ruchu, a rynek z nimi związany znajduje się na ścieżce wzrostowej.

Spis treści » Maszyny wieloosiowe dominują
» Cena (niekoniecznie) czyni cuda
» Zmieniające się technologie
» Polacy stawiają na produkty markowe
» Dwie strony medalu
» Na jakim etapie rozwoju rynku jesteśmy?
» Perspektywa globalna
» Pokaż wszystko

Rys. 1. Główni krajowi odbiorcy serwonapędów

W dostarczaniu serwonapędów wyspecjalizowało się wiele firm krajowych, które z czasem tak naprawdę stały się doradcami klientów i oferentami kompletnych aplikacji sterowania ruchem. W raporcie przedstawiamy perspektywę tych dostawców i ich klientów. Zastanawiamy się również, na jakim etapie rozwoju jest obecnie omawiana branża w Polsce i czy może ona powtórzyć sukces sektora dystrybucji przemienników częstotliwości oraz silników AC.

Serwonapędy pozwalają na wykonywanie ruchów obrotowych oraz liniowych w aplikacjach, gdzie wymagana jest duża dynamika działania, precyzyjne pozycjonowanie i występują często zmieniające się prędkości ruchu. Pracują one w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego, której elementem jest przetwornik położenia zintegrowany z silnikiem.

Dzięki dostarczanym przez niego informacjom możliwe jest takie sterowanie pracą serwosilników, aby wykonywały one obroty z zadaną prędkością i o określony kąt. Mogą one też, co jest cechą charakterystyczną omawianych systemów, utrzymywać ustaloną pozycję i pracować z niewielkimi prędkościami przy zachowaniu dużego momentu obrotowego. Cechy te wyróżniają rozwiązania serwo na tle innych napędów i sprawiły one, że urządzenia te znalazły szereg zastosowań w maszynach precyzyjnych i innych w przemyśle oraz poza tą branżą.

Określenie "serwonapędy" jest potocznie nieraz wykorzystywane w szerszym kontekście i dotyczy generalnie systemów sterowania ruchem. Obejmują one, oprócz sterownika ruchu (często wieloosiowego, czyli Motion Control), również sewowzmacniacze, elementy wykonawcze wraz z czujnikami (serwosilniki z enkoderami czy resolwerami) i komponenty mechaniczne - np. serworeduktory.

Rys. 2. Najczęstsze zastosowania serwonapędów w kraju

Osoby zainteresowane aspektami technicznymi odsyłamy do artykułu "Motion Control - jak tworzyć systemy serwonapędowe?", który opublikowaliśmy w numerach APA w lipcu i wrześniu 2013 roku, natomiast poniżej przechodzimy do omówienia aplikacji serwonapędów i branży ich dystrybucji. W publikowanych tabelach i samym raporcie używamy przy tym wymienionego słowa najczęściej jako określenia kompaktowego, jednoosiowego sterownika ruchu zintegrowanego z serwowzmacniaczem.

MASZYNY WIELOOSIOWE DOMINUJĄ

Rys. 3. Kluczowe zastosowania serwonapędów oraz branże, do których trafiają maszyny z serwonapędami; kategoria "maszyny do obróbki" oznacza ogół maszyn innych niż już wymienione na rysunku

Serwonapędy stanowią typowe elementy składowe maszyn, stąd też ich najczęstszymi odbiorcami są właśnie producenci tych ostatnich (patrz rys. 1) Takimi urządzeniami są zazwyczaj te bardziej zaawansowane, szczególnie takie, gdzie zachodzi konieczność synchronizacji prędkości i pracy wielu osi. Serwonapędy trafiają również do różnorodnych systemów automatyki przemysłowej oraz, w mniejszym stopniu, do maszyn mniej złożonych - wynika z opinii lokalnych dostawców.

Jeżeli zaś chodzi o typy maszyn - są nimi przede wszystkim te stosowane w wytwarzaniu towarów i przetwarzaniu surowców. W szczególności dotyczy to branży metalowej, poligraficznej oraz spożywczej (a wraz z nią opakowaniowej), a w dalszej kolejności wielu innych sektorów, co przedstawiono na rysunku 3. Zestawienie to dotyczy rynku polskiego, aczkolwiek uzyskane wyniki można z dużym prawdopodobieństwem uogólnić na inne kraje.

