Trendy w branży napędowej a serwonapędy J5 Mitsubishi Electric

Melservo J5 to nowa seria serwonapędów, rozwijająca funkcjonalności poprzedniej generacji - MR-J4. Odkryjemy, w jaki sposób innowacyjne technologie przedefiniowują standardy wydajności i bezpieczeństwa, oferując producentom i użytkownikom maszyn nowe korzyści.

Pogoń za precyzją i wydajnością

Projektanci maszyn przemysłowych dążą do maksymalizacji wydajności przy minimalizacji kosztów. Trend ten zyskuje na sile na polskim rynku z powodu wzmożonej konkurencji. Badania wskazują, że światowa branża serwonapędów w 2021 r. wzrosła o 21,6%, a w 2022 r. o 9,1%, prognozując średni roczny wzrost o 5,5% w nadchodzących latach.

Czas odpowiedzi pętli prędkości napędu to kluczowy element efektywności, a MR-J5 wyróżnia się najszybszą odpowiedzią pętli prędkościowej na rynku – 3,5 kHz, czyli każda zmiana wartości zadanej może nastąpić 3500 razy na sekundę. Ograniczenia sieciowe są eliminowane dzięki CC-Link IE TSN, umożliwiającą cykliczną wymianę informacji co 32,5 mikrosekundy. Dodatkowo, silniki PMSM w serii MR-J5 oferują ponad 20% większą efektywność w porównaniu z poprzednią serią, co udowadnia wysoki współczynnik power rate. Precyzyjne pozycjonowanie bez utraty pozycji możliwe jest dzięki wyposażeniu silników w enkoder o rozdzielczości 26 bitów z indukcyjnym podtrzymaniem pozycji w zakresie 65 536 obrotów.

Bezpieczeństwo maszyn i urządzeń

Obecnie stawia przed producentami maszyn stawiane są nowe wymagania dotyczące bezpieczeństwa. Wygrodzenie całej maszyny nie zawsze jest możliwe, a coraz częściej pracownicy mają bezpośredni kontakt z elementami ruchomymi aplikacji, co wymaga nowoczesnych rozwiązań bezpieczeństwa.

Seria MR-J5 redefiniuje podejście do bezpieczeństwa, wprowadzając istotne zmiany. Każdy serwowzmacniacz standardowo posiada 10 funkcji bezpiecznych SIL zgodnych z IEC 61508, takich jak Safe Torque Off (STO), Safe Stop 1 (SS1), Safe Stop 2 (SS2), Safely-limited Torque (SLT) i inne. Te funkcje umożliwiają ustawienie dodatkowych zabezpieczeń m.in. poprzez ustawienie bezpiecznego limitu momentu obrotowego (SLT), chroniąc przed przypadkowymi urazami.

Rozwój bezpieczeństwa wymaga także przesyłania sygnałów bezpiecznych po sieci Ethernet, a napędy MR-J5 standardowo wspierają tę funkcję. Sygnały bezpieczne mogą być aktywowane nie tylko poprzez autorską sieć Mitsubishi Electric – CC-Link IE TSN, ale również poprzez sieć EtherCAT.

Wykorzystanie różnych protokołów sieciowych w obrębie tej samej aplikacji

Zwiększona konkurencja na rynku wymusza przyjęcie podejścia uwzględniającego różnorodność interfejsów sieciowych w aplikacjach, co otwiera nowe perspektywy dla projektowania i integracji maszyn.

Właśnie dlatego, MR-J5 oferuje obsługę wielu protokołów sieciowych. Oprócz wsparcia dla sieci CC-Link IE TSN, serwonapędy są w pełni kompatybilne z siecią EtherCAT. To oznacza, że MR-J5 bez problemu integruje się z kontrolerami EtherCAT, umożliwiając synchronizację napędów w obrębie sieci z cyklem 125 µs, zgodność z CiA402 i pełną kompatybilność z PLCopen.

Zmniejszenie gabarytów maszyn

W dzisiejszym przemyśle, zorientowanym na kompaktowość maszyn i optymalne wykorzystanie przestrzeni produkcyjnej, seria serwonapędów MR-J5 stanowi odpowiedź na wyzwania związane z redukcją gabarytów aplikacji. Redukcję miejsca w szafie elektrycznej osiąga się poprzez zastosowanie wzmacniaczy wieloosiowych lub systemów typu wspólna szyna DC. W przypadku wzmacniaczy 3-osiowych, miejsce w szafie może zmniejszyć się nawet o 40%, a zastosowanie systemów wspólnej szyny DC, takich jak MR-J5D, pozwala osiągnąć redukcję na poziomie 50%, umożliwiając umieszczenie dwukrotnie większej liczby napędów w jednej szafie. Dodatkowo, zastosowanie napędów MR-J5D przekłada się na oszczędności związane z jednym zasilaczem i jednym filtrem zakłóceń EMC/EMI dla całego systemu.

