Technika serwonapędowa
Układy serwonapędowe umożliwiają wykonywanie dynamicznych ruchów, precyzyjne pozycjonowanie elementów oraz kontrolę prędkości i kąta obrotu. Charakteryzują się też zdolnością do pracy z dużymi momentami, w tym przy małych prędkościach obrotowych, a zakres ich zastosowań w różnego rodzaju maszynach jest bardzo rozległy. Jest to jednocześnie spora grupa urządzeń, bowiem termin "układy serwonapędowe" odnosi się do systemów obejmujących sterowniki ruchu, serwowzmacniacze (często zintegrowane), serwosilniki (specjalistyczne silniki prądu przemiennego z wbudowanymi przetwornikami pozycji), serwoprzekładnie, a także wszelkie dodatkowe elementy, łącznie z oprogramowaniem. Przedstawiamy analizę tej grupy produktów.
Pięć trendów branżowych
Serwonapędy stanowią dziś kluczowe elementy wielu nowoczesnych maszyn oraz systemów i o ich postrzeganie zapytaliśmy przedstawicieli rodzimej branży przemysłowej. Poniżej synteza najczęstszych odpowiedzi wraz z opiniami respondentów:
Ogólny trend wzrostowy i rosnąca popularność
Wiele odpowiedzi potwierdzało stopniowy, ciągły wzrost popularności serwonapędów. Widoczne jest to zarówno w perspektywie kosztowej, gdzie relatywnie niższe niż jeszcze kilka lat temu ceny przyczyniają się do coraz powszechniejszego zastosowania tych urządzeń, jak też poprzez wzrost zapotrzebowania na precyzyjne, elastyczne systemy napędowe do maszyn. "Popularność serwonapędów cały czas rośnie. Wielokrotnie ich cena jest na tyle niska, że opłaca się zastosować serwonapęd w miejsce standardowego falownika. Dzięki zastosowaniu serwonapędów zyskujemy precyzyjną kontrolę np. nad prędkością lub momentem, co znacznie podnosi elastyczność i funkcjonalność budowanego rozwiązania".
Przyrost liczby prostszych zastosowań
Rynek serwonapędów przechodzi przez fazę dynamicznego rozwoju, w której serwonapędy zaczynają w niektórych aplikacjach wypierać przemienniki częstotliwości AC. Ciekawym aspektem jest tu zauważalny wzrost ich zastosowań nawet w niewielkich urządzeniach i maszynach. "Aktualnie serwonapędy są coraz bardziej popularne i znajdują zastosowanie nawet w prostych maszynach. Polski rynek jest mocno rozwinięty pod względem wykorzystania serwonapędów i sterowników Motion. Serwonapędy wypierają falowniki z niektórych aplikacji. Trend ten będzie narastał w najbliższym czasie. Spodziewamy się znacznego przyrostu prostych aplikacji na serwonapędach".
Rafał Pilch
ASTOR
dzie stosowane są serwonapędy? Co jest ważne dla ich odbiorców?
Serwonapędy stają się coraz bardziej popularne nawet w małych instalacjach. Ma na to wpływ wiele czynników – z jednej strony nacisk na dokładność w produkcji, z drugiej zaś rozwój sieci przemysłowych i rozwiązań IIoT, a z trzeciej – coraz korzystniejsza cena. Małe zakłady kładą aktualnie nacisk na jakość i nowoczesność – to właśnie gwarantują im rozwiązania serwonapędowe.
Dla klientów przede wszystkim ogromnie ważne jest wsparcie. Wiedza na temat zastosowań i programowania serwonapędów jest na rynku wciąż niezbyt duża, dlatego klienci cenią wsparcie w każdym momencie i wszelkie materiały techniczne związane z podłączeniem, programowaniem i zastosowaniem serwonapędów.
Jakie są cechy charakterystyczne serwonapędów i rozwiązań Motion Control? Co zmienia się w technologiach tych urządzeń?
Aktualnie w przypadku rozwiązań serwonapędowych inżynierowie coraz częściej decydują się na rozwiązania sieciowe, głównie EtherCAT. Modbus oraz Pulse-Direct są powoli i sukcesywnie wypychane, głównie z powodu tego, iż bariera cenowa powoli zanika, a rozwiązania sieciowe nie dość, że są bardziej precyzyjne, to w dodatku programuje się je znacznie prościej. Oczywiście proces ten zachodzi powoli, ale brnie do przodu. Najważniejsze w przekonywaniu klientów do rozwiązań sieciowych jest przede wszystkim uświadamianie o ich ewidentnych zaletach. Są zdecydowanie mniej awaryjne, łatwiej je diagnozować i prościej wymieniać podzespoły – nawet jeżeli zajdzie konieczność zdecydowania się na zupełnie innego dostawcę.
Jak wygląda omawiany rynek? Kim są odbiorcy serwonapędów?