Oferta dostawców serwonapędów i serwosilników

Zastosowania serwonapędów i serwosilników, jak już wspomniano, obejmują typowo bardziej złożone technicznie aplikacje, często takie, w których tradycyjne napędy prądu przemiennego czy silniki krokowe po prostu nie wystarczają. O skomentowanie tego tematu poprosiliśmy lokalnych dostawców - zdecydowanie najczęściej pojawiającymi się wskazaniami były te dotyczące konieczności synchronizacji pracy osi oraz precyzyjnego pozycjonowania.

Rys. 4. Najczęstsze typy aplikacji serwonapędów i zadań przez nie wykonywanych - opinia krajowych dostawców

W takich zastosowaniach wymagane jest wykonywanie ruchów z zadaną prędkością, dynamicznego zatrzymywania osi silników oraz synchronizacji wielu napędów. Wysoko znalazły się też aplikacje typowo serwonapędowe, takie jak latająca piła i latający nóż (synchronizacja pracy elementu odcinającego materiał z napędem odpowiedzialnym za liniowy przesuw materiału) czy krzywka elektroniczna (możliwość wykonywania kompleksowych przebiegów ruchu w cyklicznie pracujących maszynach). Pojawiła się też grupa odpowiedzi związana z zastosowaniami w maszynach CNC oraz generalnie pracą z precyzyjną regulacją prędkości (patrz rys. 4).

W jakich aplikacjach korzysta się z serwonapędów i co decyduje o wyborze konkretnego rozwiązania?

Grzegorz Rumiński, Aniro
Najczęstszym zastosowaniem serwonapędów są aplikacje maszynowe - szczególnie takie, gdzie użycie przemiennika częstotliwości nie jest możliwe z uwagi na jego ograniczenia techniczne - w zakresie prędkości i precyzji ruchu czy komunikacji. Serwonapędy stosowane są głównie w maszynach dla branży drzewnej, metalowej oraz opakowaniowej.

Marcin Marcińczyk, InduProgress
Przy doborze zestawów serwonapędowych do aplikacji skupiamy się na dwóch grupach parametrów systemów. Z jednej strony analizujemy aplikację od strony układu mechanicznego, gdzie istotne są parametry silnika - jego moment obrotowy, prędkość oraz moment bezwładności. Ważnymi parametrami są także dynamika i precyzja ruchu oraz rozdzielczość enkodera sprzężonego z silnikiem. Drugim niezbędnym elementem aplikacji jest serwonapęd. Tutaj najbardziej istotnymi cechami są możliwości sterowania napędu oraz jego pasmo przenoszenia.

Michał Siemek, Emerson Industrial Automation
Serwonapędy sprawdzają się wszędzie tam, gdzie potrzebna jest precyzja w pozycjonowaniu, synchronizacji prędkości i dynamika działania. Oczywiście takie zastosowania wymuszają parametry maszyny, za co płaci klient końcowy. O wyborze systemu decydują parametry osi, na której pracuje serwo, przy czym liczy się nie tylko sam serwofalownik, ale też odpowiedni silnik i przekładnia.

Zbigniew Piątek, Beckhoff Automation
Najczęstsze zastosowania serwonapędów dotyczą maszyn i linii technologicznych, jednak pole ich zastosowań jest praktycznie nieograniczone. W przemyśle maszynowym coraz większy udział mają z kolei serwonapędy pracujące z silnikami liniowymi.

Karol Puk, WObit
Serwonapędy stosowane są m.in. w obrabiarkach sterowanych numerycznie, w pozycjonerach, automatach podających i maszynach pakujących. Klienci cenią sobie uniwersalność układów sterowania. Przykładowo interfejs krok-kierunek przydaje się w przypadku zastąpienia silników krokowych wersjami serwo. Często wykorzystywane jest też sterowanie sieciowe - np. przez RS-485. W takich aplikacjach możliwe jest również wyeliminowanie sterownika PLC, gdyż jego podstawowe funkcje przejmuje sterownik silnika, a kontrola ustawień może odbywać się bezpośrednio z panelu HMI.