 

Porównanie przestrzeni zabieranej przez wzmacniacze jednoosiowe w stosunku do wieloosiowych (w przykładzie, zestawiono ze sobą napędy 400W)

 

Porównanie przestrzeni zabieranej przez wzmacniacze jednoosiowe w stosunku do systemu typu wspólna szyna DC

Dodatkowe oszczędności miejsca można również znaleźć w części roboczej aplikacji. Silniki HK- są nawet o 40% krótsze niż analogiczne rozwiązania dostępne na rynku, co wynika z zastosowanej technologii budowy cewki oraz enkodera. Silniki typu flat type, charakteryzujące się zwiększoną flanszą i momentem bezwładności wirnika, znajdują zastosowanie w miejscach, gdzie przestrzeń na montaż napędu jest maksymalnie ograniczona, a konstrukcja o zwiększonej inercji pozwala w niektórych przypadkach na rezygnację z przekładni mechanicznej.

Krótki czas wsparcia urządzeń przez producentów

Okres wsparcia urządzeń przez producentów to kluczowa kwestia zarówno dla użytkowników końcowych, jak i dla system integratorów oraz producentów maszyn. Seria MR-J5 jest w pewnym stopniu kompatybilna wstecznie z serią MR-J2S, która pojawiła się na rynku ponad 25 lat temu, oraz w pełni z serią MR-J4. To oznacza identyczne wymiary przyłączeniowe silników i serwowzmacniaczy, obsługę silników serii MR-J4, specjalną wersję wzmacniaczy z interfejsem sieciowym używanym w poprzedniej serii napędów, współdziałanie w obrębie jednej aplikacji serwonapędów serii starszej z nowszą w trybie kompatybilności, oraz oprogramowanie umożliwiające łatwą konwersję parametrów pomiędzy seriami.

Rosnące ceny energii elektrycznej

W ostatnich latach cenę energii elektrycznej cechuje wzrostowy trend, związany głównie z podwyżkami cen surowców, takich jak gaz ziemny, węgiel i ropa naftowa, używanych do produkcji energii. Cena energii w Polsce wzrosła o ponad 300% w ciągu ostatnich 3 lat. W kontekście tego wyzwania, Mitsubishi Electric proponuje rozwiązanie oparte na serii serwonapędów MR-J5D. Te urządzenia, działające w obrębie wspólnej szyny DC, wykorzystują rekuperację energii, odzyskując energię mechaniczną podczas hamowania napędu i rozdzielając ją między pozostałe napędy. Dzięki temu możliwa jest oszczędność nawet do 70% energii elektrycznej używanej do zasilania napędu.

Predictive maintenance

Sztuczna inteligencja (AI) w automatyce przemysłowej to nie tylko skomplikowane systemy rozproszone, ale także technologie dostępne w mniejszych aplikacjach, takich jak serwonapędy. Przykładem jest funkcja Machine Diagnosis w serii MELSERVO J5, wykorzystująca technologię Maisart od Mitsubishi Electric. Ta funkcja pozwala na podejście predykcyjne do diagnostyki elementów systemu napędowego i mechanicznego, eliminując potrzebę stosowania skomplikowanych algorytmów tworzonych przez kosztownych ekspertów. Machine Diagnosis może być pierwszym krokiem przedsiębiorstwa w kierunku Przemysłu 4.0. Krokiem łatwym a co najważniejsze optymalnym kosztowo, ponieważ wspominanie funkcje predykcyjne są obecne w napędzie w standardzie.

Podsumowanie

Artykuł ten miał na celu zarysowanie kierunków, jakie obecnie przyjmuje przemysł maszynowy. Dynamiczny rozwój tego sektora wymaga nieustannej ewolucji, aby sprostać nowym wyzwaniom. Nasza firma, Mitsubishi Electric, idzie z duchem czasu, a seria MELSERVO J5 powstała, aby umożliwić naszym klientom skuteczne radzenie sobie z obecnymi trendami i przygotowanie się na te, które jeszcze się kształtują.

Chcesz dowiedzieć się więcej? Zapisz się na cykl webinarów na temat serwonapędów! Więcej informacji:
https://pl.mitsubishielectric.com/fa/lp/serwonapedy-melservo-J5.

Autor: Adrian Buryło, Servo&Motion Product Engineer