W naszym przypadku serwonapędy są najczęściej wykorzystywane przez branżę OEM. Wszędzie tam, gdzie potrzebna jest synchronizacja lub precyzja w ruchu z feedbackiem. Czasem zdażają się klienci końcowi, którzy chcą podrasować swoje stare maszyny – frezarki, tokarki. Niemniej przeważają klienci OEM.
becnie rynek serwonapędowy opiera się na dostawcach azjatyckich – notują oni bardzo dobre dostępności, a jakość urządzeń jest na naprawdę wysokim poziomie. Firmy zachodnie raczej dominują w dużych zakładach, gdzie panują już wypracowane standardy.
Wielotorowy rozwój technologiczny
Odpowiedzi dostawców odnoszące się do trendów technologicznych wskazują m.in. takie ważkie aspekty jak: rosnąca integracja serwonapędów, rozwój możliwości w zakresie komunikacyjnym oraz miniaturyzacja urządzeń. Respondenci zwracali również uwagę na wzrost możliwości programowania, a także zwiększoną dostępność serwonapędów, szczególnie dla małych mocy. "Następuje gwałtowny rozwój serwonapędów, a one stają się z całą pewnością dostępniejsze nie tylko pod względem cenowym, ale również ich programowanie jest coraz bardziej przystępne dla zwykłego śmiertelnika".
Serwo zamiast tradycyjnych przemienników częstotliwości
Respondenci zwracali uwagę na "rywalizację" pomiędzy serwonapędami a tradycyjnymi przemiennikami częstotliwości AC. Wprawdzie obydwa typy urządzeń są w systemach automatyki i napędowych często wykorzystywane wspólnie, jednak ogólne dążenie do zwiększania precyzji oraz kontroli ruchów maszyn sprawia, że właśnie serwonapędy coraz częściej trafiają do miejsc i aplikacji zarezerwowanych dotychczas dla przemienników. "Obydwa typy napędów mają swoje miejsce na rynku, w zależności od wymagań dotyczących precyzji i dynamiki ruchu. Można jednak powiedzieć, że serwonapędy są dzisiaj równie popularne, jak przemienniki częstotliwości kilka lat temu".
Koszty jako czynnik ograniczający tempo rozwoju
Pomimo rosnącej popularności serwonapędów, część respondentów przyznała, że koszty zakupu są nadal istotnym czynnikiem ograniczającym ich powszechne użycie. Systemy serwo są ciągle droższe w porównaniu do przemienników częstotliwości, a wybór technologii jest, zdaniem niektórych, ciągle silnie zależny od zastosowania. "Serwonapędom jeszcze trochę brakuje do osiągnięcia popularności przemienników częstotliwości. Wykorzystuje się je raczej w zaawansowanych maszynach, podczas gdy przemienniki AC mają bardziej uniwersalne zastosowania. Jednak z roku na rok zauważamy większe zapotrzebowanie u naszych klientów na dynamiczny i precyzyjny ruch, jaki zapewniają serwonapędy".
Jak kompletować i wdrażać systemy serwonapędowe?
Nowoczesne serwonapędy zapewniają dużą dokładność i dynamikę ruchu. Zwiększa się także ich atrakcyjność cenowa i wprowadzane są ulepszenia ułatwiające programowanie i obsługę. W efekcie zyskują popularność, stając się niezbędnym komponentem maszyn i wyposażenia linii produkcyjnych. Aby w pełni wykorzystać ich możliwości, trzeba jednak najpierw dobrze je skompletować. Polecamy znajdujący się w serwisie www.automatykaB2B.pl artykuł "Motion control i serwonapędy w świecie 4.0", w którym wyjaśniamy, jak to zrobić, a także przedstawiamy przykłady popularnych zastosowań serwonapędów oraz perspektywy dla rozwiązań motion control.
Dostawcy serwonapędów
Omawiane produkty umożliwiają osiąganie wyższych marż w porównaniu do tradycyjnych przemienników częstotliwości o niskiej mocy. W tym samym czasie branża zajmująca się ich produkcją i dystrybucją jest oceniana jako rynek wysoce konkurencyjny. Blisko 2/3 ankietowanych było zdania, że konkurencja jest tu silna. Wprawdzie to mniej niż w badaniu sprzed dwóch lat (wtedy było to aż 78%), ale i tak sporo. Jednocześnie, podobnie jak wcześniej, nikt nie wybrał odpowiedzi "niewielka".
W analizowanym sektorze działa wiele podmiotów rynkowych. Są tu obecne przedstawicielstwa producentów zagranicznych, dystrybutorzy oraz firmy integratorskie. Dokonując segmentacji rynku, można wyróżnić dwie główne grupy dostawców – producentów zachodnioeuropejskich oraz dalekowschodnich (szczególnie japońskich). W przypadku tej pierwszej najpopularniejszym u nas producentem jest Siemens. Ankietowani wymieniali tutaj również marki takie jak Beckhoff Automation, Bosch Rexroth, Lenze, SEW-Eurodrive i Schneider Electric. Z kolei najpopularniejszymi producentami japońskimi są Mitsubishi Electric, Omron Electronics, Panasonic, Yaskawa oraz Delta Electronics (ostatnia z firm jest przedsiębiorstwem tajwańskim). Firmy z Kraju Kwitnącej Wiśni mają długie tradycje w produkcji systemów automatyki i mechatronicznych, szczególnie do zastosowań precyzyjnych. Ważnym dostawcą spoza wymienionych obszarów jest Allen-Bradley, czyli de facto Rockwell Automation. Dodajmy, że prezentowane zestawienie jest zbliżone do tych publikowanych w dotychczasowych analizach.