W wielu aplikacjach ma też znaczenie wygląd samego urządzenia - szczególnie wtedy, gdy silnik produkowany jest na Dalekim Wschodzie, a w maszynie umieszczony jest w widocznym miejscu. W mojej ocenie częściej są też wybierane silniki ze złączami niż np. z wyprowadzonym krótkim przewodem.

CENA (NIEKONIECZNIE) CZYNI CUDA

Rys. 5. Najważniejsze dla lokalnych klientów cechy serwonapędów

Wymieniane powyżej zastosowania dotyczą w większości zaawansowanych technicznie aplikacji, a w przypadku takich trudno jest oczekiwać, że kategoria ceny zdominuje decyzje zakupowe odbiorców. Czy tak jest rzeczywiście? Odpowiedzi dostarczają wyniki ankiety dotyczącej najważniejszych dla lokalnych klientów cech serwonapędów (patrz rys. 5).

Cena znalazła się tutaj na drugim miejscu i wskazywało ją średnio trzech na czterech respondentów. Na wykresie jest ona jednak otoczona przez kilka równie istotnych parametrów i trudno uznać, że dominuje. Bardziej liczą się bowiem parametry techniczne, dynamika pracy, dostępne interfejsy komunikacyjne i możliwości sterowania, a także marki produktów. O wyborze decyduje również wsparcie ze strony dostawcy oraz możliwość zaproponowania przez niego kompletacji, a wręcz dostarczenie "szytego na miarę" systemu serwonapędowego.

Rys. 6. Popularne standardy komunikacji sieciowej w systemach serwonapędowych; kategoria "cyfrowe" dotyczy wszystkich innych sieci cyfrowych poza wymienionymi na wykresie

Tworząc ankietę do raportu, zwróciliśmy szczególną uwagę na kwestie komunikacji urządzeń serwonapędowych, gdyż w tym zakresie bardzo dużo się zmienia. Jest to również obszar prawdopodobnie największej dywersyfikacji pomiędzy dostawcami - większość czołowych producentów serwonapędów promuje bowiem jakiś specyficzny rodzaj komunikacji sieciowej.

Taki jest przykładowo Profibus/Profinet w przypadku Siemensa, EtherCAT dla Beckhoffa czy CC-Link w przypadku producentów japońskich. Wraz z tym, jak do komunikacji z serwonapędami coraz częściej stosowane są sieci czasu rzeczywistego, wybór producenta urządzeń napędowych wprost determinuje rodzaj sieci komunikacyjnej wykorzystywanej w systemie.

Zestawienie najpopularniejszych, zdaniem dostawców, standardów komunikacji sieciowej przedstawiono na rysunku 6. Warto tu zwrócić uwagę na fakt, że wprawdzie kategoria "analogowe", która dotyczy impulsowego sterowania pracą przez serwozadajnik, znajduje się na pierwszym miejscu listy, jednak sumarycznie najwięcej odpowiedzi dotyczy standardów cyfrowych. Sądzimy, że będą one jeszcze bardziej dominowały w przyszłości.

ZMIENIAJĄCE SIĘ TECHNOLOGIE

Rys. 7. Cechy serwonapędów - odpowiedzi na pytania o to, co jest nowego, wyróżniającego (10 punktów), a co jest już standardem lub cechą powszechną (1 punkt); dla każdej z kategorii podano średnią wartość odpowiedzi respondentów, natomiast długość słupków zależy od wielkości odchylenia standardowego dla zbioru odpowiedzi

Powyższa statystyka zdecydowanie nie wyczerpuje tematyki cech nowoczesnych serwonapędów, stąd też ich dostawców poprosiliśmy o wypełnienie dodatkowej ankiety dotyczącej trendów technologicznych. Uzyskane wyniki znaleźć można na rysunku 7. Tym razem zapytaliśmy o to, co w zakresie oferowanych przez nich urządzeń (i generalnie na rynku) jest nowego, wyróżniającego określone produkty na tle pozostałych, a co jest już czymś popularnym, parametrem bądź funkcją uznawaną za standardową, której wymagają typowi klienci.

