Zastosowania serwonapędów

Kluczowymi odbiorcami serwonapędów i serwosilników są przedsiębiorstwa zajmujące się produkcją maszyn oraz urządzeń – wynika z danych pozyskanych podczas najnowszego badania rynku (rys. 1). Kolejnymi istotnymi grupami odbiorców są: klienci końcowi (zakłady produkcyjne), integratorzy systemów oraz dystrybutorzy. Obserwowana sytuacja jest zgodna z wcześniejszymi raportami, choć oczywiście występują pomiędzy nimi różnice procentowe. W przypadku tegorocznej statystyki taką jest przede wszystkim wzrost istotności grupy "producenci maszyn".

 
Rys. 1. Główni krajowi odbiorcy serwonapędów

Jeżeli chodzi o aplikacje serwonapędów, to najczęściej są one związane z różnorodnymi maszynami, w szczególności wykonującymi dynamiczne, współzależne ruchy. Zdaniem ankietowanych są to przede wszystkim: synchronizacja osi (zdecydowana część głosów), pozycjonowanie oraz krzywka elektroniczna. Do tego dochodzi cięcie w locie (synchronizacja pracy elementu odcinającego z napędem odpowiedzialnym za liniowy przesuw materiału) oraz aplikacje w robotach i manipulatorach, a także pozostałe zastosowania w maszynach CNC (rys. 2).

 
Rys. 2

Ogólna statystyka dotycząca najczęstszych zastosowań serwonapędów (rys. 3) obejmuje przede wszystkim maszyny wieloosiowe, czyli takie, gdzie istnieje potrzeba synchronizacji prędkości i pracy wielu elementów. Do tego zasadniczo zaliczyć można również roboty przemysłowe. Serwonapędy znajdują jednocześnie coraz szersze zastosowanie w różnych systemach automatyki (w liniach technologicznych), a także w prostszych, mniej złożonych maszynach, o czym wspomniano w poprzednim rozdziale.

 
Rys. 3. Najczęstsze typy aplikacji serwonapędów

dr inż. Marek Łęc


Lenze Polska

  • Jakie są powody, dla których odbiorcy, w szczególności producenci maszyn, sięgają po serwonapędy?

Od kilku dekad, wraz z rozwojem tranzystorowych elementów energoelektronicznych, obserwujemy równolegle proces rozwoju przemienników częstotliwości. Wersje oparte na nowoczesnych komponentach zainicjowały proces wypierania starszych konstrukcji – tyrystorowych układów regulacji silników prądu stałego. Równolegle następował rozwój układów mikroelektronicznych umożliwiających praktyczną realizację bardziej zawansowanych metod sterowania silnikami elektrycznymi. W efekcie na rynku zaczęły pojawiać się przemienniki częstotliwości przeznaczone do współpracy z silnikami serwo. Początkowo koszt takich rozwiązań był dużo wyższy niż powszechnie stosowanych wersji standardowych. Dalszy rozwój tej gałęzi doprowadził do obniżania ceny, a co tym idzie różnica pomiędzy "zwykłym" przemiennikiem częstotliwości, a wersją serwo zaczęła maleć.

Z drugiej strony rynek maszynowy przeżywa ogromny rozwój, następuje nieustanne zwiększanie wydajności maszyn z naciskiem na zachowanie dokładności produkcyjnych. Rozwój ten jest motywowany oczekiwaniami odbiorców co do wydajności i precyzji działania systemów technologicznych. Takie wymagania powodują, że do budowy maszyn nie da się już korzystać z prostych rozwiązań – konieczne staje się stosowanie układów napędowych o dużej wydajności, przeciążalności i dokładności pracy, a zatem systemów opartych na przemiennikach serwo. Wymagania te powodują również, że producenci maszyn coraz powszechnej stosują nie tylko pojedyncze przemienniki serwo, ale całe grupy przemienników serwo.