Należy zauważyć, że podobnie jak specjalistyczny charakter samych serwonapędów, również ich dystrybucja wymaga specjalizacji po stronie dostawców. Firmy oferujące układy serwo muszą nie tylko zapewniać doradztwo i oferować kompatybilność (możliwość współpracy urządzeń w ramach różnych systemów), ale często też pogłębione wsparcie techniczne, w tym usługi projektowe. Jest to również cecha odróżniająca analizowany rynek od branży tradycyjnych przemienników częstotliwości, które są dosyć standardowymi i dobrze znanymi produktami w środowisku automatyków oraz innych projektantów.
Jakich urządzeń szukają polscy odbiorcy?
Chcąc odpowiedzieć na postawione pytanie, opracowaliśmy kilka rozbudowanych pytań ankietowych. Pierwsza z uzyskanych statystyk dotyczy najważniejszych cech serwonapędów i obejmuje oceny dotyczące parametrów, kosztów, istotności marki oraz innych potencjalnie ważnych aspektów. Podobnie jak dawniej, tak też tym razem kluczowym czynnikiem okazał się koszt zakupu. Drugie na liście są interfejsy komunikacyjne, kolejne to m.in.: parametry techniczne i możliwości kompletacji systemu (dostępność komponentów od jednego dostawcy). Bieżące zestawienie jest zasadniczo podobne do tych dawniej publikowanych, zaś zmiany procentowe są niewielkie.
Arkadiusz Sulenta
Elmark Automatyka
Jakie są cechy charakterystyczne serwonapędów i rozwiązań Motion Control?
Rozwiązania Motion Control, w szczególności serwonapędy, stosowane są do aplikacji wymagających precyzyjnego pozycjonowania w połączeniu z wysoką dynamiką. Jednak w przeciwieństwie do popularnych silników krokowych wymagają specjalistycznej wiedzy – szczególnie w kwestii regulacji ruchu.
Wymieniony problem coraz bardziej niwelują: zarówno rozbudowane oprogramowania dołączane przez producentów, jak i rozwój samych algorytmów sterowania. Przykładem mogą być rozwiązania kontroli ruchu marki Unitronics, gdzie pracę z serwonapędem ułatwi możliwość odtworzenia strony mechanicznej układu (przekładnie, aktuatory itp.), prosta konfiguracja polegająca na wybraniu zakupionego modelu czy opcje diagnostyczne w czasie rzeczywistym.
Jakie są najczęstsze zastosowania serwonapędów przez Państwa klientów? Kim są ich odbiorcy?
Odbiorcami są głównie integratorzy i producenci maszyn. Zainteresowanie rozwiązaniami Motion Control dotyczy szczególnie producentów maszyn etykietujących, pakujących czy CNC. Wybór rozwiązania w obecnych czasach zależy głównie od dostępności urządzeń i z tego względu klienci chętniej decydują się na kompletne rozwiązania od jednego producenta. Oczywiście w specjalistycznych zastosowaniach znaczenie będzie miała wymagana dokładność, szybkość cyklu i rodzaj sterowania, stąd też zainteresowanie protokołami przemysłowymi takimi jak np. EtherCAT.
Druga ze statystyk dotyczy najważniejszych trendów technologicznych. Dostawców zapytaliśmy o nowości na rynku, cechy wyróżniające ich produkty oraz o to, co ich zdaniem jest najważniejsze dla odbiorców. Najbardziej pożądane są: funkcje bezpieczeństwa oraz komunikacyjne, możliwość pracy z różnymi silnikami (kompatybilność), a także funkcje sterowania (zaawansowane algorytmy). Cechy takie jak kompaktowość, łatwa parametryzacja znalazły się na kolejnych miejscach zestawienia.
Finalnie trzecie pytanie i trzecia statystyka dotyczą popularności interfejsów komunikacyjnych stosowanych w serwonapędach. W pierwszej piątce znalazły się: EtherCAT, Profinet, EtherNET/IP, następnie CANopen oraz interfejsy szeregowe. Pierwszeństwo EtherCAT, wspieranego m.in. przez firmy Beckhoff i Omron Electronics, utrzymuje się od lat, co czyni go liderem zestawienia. Dodatkowo, analizując omawianą statystykę, można zauważyć, że wiele wymienionych standardów komunikacyjnych związanych jest z konkretnymi firmami lub organizacjami je promującymi.
W efekcie wybór producenta urządzeń napędowych niejednokrotnie determinuje rodzaj sieci komunikacyjnej w systemie. To z kolei prowadzi do dużej liczby różnych standardów, zwłaszcza w układach bazujących na Ethernecie przemysłowym. Warto także zaznaczyć, że komunikacja analogowa (impulsowe sterowanie układami serwo) stosowana jest coraz rzadziej i ustępuje miejsca standardom cyfrowym.