Dla lokalnych odbiorców serwonapędów liczą się przede wszystkim zaawansowane algorytmy sterowania, wbudowane zabezpieczenia i funkcje komunikacyjne. Ważna jest też łatwość parametryzacji i możliwość pracy serwonapędów z silnikami różnych marek, tj. nie tylko możliwość korzystania z tandemu napęd-silnik od jednego producenta. Dodatkowe wskazania, których nie uwzględniono na rysunku 7, a które również pojawiły się w odpowiedziach jako dosyć istotne, to: funkcje diagnostyczne serwonapędów, dostępność darmowego oprogramowania oraz gwarancja i serwis zapewniany przez dostawcę.

Z drugiej strony do najbardziej typowych cech omawianych urządzeń zaliczono przede wszystkim dużą dynamikę pracy, a także łatwość podłączania okablowania, kompaktowość i skalowalność.

Aby dopełnić tematu najważniejszych zmian w technice serwonapędowej, można przedstawić też listę kluczowych zmian w omawianym obszarze. Za najważniejsze trendy technologiczne uznano kwestie komunikacji (około 30% odpowiedzi), w szczególności poprzez sieci takie jak EtherCAT i Profinet, następne miejsca zajęły zaś: możliwość łatwej parametryzacji (15%), zintegrowane funkcje bezpieczeństwa (15%), miniaturyzacja/kompaktowość (10%) i zwiększanie mocy serwonapędów (kilka procent).

Wskazywano też na trendy integracji sterownika PLC (sterowania logicznego) w kontrolerze ruchu oraz zwiększania rozdzielczości enkoderów stosowanych w serwosilnikach. Część aplikacji wymaga zastosowania zaawansowanych algorytmów strojenia czy zaawansowanej kompensacji wibracji i na te aspekty również zwracali uwagę respondenci. Dostawcy wskazali wreszcie na kwestie energooszczędności, przy czym dotyczyła ona głównie możliwości zwrotu energii do sieci podczas hamowania.

Jak wygląda krajowy rynek serwonapędów? Czy jest on domeną producentów zachodnioeuropejskich, czy również ważne są tu firmy dalekowschodnie?

Grzegorz Rumiński, Aniro
Rynek ma tendencje wzrostowe, choć nie takie, jak w przypadku przemienników częstotliwości lub sterowników PLC. Dla klientów końcowych czy integratorów systemów napędowych ważne jest wsparcie techniczne w zakresie serwonapędów - i przede wszystkim na tym obszarze konkurują firmy oferujące omawiane urządzenia. Szkolenia, wsparcie przy uruchomieniach, programowaniu napędów czy pomoc w tworzeniu aplikacji - to klucz do sukcesu przy sprzedaży serwonapędów. Jeżeli sama marka produktu jest znana na rynku i dobrze kojarzona z jakością, to również kwestia kraju, z którego pochodzi wyrób, nie stanowi problemu. Obecnie firmy dalekowschodnie stają się coraz bardziej równorzędnymi konkurentami dla znanych marek europejskich, zaś w przyszłości najważniejsze będzie to, aby przekonywać do siebie klientów posiadaną wiedzą i doświadczeniem w tworzonych aplikacjach.

Tomasz Haliniak, Eldar
Rynek serwonapędów ciągle ewoluuje. Widać wyraźnie, że popularność tego typu napędów w ostatnich latach wyraźnie wzrosła. Dzieje się tak z kilku powodów. Jeden z nich to oczywiście względy ekonomiczne. Na rynku doszło do wyraźnego zagęszczenia, pojawili się m.in. dostawcy z Azji, a rosnąca konkurencja wymusiła rewizję polityki cenowej wśród producentów i dostawców. Dotyczy to jednak głównie prostszych urządzeń o niezbyt wygórowanych parametrach, które w większości stosowane są w mniej wymagających aplikacjach.