Przykładem dzisiejszego zaawansowanego rozwiązania jest w pełni programowalny, zintegrowany ze sterownikiem PLC przemiennik serwo Lenze i950. Dzięki zastosowaniu tego innowacyjnego podejścia producenci maszyn zyskali uniwersalne rozwiązanie, a produkowane przez nich maszyny – niespotykaną dotąd elastyczność w zakresie asortymentu, który może być produkowany na jednej i tej samej maszynie.

  • Jakie są cechy charakterystyczne serwonapędów? Co zmienia się w technologiach tych urządzeń?

Przez ostatnią dekadę mogliśmy obserwować szybki rozwój przemienników serwo. Było to możliwe dzięki wspomnianej ewolucji techniki mikroprocesorowej, która pozwoliła na implementowanie coraz bardziej zawansowanego sterowania silnikami serwo. Zwiększanie wydajności obliczeniowej pozwoliło konstruktorom na skracanie czasów obróbki istniejących w każdym przemienniku serwo zamkniętych pętli regulacji prądu, prędkości oraz pozycji. Została również zwiększona rozdzielczość sygnałów. We współczesnym przemienniku wszystkie sygnału są 32-bitowe, zaś pętle regulacji pracują na poziome kilkudziesięciu mikrosekund.

Możliwa stała się również rozbudowa przemienników do tego stopnia, że współczesne urządzenie poza częścią napędową zawiera w sobie również sterownik swobodnie programowalny. Przy takim podejściu możliwości serwonapędów stały się praktycznie nieograniczone. Mając do dyspozycji PLC w przemienniku, możliwe stało się korzystanie z niego jako gotowego "klocka" w większych systemach napędowych. Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom odbiorców, zostały opracowane i wdrożone gotowe bloki technologiczne funkcjonalne pod skróconą nazwą FAST. Biblioteka zawiera między innymi bloki wału elektrycznego, nawijaka, latającej piły, rejestru, ucinacza, pozycjonowania tabelarycznego i inne. Dzięki niej producenci maszyn mogą zaoszczędzić nawet 80% czasu potrzebnego na prace inżynierskie!

Omawiane bloki technologiczne zostały zaimplementowane chociażby we wspomnianych przemiennikach częstotliwości z serii i950. Dzięki takiemu zabiegowi zyskały one "inteligencję" funkcjonalną, gdzie każdy przemiennik częstotliwości realizuje określoną blokiem technologicznym funkcję napędową, jednocześnie bazując na tej samej platformie systemowej.

Sytuacja na rynku

Sektor związany z dystrybucją urządzeń serwonapędowych rozwija się dynamicznie, zaś koniunktura na nim panująca postrzegana jest pozytywnie. Na początku 2024 roku ponad 90% respondentów oceniło ją jako dobrą lub bardzo dobrą, co potwierdza korzystne warunki rynkowe (rys. 4). Pomimo zmniejszenia odsetka odpowiedzi "bardzo dobra" w stosunku do poprzednich badań, rynek serwonapędów w Polsce niewątpliwie utrzymuje się na długoterminowej ścieżce wzrostowej.

 
Rys. 4. Aktualna sytuacja na omawianym rynku w porównaniu z ostatnimi latami

Krajowa branża serwonapędów, serwosilników i pokrewnych produktów jest szacowana wartościowo w przedziale od około 50 do 400 mln zł rocznie. Średnia wartości podawanych przez respondentów kształtuje się na poziomie około 160 mln zł, co wskazuje na wzrost w porównaniu z dotychczas publikowanymi wynikami. Dwa lata temu podawaliśmy tu uśrednienia wynoszące 110‒125 mln zł, cztery lata temu było to 100 mln, sześć lat – około 80‒90 mln zł. Dodajmy, że obecnie najważniejszymi odbiorcami serwonapędów są głównie branże: spożywcza (i opakowaniowa), maszynowa (w tym m.in. CNC), drzewna, następnie FMCG, motoryzacyjna. Statystykę z tym związaną zaprezentowano jako chmurę na rysunku 5.

 
Rys. 5. Kluczowe zastosowania serwonapędów oraz branże, do których trafiają maszyny z serwonapędami
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów
Dowiedz się więcej

Prezentacje firmowe

Zobacz również