Innym powodem rosnącej popularności serwonapędów są zwiększone wymagania odbiorców maszyn, którzy są gotowi ponieść większe koszty w zamian za większą wydajność, funkcjonalność i precyzję. Oczywiście w tym przypadku mówimy o bardziej zaawansowanych serwonapędach, które obok zwiększonej wydajności, dynamiki i precyzji, pozwalają np. na programowanie za pomocą skryptów całych sekwencji ruchu, dają możliwość pracy w różnych trybach (kontrola prędkości, pozycji lub momentu), mają funkcję bezpiecznego wyłączenia momentu (STO), wyposażone są w enkodery absolutne lub mają rozbudowane możliwości komunikacyjne.

Niebagatelną rolę odgrywa również prostota aplikacji serwonapędu. Producenci dokładają wszelkich starań, aby do minimum uprościć procedurę rozruchu. Osiągają to, wyposażając swoje urządzenia w funkcje autotuningu i tworząc coraz bardziej przyjazne, intuicyjne oprogramowanie narzędziowe do konfiguracji i strojenia swoich serwonapędów. Ciekawostką jest, że niektóre z dostępnych na rynku serwosterowników, jak np. CDHD marki Servotronix, umożliwiają pracę z dowolnym silnikiem niezależnie od rodzaju zastosowanego w nim sprzężenia zwrotnego. To doskonałe rozwiązanie dla służb utrzymania ruchu.

Podsumowując, myślę, że jest to podobna sytuacja, jak w przypadku przemienników częstotliwości, które w ciągu kilku lat z urządzeń dla wybranych stały się urządzeniami powszechnego użytku.

Zbigniew Piątek, Beckhoff Automation
Krajowy rynek jest zdominowany przez producentów zachodnioeuropejskich i azjatyckich oczywiście reprezentowanych przez lokalnych dystrybutorów. Chociaż trudno jest przewidzieć kierunki jego rozwoju w najbliższych latach, niekwestionowane jest z pewnością stałe zwiększanie udziału serwonapędów w stosunku do rozwiązań klasycznych w aplikacjach napędowych.

Michał Siemek, Emerson Industrial Automation
Na rynku polskim działają praktycznie już wszyscy producenci serwonapędów - zaczynając od potentatów w branży, aż po naprawdę unikalne marki. W branży widać podział według parametru mocy. Urządzenia niewielkie to domena firm dalekowschodnich, aczkolwiek jeżeli zaczynamy mówić o zestawach napędowych, takich jak serwomotoreduktor, wtedy Europa wraca do gry.

W ostatnich latach zmieniło się podejście do sprzedaży serwonapędów. Mało kto pyta obecnie o same komponenty - coraz częściej sprzedaje się usługi. Obejmują one obszar od doboru urządzeń (moment obrotowy, prędkość), poprzez dostawy sprzętu (motoreduktor serwo z falownikiem serwo), do napisania aplikacji i jej uruchomienia. Obecnie to nie sprzedawcy, ale tak naprawdę inżynierowie oferują serwonapędy.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Elastyczne rurki izolacyjne 3/8...2" odporne na działanie wody i olejów

2016-09-27   |
Elastyczne rurki izolacyjne 3/8...2

AutomationDirect wprowadza do oferty elastyczne rurki izolacyjne firmy Electri-Flex, odporne na działanie wody i olejów. Są one produkowane w trzech wariantach na zakres średnic od 3/8" do 2", zbrojonych stalą nierdzewną i niemetalicznych.
czytaj więcej

System opisowy elementów szafy sterowniczej

2016-09-27   | Weidmüller Sp. z o.o.
System opisowy elementów szafy sterowniczej

MultiMark firmy Weidmüller to system do tworzenia opisów, który bazuje na oprogramowaniu M-Print PRO oraz drukarce termotransferowej THM MMP. Pozwala on na szybki druk praktycznie wszystkich typów etykiet do opisu elementów szaf sterowniczych.
czytaj więcej

Nowy numer APA